CDMA’da İleri Güç Kontrolü

Mesaj İletim Modu

MS, çerçeve kalitesini ölçer ve baz istasyonuna sonucu, yani eşik modunda mı yoksa periyodik modda mı olduğunu bildirir. Baz istasyonu, ileri iletim gücünün değiştirilip değiştirilmeyeceğini belirler. IS-95 sisteminde ileri güç kontrolü yavaş, CDMA2000 sisteminde ise hızlıdır.

CDMA’da İleri Güç Kontrolü

İleri Güç Kontrolü (FPC), Kod Bölmeli Çoklu Erişim (CDMA) sistemlerinde mobil cihazların iletim gücünü düzenlemeye yardımcı olan önemli bir özelliktir. CDMA, her kullanıcıya benzersiz kodlar atayarak birden fazla kullanıcının aynı frekans bandını aynı anda paylaşmasına olanak tanıyan dijital bir hücresel teknolojidir. FPC, CDMA iletişiminin kalitesini ve verimliliğini korumada çok önemli bir rol oynar.

CDMA’da FPC öncelikle yakın uzak sorununu azaltmak için kullanılır. Yakın-uzak sorunu, bazı mobil cihazların baz istasyonuna daha yakın olup daha güçlü sinyal alması, bazılarının ise daha uzakta olması ve daha zayıf sinyal alması durumunda ortaya çıkar. Tüm cihazlar aynı güç seviyesinde iletim yaparsa, baz istasyonu güçlü ve zayıf sinyalleri ayırt etmede zorluk yaşayabilir, bu da girişime ve sistem performansında bozulmaya yol açabilir.

FPC, baz istasyonunda alınan sinyal gücündeki farklılıkları telafi etmek için her mobil cihazın iletim gücünü dinamik olarak ayarlar. Alınan güç seviyelerini eşitleyerek baz istasyonunun farklı cihazlardan gelen sinyalleri daha iyi ayırmasını ve kodunu çözmesini amaçlamaktadır. FPC, güç seviyelerini kontrol ederek genel sistem kapasitesinin iyileştirilmesine, mobil cihazların pil ömrünün uzatılmasına ve iletişim kalitesinin artırılmasına yardımcı olur.

FPC süreci aşağıdaki adımları içerir:

1. Ölçüm: Baz istasyonu, her mobil cihazdan alınan sinyal gücünü periyodik olarak ölçer. Bu ölçümler, sinyal-parazit oranı (SIR) veya alınan sinyal gücü göstergesi (RSSI) gibi çeşitli parametrelere dayanabilir.

2. Güç Ayarlaması: Baz istasyonu, ölçülen sinyal gücüne bağlı olarak her mobil cihaz için uygun iletim gücü seviyesini belirler. Güç ayarı kapalı çevrim veya açık çevrim kontrol mekanizmaları kullanılarak yapılabilir.

Kapalı Döngü FPC: Baz istasyonu, bireysel mobil cihazlara güç kontrol komutları göndererek onlara iletim güçlerini artırma veya azaltma talimatını verir. Mobil cihazlar daha sonra güç seviyelerini buna göre ayarlar ve herhangi bir değişiklik hakkında baz istasyonunu bilgilendirir.

Açık Döngü FPC: Baz istasyonu, cihazlardan doğrudan geri bildirim almadan her mobil cihaz için gerekli güç ayarını tahmin eder. Geçmiş verilere veya kanal koşullarına göre uygun güç seviyelerini tahmin etmek için istatistiksel veya tahmine dayalı algoritmalar kullanır.

3. Güç Kontrol Kanalı: CDMA sistemleri, baz istasyonu ile mobil cihazlar arasında güç kontrol komutlarını iletmek için güç kontrol kanalı olarak bilinen ayrı bir kanal tahsis eder. Bu kanal, istenilen güç ayarlarına ilişkin bilgileri taşıyarak cihazların iletim güçlerini buna göre düzenlemesini sağlar.

