Contrôle de puissance des systèmes de télécommunications

Le contrôle de puissance est aujourd’hui un enjeu majeur en Télécommunications, tant pour les problèmes de robustesse et donc de qualité de service, que pour les contraintes environnementales. C’est ainsi un domaine actif de recherche en Automatique et Télécommunications.

Un contrôle de puissance rapide est primordial. Sans lui, un seul terminal mobile émettant à une puissance trop élevée pourrait empêcher tous les autres terminaux mobiles de la cellule de communiquer, puisque plusieurs utilisateurs différents émettent dans la même bande de fréquence. Chaque utilisateur est une source d’interférence pour les autres. Il est donc important de mettre en oeuvre un mécanisme qui permette aux terminaux mobiles d’ajuster leur puissance d’émission tout en garantissant une bonne réception à la station de base. Ce problème de puissance se pose aussi pour les puissances émises par la station de base pour limiter les interférences inter-cellulaires et au sein d’une même cellule. Le contrôle de puissance est donc nécessaire dans les deux sens.

Le contrôle de puissance en boucle fermée permet de compenser les évanouissements rapides qui dégradent régulièrement le signal. Dans le lien montant, il est basé sur le principe suivant : la station de base réalise des estimations fréquentes du rapport signal sur interférences (SIR) et les compare à une valeur cible. Si la valeur estimée est supérieure à la valeur cible, la station de base demande au terminal mobile de diminuer sa puissance d’émission. A l’inverse, si elle est inférieure, il sera demandé au terminal d’augmenter sa puissance
d’émission. Cette opération est réalisée 1500 fois par seconde (1500 Hz) pour la norme UMTS et 800 fois par seconde (800 Hz) pour la norme CDMA-2000. Cesfréquences élevées permettent au contrôle de puissance de détecter n’importe quelle variation et d’assurer que les puissances émises restent ajustées pour le SIR requis. Ce principe est aussi utilisé au niveau du lien descendant, bien que, dans ce cas, la raison en soit différente. Dans ce sens, les signaux proviennent de la station de base. Il est souhaitable, afin de minimiser les interférences intercellulaires, que la puissance destinée aux terminaux mobiles qui se trouvent en bordure de cellule soit la plus faible possible tout en garantissant une bonne qualité de réception. Le contrôle adaptatif de puissance en boucle externe permet d’ajuster les valeurs cibles des SIR en fonction de l’utilisation du lien radio de façon à assurer une qualité constante. Pour cela, la station de base ajoute aux trames reçues dans le sens montant un indicateur de qualité. Cet indicateur est alors traité par le mobile qui, si la qualité est en baisse, commande en retour à la station de base d’augmenter la valeur des SIR cibles. Cette procédure est implémentée au niveau des BSC car elle doit être toujours disponible même en cas de handover.
Le contrôle d’admission en boucle ouverte permet d’évaluer les pertes du canal entre la station de base et l’usager mobile afin de définir à quelle puissance le terminal mobile doit émettre pour compenser les phénomènes d’évanouissements. L’évaluation est faite dans le sens descendant sur des canaux prévus à cet effet et on suppose, de façon abusive, que les pertes sont identiques pour la voie montante et descendante. Bien qu’imprécis, ce contrôle est nécessaire pour les terminaux mobiles lors de l’établissement d’une connexion afin de définir approximativement le niveau de puissance auquel ils doivent émettre. Le contrôle de puissance en boucle fermée permettra ensuite d’ajuster cette puissance. Ce travail de thèse consistera donc à choisir une modélisation d’un système de télécommunications réaliste et à réaliser un contrôle de la puissance en utilisant les dernières techniques en terme de contrôles linéaires et non linéaires.

Contacts: Patrick Coirault, Emmanuel Moulay

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