Control de potencia en móviles GSM, WCDMA y LTE

Transcripción

Control de potencia en
móviles GSM, WCDMA y LTE
Eliud González Vázquez
22 Julio 2013
www.conapptel.org.mx
1
El control de potencia en las redes de telecomunicaciones
inalámbricas es necesario para mantener los niveles de
interferencia al mínimo en la interfaz de aire, en el caso de
redes de nueva generación también ayuda a administrar
los recursos de radio, además para proporcionar la calidad
del servicio requerida.
En Uplink (móvil-BS) el control de potencia tiene una ventaja
adicional: el ahorro de la batería del móvil.
Para alcanzar alta capacidad y calidad , los sistemas
inalámbricos deben de emplear el control de potencia.
2
El control de potencia en UL, a menudo se considera mas
importante en ingeniería de sistemas celulares, debido a las
siguientes razones:
1.
2.
3.
El consumo de potencia de la RBS es menos importante en
comparación con el consumo del móvil.
La interferencia intra-celda en downlink es mucho mas pequeña en
comparación con la interferencia intra-celda en uplink, debido a que
se tiene que mantener la ortogonalidad de la asignación de recursos
(asignación de códigos en WCDMA o la asignación de frecuencia y TS
en GSM) al móvil dentro de una celda, en DL esto se consigue
fácilmente por la RBS.
La RBS se encuentran fijas y la interferencia inter-celda es menor.
3
El control de potencia nos ayuda a mitigar el desvanecimiento de la
señal.
4
5
Control
de
potencia en
móviles GSM.
6
Control de potencia tomando en cuenta el nivel
de señal.
7
Control de potencia tomando en cuenta la
calidad de la señal.
8
Tramas y ráfagas
1 hyperframe = 2048 superframes = 2,715,648 TDMA frames (3 hours 28 minutes 53 seconds 760 milliseconds)
0
1
2
3
4
5
6
2042 2043 2044 2045 2046 2047
1 superframe = 1326 TDMA frames ( 6.12 seconds )
(= 51 (26 - frame) multiframes or 26 (51 - frame) mulitframes )
0
1
0
2
1
3
47
1 (26- frame) multiframe = 26 TDMA frames (120 ms)
0
1
2
3
22
23
24
48
24
49
50
25
1 (51 - frame) multiframe = 51 TDMA frames (235 ms)
0
25
1
2
3
47
48
49
50
1 TDMA frame =8 timeslots (120/26 ~4.615 ms)
0
1
2
3
4
5
6
7
1 timeslot = 156.25 bit durations (15/26 ~ 0.577 ms)
( 1 bit duration 48/13 ~ 3.69 micro sec )
Normal burst (NB)
(Flag is relevant for
TCH only)
TB
3
Encrypted bits
57
flag
1
Frequecy correction TB
burst (FB)
3
Synchronization
burst (SB)
TB
3
Access burst (AB)
TB
8
Dummy burst (DB) TB
3
Training sequence
26
flag
1
Encrypted bits
57
Fixed bits
142
Encrypted bits
39
Synchronization sequence
64
Synchronization sequence
41
Mixed bits
58
Encrypted bits
36
Training sequence
26
Encrypted bits
39
TB
3
TB
3
GP
8.25
TB
3
GP
8.25
TB
3
GP
8.25
TB
3
GP
8.25
TB: Tail bits
GP: Guard period
GP
68.25
Mixed bits
58
9
Multi-trama de voz
10
SACCH canal de control asociado a un TCH , para
mediciones.






SACCH slow associated control channel. Dedicado.
Reporta el RXLEV y el RXQUAL en DL, el RXLEV de
los BCCHs asignados a los sectores vecinos.
Va en una ráfaga tipo normal (normal burst).
Un periodo de SACCH es de 480 ms (4 multitramas).
En cada periodo SACCH el móvil puede cambiar
hasta 8 veces de potencia en pasos de 2 dB.
El maximo ajuste de potencia es de 16 dB, (8 veces *
2dB = 16 dB).
11
RXLEV y RXQUAL
RXLEV = Pr(dBm) + 110 dB
Pr = Promedio de potencia recibida, tomada dentro de una multi- trama SACCH
12
Regulación de potencia.



