En los sistemas de comunicaciones móviles basados en CDMA, donde todos los usuarios comparten un canal de frecuencia en común, la interferencia es un problema crucial debido a la cantidad de potencia con la cual se puede transmitir, principalmente sobre el enlace de subida [1].
Es por ello que el control de potencia es uno de los aspectos más importantes de WCDMA, sin él, un móvil situado cerca de la estación base transmitiendo con un nivel de potencia fijo puede enmascarar a otros usuarios sin importar que tan cerca o
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lejos estén situados de él. Debido a los mecanismos de propagación y pérdidas por trayectoria, la señal recibida en la estación base proveniente de un móvil cercano a ella (PR1) será más fuerte que la señal recibida de un móvil que se encuentre en el borde de la celda (PR2), a este efecto se le conoce como efecto cerca-lejos, en la figura 3.2 se ilustra este efecto en el cual el móvil 1 enmascara al móvil 2 [1].
Estación base Estación móvil 1 Estación móvi 2 Potencia transmitida PR1 > PR2 Potencia transmitida
PR1=Potencia recibida proveniente del móvil 1 PR2=Potencia recibida proveniente del móvil 2
Figura 3.2. Efecto cerca-lejos.
Para reducir este efecto, es necesario que todas las señales, independientemente de la distancia, deben llegar a la estación base con la misma potencia. Para lograr lo anterior es necesario contar con un control de potencia. El control de potencia también es utilizado para reducir la interferencia hacia las celdas adyacentes.
A diferencia del enlace de subida, donde las señales provienen de diferentes fuentes, en el enlace de bajada todas las señales provienen de la misma fuente y se propagan a través del mismo canal, y así son recibidas por la estación móvil con igual potencia. Por consiguiente, no se presenta el efecto cerca-lejos en el enlace de bajada [6].
El control de potencia puede clasificarse en dos tipos: control de potencia de lazo abierto y control de potencia de lazo cerrado, los cuales serán descritos en las siguientes secciones.
3.2.1. Control de potencia de lazo abierto.
El control de potencia de lazo abierto se encarga de estimar la potencia inicial necesitada en el enlace de subida, basándose en las pérdidas por trayectorias en la dirección del enlace de bajada, dicho de otra manera el control de potencia de lazo
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abierto se encarga de proporcionar una potencia inicial a la estación móvil al inicio de la conexión [5, 6].
Los canales piloto están monitoreando constantemente a los móviles dentro de una celda, cuando un móvil es detectado por un canal piloto, el móvil inicia su transmisión con una cantidad de potencia igual que la del canal piloto. La potencia transmitida del canal piloto es estimada a través del las perdidas por trayectoria del enlace de bajada, es por ello que se dice que el control de potencia de lazo abierto proporciona una cantidad de potencia inicial para el móvil (enlace de subida) a través de las perdidas por trayectoria estimadas en el enlace de bajada (potencia del canal piloto).
Ya que los desvanecimientos rápidos no presentan correlación entre el enlace de subida y el enlace de baja, la potencia inicial de transmisión del móvil que proporciona el control de potencia de lazo abierto no es lo suficientemente buena para utilizarse en la transmisión de todos los canales, es por ello que se requiere de el control de potencia de lazo cerrado [5].
3.2.2. Control de potencia de lazo cerrado.
El control de potencia de lazo cerrado mide la relación de señal a interferencia SIR
(Signal-to-Interference Ratio) y envía comandos al transmisor para ajustar la
transmisión de potencia [6]. En el control de potencia de lazo cerrado para el enlace de subida la estación base realiza frecuentemente estimaciones de la SIR recibida, y la compara con una SIR establecida denominada objetivo. Si la SIR medida es mayor que la SIR objetivo, la estación base ordena al móvil que disminuya la potencia, en el caso contrario, la estación base ordena al móvil que incremente su potencia. La cantidad de potencia que el móvil debe subir o bajar se conoce como tamaño de paso y puede tomar valores de 0.1dB, 0.5 dB, 1 dB y 2 dB. Para la elección de estos valores se depende de factores tales como: la velocidad del móvil, las pérdidas por trayectoria y del ambiente de propagación, es decir el tamaño de paso no es constante en la conexión [5]. Esta estimación de SIR se realiza 1500 veces por segundo (1500 Hz), con la intención de contrarrestar cualquier cambio significativo provocado por las pérdidas por trayectoria y los desvanecimientos lentos, incluso opera más rápido que la velocidad de los desvanecimientos de Rayleigh [6]. Así, el control de potencia de lazo cerrado prevendrá cualquier desequilibrio entre las señales del enlace de subida recibidas en la estación base, a este procedimiento se le conoce como control de potencia rápido [6].
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La misma técnica del control de potencia de lazo cerrado se utiliza en el enlace de bajada. El control de potencia de lazo cerrado en el enlace de bajada es utilizado como un método de reforzamiento de señales débiles originadas por los desvanecimientos de Rayleigh [6].
El control de potencia de lazo cerrado se divide en dos tipos: control de potencia de lazo externo y control de potencia de lazo interno [5, 6].