CDMA’daki FPC, iletim gücü seviyelerini sürekli olarak izleyerek ve ayarlayarak, mobil cihazlar arasında dengeli bir güç dağılımının korunmasına yardımcı olur ve sistem performansını optimize eder. CDMA ağlarının sinyal gücündeki değişiklikleri etkili bir şekilde yönetmesine, farklı kullanıcı konumlarına uyum sağlamasına ve parazit sorunlarını azaltmasına olanak tanır, böylece sistemin genel güvenilirliğini ve kapasitesini artırır.

CDMA 2000’deki güç kontrolü nedir?

CDMA teknolojisine dayalı bir 3G mobil iletişim standartları ailesi olan CDMA2000’de güç kontrolü, mobil cihazların iletim gücü seviyelerini düzenlemek için önemli bir bileşendir. CDMA2000, sistem performansını optimize etmek, paraziti azaltmak ve verimli iletişim sağlamak için çeşitli güç kontrol mekanizmaları içerir.

CDMA2000, sırasıyla yukarı bağlantı (mobil cihazdan baz istasyonuna) ve aşağı bağlantı (baz istasyonundan mobil cihaza) yönlerindeki güç seviyelerini yönetmek için hem ileri güç kontrolünü (FPC) hem de ters güç kontrolünü (RPC) kullanır. Bu güç kontrol mekanizmalarının her birini inceleyelim:

1. İleri Güç Kontrolü (FPC):

– Açık Döngü Güç Kontrolü: CDMA2000, yukarı bağlantıdaki mobil cihazların iletim gücü seviyelerini ayarlamak için açık döngü güç kontrolünü kullanır. Mobil cihazlar, baz istasyonundan alınan pilot sinyallerin ölçümlerine dayanarak uygun iletim gücünü tahmin eder. CDMA2000’deki açık döngü güç kontrolü esas olarak mobil cihaz ile baz istasyonu arasındaki mesafeye bağlıdır.

– Kapalı Döngü Güç Kontrolü: CDMA2000 ayrıca iletim gücü ayarlarını daha da iyileştirmek için kapalı döngü güç kontrolünü de içerir. Baz istasyonu, güç kontrolü alt kanal mesajları olarak bilinen güç kontrol komutlarını, iletim güçlerini artırma veya azaltma talimatı vermek üzere bireysel mobil cihazlara gönderir. Mobil cihazlar bu komutlara güç seviyelerini buna göre ayarlayarak yanıt verir. Kapalı döngü güç kontrolü, sistemin kanal değişikliklerine yanıt vermesini ve daha iyi güç kontrolü doğruluğu elde etmesini sağlar.

2. Ters Güç Kontrolü (RPC):

– Açık Döngü Güç Kontrolü: Aşağı bağlantıda CDMA2000, baz istasyonunun iletim gücü seviyelerini düzenlemek için açık döngü güç kontrolünü kullanır. Baz istasyonu, her mobil cihazdan alınan sinyal kalitesine dayalı olarak gerekli iletim gücünü tahmin eder. Bu tahmin, sinyal-parazit oranı (SIR) ve hedefin alınan sinyal gücü gibi faktörleri hesaba katar.

– Kapalı Döngü Güç Kontrolü: CDMA2000 ayrıca aşağı bağlantıda kapalı döngü güç kontrolünü de kullanır. Mobil cihazlar, baz istasyonundan alınan güç seviyelerini ölçer ve alınan sinyalin kalitesine ilişkin baz istasyonuna geri bildirim sağlar. Bu geri bildirime dayanarak baz istasyonu, mobil cihazların sinyalleri optimum güç seviyelerinde almasını sağlamak için iletim gücünü ayarlar.

CDMA2000, hem ileri hem de geri güç kontrol mekanizmalarını kullanarak sistemdeki güç seviyelerini etkili bir şekilde yönetir. Bu, güçlü ve zayıf sinyaller arasında dengenin korunmasına, yakın-uzak probleminin hafifletilmesine, parazitin azaltılmasına, mobil cihazlar için pil ömrünün uzatılmasına ve genel sistem kapasitesinin ve performansının optimize edilmesine yardımcı olur.