La transmisión de potencia es controlada por la
BSC, al monitorear constantemente reportes de
RXLEV y RXQUAL.
Es mas común el incremento de potencia, que la
disminución de esta.
La potencia máxima se asigna al inicio de una
conexión y al realizar un handover.
13
Regulación de potencia.
14
Transmisión discontinua. (DTX)



Durante pausas en la voz ( una persona habla menos del
40% del tiempo durante una conversación normal).
VAD (VOICE ACTIVITY DETECTION. Es una característica
en GSM la cual se utiliza para omitir transmisiones
cuando un periodo de silencio es detectado durante una
conexión de voz.
Durante estos periodos el usuario final puede percibir el
encendido y apagado de la transmisión, lo cual puede
ser desagradable. Para evitar esto se genera un “Ruido
confortante” cuando el transmisor es apagado.
15
Cuando el móvil esta en modo DTX, solamente 12 ráfagas
de tramas TDMA son transmitidas en los 480ms, 4 son de
SACCH utilizadas para señalizar, las otras 8 contienen la
descripción del silencio (SID) que se utiliza para refrescar
las características del “ruido confortable”
16



Se reduce la potencia en un 88% en el caso de transmitir
solo 12 tramas en 480 ms.
Si la detección de la voz en el móvil, trabaja
perfectamente, DTX reduce el consumo de potencia en
un 44% (En una conversación estándar, los involucrados
hablan el 50% de la duración de la llamada).
Debido a la reducción de potencia en el periodo DTX, el
SAR en el cerebro de un usuario cae también. La
potencia y resultados de reducción de SAR es sólo
debido al hecho de que la señal contiene un menor
número de tramas.
17
Control
de
potencia en
móviles WCDMA.
18






El control de potencia es esencial en redes WCDMA ya que
todos los usuarios comparten la misma frecuencia de radio,
mediante el uso de diferentes códigos.
El control de potencia en UL se utiliza para aliviar el efecto de
desvanecimiento del canal. Al ajustar la potencia de
transmisión del UE recibida en la RBS todos los UE tienen
igual relación Señal-interferencia (SIR) en servicios de la
misma velocidad.
Existen tres algoritmos de control de potencia en WCDMA:
Control de potencia de lazo abierto.
Control de potencia interno(rápido).
Control de potencia externo(lento).
19
20

El objetivo del control de potencia de lazo abierto
en UL, es asegurar que las nuevas conexiones se
establecen causando un mínimo de interferencia.
21
BCCH
•constantValueCprach
•Potencia en piloto.
•RTWP
P_PRACH= L_PCPICH+RTWP+constantValueCprach dBm
L_PCPICH = ‘primaryCpichPower’ - PCPICH_RSCP
RTWP = Received Total Wideband Power
22
PO
P_PRACH
1er
Preámbulo
2º
preámbulo
POPpm
Control
AICH
AICH
PO va de 1 a 8 dB por default 3 dB
POPpm, de -5 a 10 dB, default -4dB
23
Control de potencia interno.




El fin del control de potencia interno para UL, es
mantener todas las conexiones con un buen valor de SIR
y reducir la cantidad total de potencia radiada en la red.
Esto significa que la interferencia de UL en la red es
reducida y la vida de la batería del UE incrementada.
Los comandos de control de potencia interno, ocurren
cada 1500 veces por segundo, esto es suficiente para
compensar el desvanecimiento rápido.
El umbral del SIR es definido por el operador o solicitado
por el control de potencia exterior.
Este control se localiza en la RBS.
24


La transmisión de potencia en UL es controlada por el
envió de comandos TPC al móvil en el DPCCH (canal de
control físico dedicado) DL. Una orden de TPC (Transmit
Power Control) indica a el UE que debería aumentar o
disminuir su potencia de transmisión.
Los comandos TPC son basados en el umbral del SIR
recibido del control de potencia externo en UL (ubicado
en la RNC), y en un SIR estimado. Es decir, si el SIR
recibido por el Nodo B es mayor que el del umbral (RNC)
el Nodo B transmite un comendo TPC para que el UE
disminuya su potencia.
25
PILOT (111110)
DPCCH
TPC
TFCI
DATOS
TFCI TPC
DATOS
PILOT (111110)
El nodo B recibe el SIR
estimado de los símbolos
del piloto (SIR_UL_RLS) y
los compara con el umbral
SIR (SIR_TARGET).
Si el SIR_UL_RLS >= SIR_TARGET
entonces se envía un comando
TPC para disminuir la potencia
(+1).
Si el SIR_UL_RLS < SIR_TARGET
entonces se envía un comando
TPC para aumentar la potencia
(-1).
DPDCH
26
Control de potencia externo.