El objetivo del control de potencia de lazo externo es mantener la calidad de la comunicación de acuerdo con los requerimientos de calidad de servicio que se este ofreciendo, produciendo una adecuada SIR objetivo para el control de potencia de lazo interno. Esta operación se realiza para cada canal dedicado perteneciente a una conexión del RNC. La SIR objetivo debe ser ajustada cuando la velocidad del móvil o el ambiente de propagación de multitrayectoria cambian. A la más alta variación en la potencia recibida, la SIR objetivo también tendrá que ser más alta. La estimación de la SIR la realiza con una frecuencia de 10 a 100 veces por segundo (10Hz a 100Hz), es por ello que el control de potencia de lazo externo también es conocido como control de potencia lento debido a su baja frecuencia de operación, su frecuencia es tan baja debido a que el ambiente de propagación no cambia tan rápidamente, es decir de un ambiente urbano es muy lento pasar a un ambiente rural. La SIR objetivo debe ser variable ya que si se mantiene fija, la calidad resultante de la comunicación seria bastante alta o bastante baja, causando una innecesaria transmisión de potencia en la mayoría de los casos [5].
El control de potencia de lazo externo en el enlace de subida opera dentro del SRNC y es responsable de proporcionar una SIR objetivo en la estación base para cada conexión de control de potencia de lazo interno en el enlace de subida. Esta SIR objetivo es actualizada sobre una base individual para cada estación móvil de acuerdo a la calidad estimada del enlace de subida, Los valores típicos del tamaño de paso en los ajustes de la SIR objetivo, se encuentran en el intervalo de 0.1 dB a 1.0 dB [5].
El control de potencia de lazo externo en el enlace de bajada es implementado en la unidad móvil. Este ajusta el valor de la SIR objetivo para el control de potencia de lazo interno para el enlace de bajada, proporcionando una misma calidad que la puesta por el RNC. Si el canal físico de control común (CPCH) es empleado en la
comunicación, la calidad deseada señalada por el RNC es la SIR del canal físico de control común del enlace de bajada. En complemento, cuando se emplea la SIR en los canales de transporte como objetivo en el lazo externo en el enlace de bajada, la
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unidad móvil asegura que los requerimientos de calidad sean mantenidos para cada canal de transporte a los cuales se les asigna una SIR objetivo [5]. En al figura 3.3 se ilustra el control de potencia de lazo externo.
Estación móvi Estación base
RNC
Control de potencia de lazo interno Estimación de una SIR obejetivo a
través de los desvanesiometos
Proporciona una SIR objetivo a la estación base
Control de potencia de lazo externo
Figura 3.3. Control de potencia de lazo externo interactuando con el control de potencia de lazo interno.
El control de potencia de lazo interno también es llamado control de potencia rápido de lazo cerrado [5], ya que estima la SIR 1500 veces por segundo. Depende de información de retroalimentación del móvil a la estación base y de la estación base al móvil. Esto permite que el móvil ajuste su potencia transmitida, basándose en nivel de SIR recibida en la estación base, de igual modo la estación base puede ajustar su potencia transmitida basándose en el nivel de SIR recibida en el móvil, con la finalidad de compensar los desvanecimientos del canal de radio, este procedimiento puede observarse en la figura 3.4.
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Estación móvi Estación base Potencia transmitida basada en la SIR
recibida en la estación base
Potencia transmitida basada en la SIR recibida en la estación móvil
Figura 3.4. Control de potencia de lazo interno.
La función del control de potencia de lazo interno en el UMTS es usado en los canales dedicados, en forma bidireccional, tanto en el enlace de subida como en el enlace de bajada [5]. El control de potencia de lazo interno para el enlace de subida realiza la siguiente función.
La estación base recibe la SIR objetivo proveniente del RNC y la compara con una SIR estimada del canal físico dedicado de control (DPCCH) del enlace de subida,
esta acción se realiza una vez cada ranura de tiempo. Si la SIR recibida en la estación base es mayor que la SIR objetivo, la estación base transmite un comando de transmisión de control de potencia, TPC (Transmit Power Control) a la unidad
móvil con la instrucción “bajar”, a través del canal físico dedicado de control del enlace de bajada (DPCCHD). Si la SIR recibida es menor que la SIR objetivo, la estación base envía un comando TPC con la instrucción “subir” [5].
La estación móvil no cambia la potencia de transmisión hasta no recibir cinco comandos TPC consecutivos. Al final de la quinta ranura, el móvil ajusta su potencia de transmisión de acuerdo a las siguientes reglas [5]:
• Si los cinco comandos TPC estimados son “bajar”, entonces la potencia transmitida se reduce en 1 dB.
• Si los cinco comandos TPC estimados son “subir”, entonces la potencia
transmitida se aumenta en 1 dB.
• En otro caso la potencia transmitida no cambia.
El control de potencia de lazo interno en el enlace de bajada subministra la potencia de los canales físicos dedicados. La estación móvil estima la SIR proveniente de los
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canales piloto del enlace de bajada. Esta estimación de la SIR se compara la SIR objetivo, si la SIR estimada es mayor que la SIR objetivo, la estación móvil transmite un comando TPC con la instrucción “bajar”, en caso contrario, la estación móvil transmite el comando TPC con la instrucción “subir”.