CDMA’da karıştırma (M) dizisi

 
Burada iki nokta önemlidir: 
  • Maksimum kaydırma kaydı sayısı (N) 
  • Maske
  • Çıkış dizisinin periyodu 2N-1 bittir
  • Maske değiştirildiğinde yalnızca dizi ofseti değişir
  • PN, Sözde Rastgele Gürültü dizisi anlamına gelir
CDMA sisteminde kullanıcı bilgileri şifreleme yoluyla şifrelenir. Burada kullanılan karıştırma kodu M dizisidir. Şekilde bir kayan yazmaç dizisi ve bir maskeden oluşan bir M-dizisi üreteci gösterilmektedir. 
Çıkış dizisinin periyodu 2N-1’dir (N, kayan yazmaçların sayısıdır). Yani, her 2N-1 kod parçası çıktılandığında, kayan yazmaç dizisi başlangıç ​​durumuna geri döner. Bir CDMA sisteminde iki tür M dizisi vardır; biri periyodu 242-1 olan long code ve diğeri periyodu 215 olan kısa koddur. -1. Karıştırma için kullanılan uzun kod, sonraki demodülasyon için kullanılan ise kısa koddur.
Farklı maskeler için, kayan bir yazmaç dizisinin, farklı fazlar dediğimiz farklı M dizilerinin çıktısını verdiği görülebilir. Aslında, CDMA’daki farklı maskeler farklı kullanıcılara tahsis edilmiştir ve bu kullanıcılara farklı M dizileri elde etme olanağı sağlanmıştır.

 

3G’nin çekirdek teknolojisi: CDMA

  • Çekirdek ağ olan Avrupa standardizasyon organizasyonu 3GPP tarafından formüle edilmiştir
    GSM/GPRS temelinde gelişir ve bu nedenle mevcut sistemlerle uyumlu olabilir.
    GSM/GPRS ağları. TDM, ATM ve IP teknolojilerine dayalı olabilir.
    Tüm IP ağ mimarisine doğru evrimleşin. ATM teknolojisine dayanarak,
    UTRAN, ses ve paket hizmetlerini eşit şekilde işler ve IP’ye doğru gelişir
    Ağ mimarisi. 
  • CDMA2000 sistemi IS-95 temel alınarak ortaya atılmış bir 3G standardıdır.
    standart. Standardizasyon çalışması şu anda 3GPP2 tarafından yürütülmektedir. Devre Anahtarlamalı
    (CS) alanı 2G IS95 CDMA ağından Paket Anahtarlamalı (PS) uyarlanmıştır.
    alan adı Mobil IP teknolojisine dayalı bir paket ağıdır. Radyo Erişimi
    Ağ (RAN), ATM anahtar platformunu temel alır, bol miktarda adaptasyon sağlar
    katman arayüzleri. 
  • TD-SCDMA standardı Çin Kablosuz Telekomünikasyon Kurumu tarafından ortaya atılmıştır.
    Standart (CWTS) Grubu ve artık ilgili spesifikasyonlarla birleştirilmiştir.
    3GPP’nin WCDMA-TDD’sine. Çekirdek ağ GSM/GPRS temelinde gelişmektedir.
    Hava arayüzü TD-SCDMA modunu benimser.

CDMA’da Kanal Ters Çevirme nasıl çalışır?

