Forward Power Control in CDMA-netwerken
Forward Power Control (voorwaartse vermogensregeling) is een essentieel mechanisme in CDMA (Code Division Multiple Access) communicatiesystemen. Het speelt een belangrijke rol bij het reguleren van het zendvermogen van de basisstation (ook wel Node B genoemd in UMTS) naar mobiele gebruikers. Deze regeling is noodzakelijk omdat alle gebruikers in een CDMA-systeem dezelfde frequentieband delen en interferentie tussen gebruikers direct invloed heeft op de signaalkwaliteit en systeemprestaties.
In tegenstelling tot systemen zoals FDMA of TDMA, waar gebruikers gescheiden worden in frequentie of tijd, maakt CDMA gebruik van unieke codes. Dit betekent dat alle signalen gelijktijdig op dezelfde frequentie worden uitgezonden, en daardoor kan elk extra signaal dat met te veel vermogen wordt verzonden de kwaliteit van andere signalen in het netwerk verminderen. Vandaar dat vermogensregeling cruciaal is.
Werking van Forward Power Control
Forward Power Control wordt uitgevoerd op het downlink-pad, dus van de basisstation naar het mobiele toestel. Het systeem past voortdurend het zendvermogen aan op basis van feedback van het mobiele toestel over de ontvangen signaalkwaliteit. Deze aanpassing gebeurt dynamisch en met hoge frequentie – vaak honderden keren per seconde.
- Het mobiele toestel meet parameters zoals SIR (Signal to Interference Ratio) of SINR (Signal to Interference plus Noise Ratio).
- Als de signaalkwaliteit onder een drempel daalt, stuurt het toestel een “Power Up”-verzoek naar het basisstation om het vermogen te verhogen.
- Als de kwaliteit te hoog is (wat onnodige interferentie kan veroorzaken), stuurt het toestel een “Power Down”-verzoek.
- Het basisstation past daarop zijn zendvermogen aan in kleine stapjes, bijvoorbeeld ±1 dB per aanpassing.
Het doel van dit proces is om het minimale benodigde vermogen te gebruiken dat nog steeds een acceptabele signaalkwaliteit levert, zonder overbodige energie te verspillen of het netwerk te belasten met extra ruis. Dit maximaliseert de capaciteit van het systeem en verlengt de batterijduur van mobiele apparaten, omdat minder vermogen nodig is voor uplink-transmissies wanneer het downlink-signaal goed is.
Soorten vermogensregeling in CDMA
| Type | Beschrijving |
|---|---|
| Open-loop power control | Voorspellend model waarbij het mobiele toestel een schatting maakt van het vereiste zendvermogen zonder directe feedback van het netwerk. Vaak onnauwkeurig in wisselende omgevingen. |
| Closed-loop power control | Feedback-gestuurd systeem waarbij het netwerk en toestel voortdurend communiceren om het zendvermogen bij te stellen. Forward Power Control valt onder deze categorie. |
| Inner-loop (Fast) power control | Regelt snel en frequent het vermogen, vaak 1500 keer per seconde in UMTS, om snelle fluctuaties in het kanaal op te vangen. |
| Outer-loop power control | Past de doelwaarde voor de signaalkwaliteit (bijv. SIR) aan op basis van QoS (Quality of Service) vereisten van de applicatie of gebruiker. |
Waarom is Forward Power Control belangrijker in CDMA dan in andere systemen?
In CDMA beïnvloedt elk actief toestel de algehele ruisvloer. Als één basisstation met te veel vermogen uitzendt, verhoogt dat de interferentie voor alle andere gebruikers op diezelfde frequentie. Door nauwkeurige Forward Power Control toe te passen, blijft het signaal-ruisverhouding optimaal voor alle gebruikers en wordt het zogenaamde “near-far effect” beperkt. Dit effect treedt op wanneer een gebruiker dichtbij de basisstation een veel sterker signaal heeft dan een gebruiker verderop, wat storingen kan veroorzaken zonder correcte vermogensregeling.
Wat gebeurt er als er geen Forward Power Control is?
In afwezigheid van Forward Power Control zou de basisstation een vast zendvermogen gebruiken, ongeacht de afstand van het toestel of de kanaalomstandigheden. Gebruikers dichtbij zouden onnodig sterke signalen ontvangen, terwijl gebruikers verder weg misschien een te zwak signaal krijgen. Dit leidt tot onstabiele verbindingen, hogere foutpercentages, verlies van capaciteit en onnodig energieverbruik.
Wordt Forward Power Control nog gebruikt in moderne netwerken?
Hoewel LTE en 5G andere technieken gebruiken voor toegang en interferentiebeheer (zoals OFDMA en beamforming), blijft het concept van vermogensregeling fundamenteel. In LTE is power control vooral belangrijk in uplink, maar ook daar wordt dynamisch vermogen aangepast. Het idee om het vermogen aan te passen op basis van kanaalomstandigheden en systeembelasting blijft een hoeksteen in draadloze communicatie.
Forward Power Control is een typisch voorbeeld van hoe intelligente signaalverwerking en regeltechniek samenwerken in mobiele netwerken. Het draagt bij aan een efficiënte, stabiele en eerlijke verdeling van de beschikbare middelen in een CDMA-systeem, waardoor een consistente gebruikerservaring mogelijk wordt, zelfs in drukke of moeilijke omgevingen.