因為必須充分考慮在真實環境中使用者的狀況，才能確保系統模擬的結果對 於真實系統的運作具有參考價值。所以在進行系統模擬時，如何真實的反映出使 用者各種不同的行為模式與服務時的特性，以及使用不同服務時對於系統資源的 耗用，是一個非常重要的課題。在行動通訊系統中，使用者的行為會造成發射訊 號強度變動來自兩個原因：一是使用者在空間中的移動､二是使用者選用不同服 務時對於系統無線資源(Radio Resource)的耗用。本章將會說明如何去模擬使用者 在系統中的行為。
5-1 使用者移動模型[25]
因使用者會移動，所以換手技術(Handover)就是為了使使用者移動的行為對 系統造成的影響達到最小，所以在不同的使用者移動環境中，換手技術所需採用 的演算法或參數可能都不相同，而這也間接的會影響到系統中干擾強度的水平 (Interference Level)。所以模擬使用者之移動是非常重要之課題，接下來將針對幾 個系統中主要的環境來說明使用者在其中的移動模式，與該環境的空間模型。
‧室內/辦公室(Indoor Office Test Environment)
此環境是針對一個有空曠樓面的大樓建築，辦公室的座位有著隔版分隔著，
而這些隔板會造成訊號大幅的變動，並且有著 Log-normal 的分佈。這裡所考慮 的模型中，並不考慮電梯和樓梯間的使用者，但這些情況實際上是存在的。此外 基地台是使用無指向性(Omni-directional)天線，且考慮系統所蒐集到的統計特性 是在中間樓層所進行的。
圖 5.1.1 室內/辦公室環境模型
每層樓面積 樓層數 房間大小 遮蔽效應標準差 使用者移動速度 5000(㎡) 3 10x10x3 m 12 dB 3 kn/h
表 5.1.1 室內/辦公室環境參數設定 此環境中移動模型的特徵如下：
- 使用者不會於 2 樓層之間移動。
- 使用者從辦公室房間到走道是以固定速度移動，不然就是靜止。
- 若使用者是在辦公室內，有較高的機率是靜止的。
- 若使用者是在走道上，有較低的機率是靜止的。
- 移動者不是靜止就是移動，從靜止狀態到移動狀態的變化是一個隨機過程。
使用者在靜止狀態所花的時間是幾何分佈，根據移動者是在辦公室或走道而 有著不同的平均值。而這在移動的移動者到達他的目的地，此移動者從移動 狀態變成靜止狀態。
- 當使用者在辦公室內，當移動到走道時便改為行動狀態。
- 在走道上時，使用者目的地的座標是均勻分佈的（每個走道的位置，都有均 等的機會成為目的地）
- 使用者”走”到目的地，是先移動 y 方向的座標到達目的地的 y 座標，再移動 x 方向到達目的地，且是用固定的速度。
- 當移動者到了目的地，馬上轉換成靜止狀態。
- 當移動者直走出辦公室到走道，簡單的假設辦公室的門能和辦公室的寬一樣 寬。當在走道上的移動者要進辦公室時，進每個辦公室的機率是相等的。以 下定義四個步驟：
1.在走道和從走道走到辦公室的移動行為及選擇哪間辦公室為目的地是 根據離散的均勻分佈
2.在走道上，移動者目的地的座標是均勻分佈的（每個走道的位置,都有
均等的機會成為目的地）
3.當移動者”走”到目的地,是先移動 x 座標達目的地的 x 座標,再移動 y 座 標,而到達目的地,且走路的速度是固定的
4.當移動者到達目的地馬上變成靜止狀態，且當在靜止狀態的移動者將 不再移動。
為了推導使用者從靜止狀態到移動狀態的轉移機率,必須設定以下的參數：
使用者者在辦公室的機率（r）､待在辦公室的平均時間( mr )､座標位置更新時 間間隔(△t)，有了這些參數便可以推算出在每個時間點(1-△t/mr , 1-△t/mc)的轉移 機率和平均在走道的時間(mc)。此外，進入辦公室的流量須等於離開辦公室的流 量，因此可以寫出下面這個式子：
圖 5.1.2 使用者狀態轉移機率表示圖 藉由預設的參數值，圖中的狀態變換機率可以求得：
P(S,S) = 1 - 0.005/30 = 0.999833 P(S,M) = 0.005/30 = 0.0001667 P(S,S) = 1-0.0009444 = 0.9990556 P(S,M) = 0.005*85/(30*15) = 0.0009444 在走道平均靜止的時間為 △t/P(S,M) = 5.294 秒
‧室內與室外間移動的行人(Outdoor to Indoor and Pedestrian Test Environment)
利用類似曼哈頓地區的道路結構來定義室外到室內和行人的環境，使用者沿 著街道移動，並在路口街角處才會轉彎。此種道路結構普遍存在於世界各大 城市之中，可視為是市區內典型的道路結構。
街區大小 街道寬度 基地台天線高度 遮蔽效應標準差 使用者移動速度 200x200 m 30 m 10 m 10 dB 3 km/h
表 5.1.2 環境參數設定
圖 5.1.3 類似曼哈頓地區的典型市區街道模型
在市區的使用者移動模型和街道結構有高度的相關性。在這結構中使用者沿 著街道移動且在十字路口有著一定的機率會轉彎。在模擬系統中所儲存使用者的 座標每5 公尺更新一次，且在每次更新位置時，速度有一定的機率會產生變化。
此環境的使用者移動模型相關參數如下：
- 平均速度： 3km/h - 最低速度： 0 km/h - 速度的標準差（常態分佈）： 0.3km/h