Tüm MS, farklı mantıksal kanallar oluşturmak için aynı frekansta ancak farklı PN kodlarıyla iletim yapar. Erişim için işaretlenen bazı kanallar sinyalizasyon ve kontrol için kullanılır.
Walsh Kodları farklı kanalları tanımlarken, PN kodları Hücreleri (15 bit kodla) ve MS’leri (42 bit kodla) tanımlamak için kullanılır.
Her MS, bir BTS’den bir sinyal paketi aldığında, bu da söz konusu BTS’nin tüm kanallarına (maksimum 64) yöneliktir, Walsh Koduna bağlı olarak hangisini kabul edeceğini belirler.
MS ayrıca birden fazla BTS’den benzer paketler alıyor olabilir. Hangi BTS ile konuşmalı? Bu, her bir BTS’ye tahsis edilen benzersiz bir kod dizisi olan PN Kodu (Kısa kod olarak adlandırılır) ile tanımlanır.
Benzer şekilde bir BTS, aynı Walsh Koduyla iletim yapan iki veya daha fazla MS’i alıyor olabilir (çünkü bir BTS, kendi hücresi içindeki bir MS’ye tahsis ettiği aynı Walsh kodunu kullanarak komşu bir hücrenin MS’sinin komşu BTS ile konuştuğunu duyabilir) . BTS, hangi MS’lerin kendisiyle konuştuğunu başka bir PN kodu seti (Uzun kod adı verilen) aracılığıyla tanımlar. Uzun PN kodları, MS’leri tanımlayan başka bir benzersiz kod dizisidir.

cdma2000 Sinyal Hizmetleri Katmanının İşlevleri

cdma2000 Sinyal Hizmetleri Katmanının İşlevleri
Sinyal Hizmetleri Katmanı, mobil cihaz ile baz istasyonu arasında alınıp verilen tüm mesajları işler. Bu mesajlar çağrı kurulumu ve devre dışı bırakılması, devredilmesi, özellik aktivasyonu, sistem konfigürasyonu, kayıt ve kimlik doğrulama gibi şeyleri kontrol eder.
Cep telefonunda, Sinyal Hizmetleri Katmanı aynı zamanda cep telefonunun çağrı işleme durumlarının korunmasından da sorumludur:
  Mobil İstasyon Başlatma Durumu
  Mobil İstasyon Boşta Durumu
  Sistem Erişim Durumu
  Trafik Kanal Durumunda Mobil İstasyon Kontrolü

FARKLI DURUMLARA MOBİL GEÇİŞ

 
Bir cep telefonu açıldıktan sonra dört durumdan birinde olacaktır.
Başlatma Durumu
Başlatma Durumunda, mobil cihaz ilk tercih edilen RF frekans kanalını ayarlar ve Pilot Kanalın kodunu çözmeye çalışır. Pilot bulunamazsa, cep telefonu başka bir RF kanalı veya frekans bandındaki pilotun kodunu çözmeye çalışır.
Boşta Durumu
Boşta Durumunda, mobil cihaz Sayfa Kanalının kodunu çözer, baz istasyonu hakkında ek bilgi alır ve ardından bu durumda kalabilir ve sayfalar veya diğer Mesajlar için Kanalı izleyebilir veya cep telefonu izlemek için Sayfa Kanalını değiştirebilir. Buna boşta geçiş denir.  Cep telefonunun baz istasyonuyla iletişim kurması gerekiyorsa cep telefonu Erişim Durumuna girer.
Sistem Erişim Durumu
Mobil cihaz, bir Çağrı Mesajı alırsa, bir arama başlatırsa, kaydolursa veya baz istasyonuna başka bir mesaj göndermesi gerekirse Mobil Sistem Erişim Durumuna girecektir. Çağrı Yanıtı veya Oluşturma için baz istasyonuna başarıyla erişildiğinde mobil
Trafik Kanal Durumuna girmeye yönlendirilecek. Sistem Erişim Durumundayken başka herhangi bir sipariş veya mesaj için onay alınması, cep telefonunun Boşta Durumuna yeniden girmesine neden olacaktır.
Trafik Kanalı Durumu
Trafik Kanalı Durumunda cep telefonu, İleri ve Geri Trafik Kanallarını kullanarak baz istasyonuyla iletişim kurar. 

Yayılma Yolu

Yayılma Yolu (Propagation Path) Nedir?