El objetivo del control de potencia externo es mantener
la calidad de la comunicación, al nivel definido por los
requerimientos de calidad del servicio en cuestión (en
términos de BLER), para esto debe producir un
adecuado umbral de SIR para el control de potencia
interno.
El umbral del SIR debe ser ajustado cuando la velocidad
del móvil o el ambiente de multi-trayectorias de
propagación cambia.
La frecuencia del control de potencia externo o de la
RNC es de 10 a 100 Hz.
27
Control de potencia externo en UL.


El CP externo en UL opera dentro de la SRNC y es
responsable de ajustar el umbral del SIR en el Nodo
B para cada individual CP interno en UL.
Este umbral del SIR es entonces actualizado en
forma individual para cada UE de acuerdo a la
estimación de calidad, para cada conexión en
particular.
28
Control
de
potencia en
móviles LTE.
29




LTE proporciona (intra-celda) ortogonalidad entre los usuarios,
tanto en UL como en DL, es decir, al menos en el caso ideal, no
hay interferencia entre las transmisiones dentro de la misma
celda pero si existe interferencia hacia las demás celdas.
El control de potencia en UL se utiliza para controlar no sólo la
intensidad de señal recibida en la celda destinada, sino también
para controlar la cantidad de interferencia en las celdas vecinas.
EN UL se combinan los algoritmos de control de potencia lazo
abierto y lazo cerrado. A diferencia de WCDMA los comandos
TPC no necesitan transmitirse a intervalos regulares
El Control de potencia en UL determina el promedio de potencia
sobre un símbolo SC-FDMA en el cual el canal físico es
transmitido.
30
Control de potencia de lazo abierto UL. Para Acceso
aleatorio.
31
Control de potencia de lazo abierto UL. Para Acceso
aleatorio.
32
Control de potencia en el canal físico
compartido en UL PUSCH.

El ajuste de la potencia de transmisión del UE PPUSCH
para el canal físico compartido en UL (PUSCH) en la
sub-trama i esta definido por:

Donde PMAX es la potencia máxima permitida
dependiendo de la clase del UE, PPUSCH-CALC(i) es la
potencia calculada en la sub-trama i y esta definido
como:
33
compartido en UL PUSCH.






M es el numero de scheduled blocks.
PL es la pathloss en DL, estimado por el UE.
α Permite la compensación fraccionada del pathloss, se
activa en 1.
El offset de potencia P0_PUSCH es el umbral de la densidad
espectral de potencia (PSDrx), es común para todos lo
móviles en la celda.
∆TF es un offset especifico del formato de trasporte,
normalmente esta en cero.
f(i) indica el estado de ajuste del control de potencia
actual en el PUSCH, a través de comandos TPC para
aumentar o disminuir la potencia (PDCCH).
34
de control en UL PUCCH.

El ajuste de la potencia de transmisión del UE PPUCCH
para el canal físico de control en UL (PUCCH) en la
sub-trama i esta definido por:

Donde PMAX es la potencia máxima permitida
dependiendo de la clase del UE, PPUCCH-CALC(i) es la
potencia calculada en la sub-trama i y esta definido
como:
35




PL es la pathloss en DL, estimado por el UE
El offset de potencia P0_PUCCH es el umbral de la
densidad espectral de potencia (PSDrx), es común
para todos lo móviles en la celda.
∆F_PUCCH es un offset que depende de que
información es transmitida.
g(i) indica el estado de ajuste del control de
potencia actual en el PUCCH, es una función
acumulativa a través de comandos TPC para
aumentar o disminuir la potencia (PDCCH).
36
GRACIAS.
37

Control de potencia en móviles GSM, WCDMA y LTE

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