- 每個更新位置點時速度改變的機率： 20%
- 在十字路口轉彎的機率： 50%
圖 5.1.4 使用者方向改變機率分佈
使用者在街道上的初始座標位置是均勻分佈的，而起始的移動方向亦是隨機 決定。
‧在交通工具上(Vehicular Test Environment)
此環境中，使用者位於車輛或其他的載具之內以高速於大範圍的區域中移 動。為了在此環境有效地提供服務，基地台天線的高度必須比平均屋頂高度高上 15 公尺。下圖使用六角型的細胞來代表每個基地台的涵蓋範圍，而基地台間的 距離約為6 公里，這裡的基地台並使用了指向性天線以增加有效的涵蓋範圍。
圖 5.1.5 具有大涵蓋範圍的基地台佈放模型與車輛移動模型
車輛的移動模型需考慮高速移動且方向改變的量並非特定的值，系統模 擬時使用的座標更新是以非相關距離為準，且在每次更新位置時都有一定的 機率會改變前進的方向。
假設車輛以等速移動，且相關的參數設定如下：
- 速度： 30km/h - 在座標更新點變換方向的機率： 20 % - 每次方向最大變化角度： 45 度 - 非相關距離： 20 公尺
使用者的初始座標位置是在地圖上均勻(Uniform)產生，而初始移動方向亦 是隨機產生。
5-2 使用者資料流量模型
在無線通訊系統中，由於系統的容量與系統中干擾的強度有很密切的關係，
而系統中的干擾源便來自每個同頻帶使用者所發射出的訊號，因此必須要正確的 模擬出每種服務所需消耗的無線資源程度以及形式。
但是當系統中使用者所使用的服務不同時，對於系統的無線資源(Radio Resource)耗用程度亦不相同。因此為了模擬時能真實反應出系統的效能。這裡針 對動通訊系統可能提供的幾種服務來介紹其資料流量模型，其中數據服務模型是 根據目前在網際網路所統計歸納而成的。
‧語音服務流量模型(Voice Service Traffic Model)
語音傳輸在行動通訊系統出現以來一直都是最重要的服務。 圖 5.2.1 所示為 使用語音服務時所造成的資料流量模型。其中”Active(ON)”的時候此時代表的是 發話端或受話端正在講話，因此有訊號發出，所以有相對應的資料流量產生。而 在”OFF”的時候，則代表當時並沒有訊號需要傳送(使用者沒有講話)，因此發射 端不會送訊號出來，也就不會造成其他使用者的干擾。因此我們可知，使用者的 資料流量模型所對應到的便是在空中介面(Air Interface)中，屬於該使用者的訊號 傳送與否的變化。因此使用者的資料流量模型將會被用來反映每個使用者發出訊 號與否，藉以模擬出在每一個時間點中，整個系統中的干擾強度變化。
因為一般人講話的習慣有關係，所以根據統計的結果得知，在使用語音服務 時，使用者傳送訊號的特色在於”ON”的時候會持續一長段，接著伴隨著一長段 的”OFF”。將整個使用者通話期間”ON”的時間平均起來，得到參數稱為” Activity Factor,ρ”，這個參數反應出對於通道(Channel)的使用率。此外，此種語音服務 的資料流量模型由於就像開關一樣，一陣子開再一陣子關，因此又被稱為” On – Off Model”。
假設目前系統中有N 個使用者，當 N 的值很大時，在任一個時間點觀察狀 態處在”Active”的使用者數目平均會是 Nρ。因此當系統中使用語音服務的使用 者很多時，我們估算使用語音服務的使用者所造成的干擾強度會訂為他們總共所 造成的干擾強度I 再乘上ρ。用此簡單的方式來反應出使用者使用該服務時資料 流量的特性，所造成系統中干擾強度的變化。
圖 5.2.1 語音服務流量模型
且根據統計的結果，使用者進入系統的每個時間點會是一個 Poisson 的流 程，而每使用者進入系統時間點的間距是呈現 Exponential 的分佈。此外，每個 使用者的平均通話時間也是呈現 Exponential 分佈，且使用者通話過程中若沒有 講話時，手機會暫時停止發送訊號(Silent State)，故此時將不會造成其他使用者 的同頻干擾(Co- Channel Interference)。
‧數據服務流量模型(Data Service Traffic Model)
在3G 之後行動通訊系統中，最大的特色是加入大量的數據服務，因此數據 服務的使用將會非常的普遍，也是許多學者繼續研究的原因，希望能發展出更能 支援數據服務之系統的出現，可預期系統的資料流量將會有相當的一部份是由數 據服務所貢獻。
由於數據服務所使用的資料傳輸速率普遍都比使用語音服務時要高出很 多，因此在訊號傳送時所需要的發射功率將會高出語音服務甚多。因此如何在通 訊系統中有效的將資源分配給使用不同服務的使用者以維持一定的服務品質 (Quality of Service, QoS)是非常重要的研究方向。不過在進行相關的研究時，準 確且真實的模擬出數據服務所造成的資料流量是非常重要的，如此所研究發展出
由於數據服務所使用的資料傳輸速率普遍都比使用語音服務時要高出很 多，因此在訊號傳送時所需要的發射功率將會高出語音服務甚多。因此如何在通 訊系統中有效的將資源分配給使用不同服務的使用者以維持一定的服務品質 (Quality of Service, QoS)是非常重要的研究方向。不過在進行相關的研究時，準 確且真實的模擬出數據服務所造成的資料流量是非常重要的，如此所研究發展出