Yayılma yolu, elektromanyetik dalgaların yani radyo, mikrodalga veya diğer sinyallerin bir verici kaynaktan alıcıya doğru izlediği fiziksel rotadır. Bu yol, sinyalin karşılaştığı fiziksel engeller, atmosferik koşullar, çevresel faktörler ve sinyalin frekansına bağlı olarak değişkenlik gösterebilir. Özellikle kablosuz iletişim sistemlerinde yayılma yolu, bağlantının kalitesi, kararlılığı ve sinyal gücü açısından hayati önem taşır.

Temel Yayılma Türleri

Yayılma yolları genellikle üç ana başlık altında sınıflandırılır:

  • Doğrudan (Line-of-Sight – LOS) Yayılma: Sinyalin verici ile alıcı arasında doğrudan, engelsiz bir yol izlemesi durumudur. En stabil bağlantı türlerinden biridir.
  • Yansımalı Yayılma: Sinyal, binalar, dağlar veya diğer yapılar gibi engellere çarparak yön değiştirir ve alıcıya ulaşır. Bu durum çoklu yol (multipath) etkisine neden olabilir.
  • Saçılmalı (Diffractive/Scattering) Yayılma: Sinyal küçük nesnelere veya engellere çarparak yön değiştirir ya da dağılır. Genellikle şehir içinde dar alanlarda görülür.

Yayılma Yolunda Karşılaşılan Faktörler

Yayılma yolunda sinyalin karşılaşabileceği bazı ana faktörler şunlardır:

Faktör Etkisi
Engeller (Binalar, Ağaçlar) Sinyalin gücünü azaltabilir, yansımaya neden olabilir.
Atmosferik Koşullar Yağmur, sis, nem gibi faktörler sinyalin absorbe edilmesine neden olabilir.
Frekans Yüksek frekanslar daha kısa menzile sahiptir ve engellere daha duyarlıdır.
Çoklu Yol Etkisi Sinyalin farklı yollarla alıcıya ulaşması sonucu parazitlenmeler oluşabilir.

Farklı Ortamlarda Yayılma Senaryoları

  • Kentsel Alanlar: Binaların çokluğu nedeniyle yansıma ve saçılma yaygındır. Doğrudan görüş azdır. Çoklu yol etkisi ciddi bir problemdir.
  • Kırsal Alanlar: Açık alanların fazla olması sebebiyle doğrudan yayılma baskındır. Sinyal menzili genelde daha uzundur.
  • Kapalı Mekanlar: Duvarlar ve objeler sinyali engeller veya yansıtır. Bu durumda iç mekân yayılma modelleri kullanılır.

Yayılma Modeli Türleri

Yayılma yollarını modellemek için birçok matematiksel model geliştirilmiştir:

  • Free Space Path Loss Model: Açık alanlarda doğrudan görüş için kullanılır.
  • Hata ve Okumura Modelleri: Şehir içi ve kırsal alanlar için istatistiksel modellerdir.
  • Ray Tracing: Özellikle iç mekân simülasyonlarında, sinyalin nasıl yansıdığını ve yayıldığını analiz eder.

Yayılma Yolu ile İlgili Sık Sorulan Sorular

Yayılma yolu neden önemlidir?

Yayılma yolu, sinyalin iletilme kalitesini, hızını ve kararlılığını etkileyen en kritik faktörlerden biridir. Kötü bir yayılma yolu bağlantı kesilmelerine, düşük veri hızına veya iletişim kaybına neden olabilir.

Çoklu yol etkisi nedir?

Çoklu yol etkisi, sinyalin aynı anda birden fazla yoldan alıcıya ulaşarak girişim (interferans) oluşturması durumudur. Bu da veri kaybına ve zayıf bağlantıya neden olabilir.

Yayılma yolları nasıl optimize edilir?

İyi bir anten yerleşimi, frekans seçimi, yönlendiricilerin doğru konumlandırılması ve engellerin azaltılması ile yayılma yolları optimize edilebilir.

Yüksek frekanslarda yayılma nasıl etkilenir?

Yüksek frekanslı sinyaller daha kısa mesafede yayılır, engellerden daha fazla etkilenir ve genellikle daha yüksek kayıplara sahiptir. Bu yüzden hücresel şebekelerde daha fazla baz istasyonu gerekir.

Elektromanyetik Dalganın Yayılması

  • Radyo dalgası havada yayıldığında elektrik alanının yönü düzenli olarak değişir. Radyo dalgasının elektrik alan yönü yere dik ise radyo dalgası dikey polarizasyon dalgasıdır
  • Radyo dalgasının elektrik alan yönü yere paralel ise radyo dalgası yatay polarizasyon dalgasıdır
  • Elektromanyetik yayılımın yayılması, bir enerji yayılım moduna bürünür. Yayılma sırasında, elektrik alanı manyetik alana dikeydir ve her ikisi de yayılma yönüne dikeydir. Elektrik alanı ile manyetik alan arasındaki etkileşim sayesinde enerji, tıpkı su dalgalarının yayılması gibi uzaklara yayılır.

PN Kodu Oluşturma ve Maskeleme

 
PN Kodu Oluşturma
PN Kodu Oluşturma
PN kodları, modulo 2 aritmetiği kullanılarak asal polinomlardan oluşturulur. Bu kodları üreten durum makineleri çok basittir ve kaydırma yazmaçlarından ve XOR kapılarından oluşur
.
 
Maskeleme jeneratörün aynı sırayı üretmesine neden olur, ancak zaman içinde dengelenir
PN Dengesi (Maskeleme)
Maskeleme, PN kodları için zaman değişimi sağlar. Farklı maskeler farklı zaman değişimlerine karşılık gelir. cdmaOne sistemlerinde Elektronik Seri Numaraları (ESN), trafik kodu kanallarındaki kullanıcılar için maske olarak kullanılır.

Radyo Dalga Spektrumu

Radyo dalgaları 3Hz ~ 3000GHz aralığında dağıtılır. Bu spektrum yukarıdaki tabloda gösterildiği gibi 12 banda bölünmüştür. Her spesifik banttaki frekanslar benzersiz yayılma özellikleri sunar: Frekans ne kadar düşük olursa, yayılma kaybı o kadar düşük olur, kapsama mesafesi o kadar uzak olur ve kırınım kapasitesi o kadar güçlü olur.

Radyo dalgaları, elektromanyetik spektrumda kızılötesi ışıktan daha uzun dalga boylarına sahip bir tür elektromanyetik (EM) radyasyondur. 300 GHz’den 3 kHz’e kadar frekanslara ve 1 milimetreden 100 kilometreye kadar karşılık gelen dalga boylarına sahiptirler.

Bununla birlikte, düşük bant frekans kaynakları sıkıdır ve sistem kapasitesi sınırlıdır, bu nedenle öncelikle yayın, televizyon ve çağrı sistemlerine uygulanırlar. Yüksek bant frekans kaynakları bol miktarda bulunur ve sistem kapasitesi büyüktür.

ancak frekans ne kadar yüksek olursa yayılma kaybı o kadar yüksek olur, kapsama mesafesi o kadar kısa olur ve kırınım yeteneği o kadar zayıf olur.

EM spektrumu genel olarak dalga boyunun azaldığı, enerji ve frekansın arttığı yedi bölgeye ayrılır.

Ayrıca frekans ne kadar yüksek olursa teknik zorluk da o kadar yüksek olacak ve sistem maliyeti de o kadar yüksek olacaktır. Mobil iletişim sisteminin amacına uygun bant, hem kapsama etkisine hem de kapasiteye izin vermelidir.

Diğer bantlarla karşılaştırıldığında UHF bandı, kapsama etkisi ile kapasite arasında iyi bir denge sağlar ve bu nedenle mobil iletişim alanında yaygın olarak uygulanır. Ancak mobil iletişim talebinin artmasıyla birlikte daha fazla kapasiteye ihtiyaç duyulmaktadır. Mobil iletişim sisteminin yüksek frekans bandına doğru gelişmesi kaçınılmazdır.