基地台收發功率與頻道重複使用距離

基地台與行動單元間的訊號強度必須夠強以便接收訊號，同時也必須不能太 強以免造成太多的通訊干擾。所以，頻道的重複使用距離(channel reuse distance) 取決於基地台與行動單元間的訊號強度，若行動單元與基地台之間所使用的頻道 訊號強度越強時，則該頻道距離此基地台的重複使用距離就越大，而這個距離也 可能受到地形環境所造成的訊號強度衰退而有所影響。 

 

理想的蜂巢網路被視為六角形的堆疊，基地台均勻的分布在整個網路中。在 不考慮地形環境以及雜訊干擾的情況下，基地台與行動單元間的發送功率強度，

決定了基地台周圍頻道限制的範圍大小。例如，重複使用因子 N=3 的網路，其 基地台發送功率強度的設計就會比 N=7 的網路要來的小。重複使用因子 N 被定 義為重複式樣的細胞數目(每個細胞在此一式樣中使用單一個頻道的頻帶)，在六 角形細胞的式樣中，只能有下列的 N 值出現  : 

N= +

I

²

J

²+( x

I J

),

I J

, =0,1, 2, 3... 

在網路模型中，為了簡化頻道配置問題，通常規定每個基地台與行動單元間的收 發功率強度一至，使我們可以在單一的頻道重複使用距離的基礎上，進行頻道配 置的分析。 

 

在 3‐cell cluster 網路中(N=3)，基地台收發功率強度的設計會使得頻道重複使 用距離被設定為 2‐cell unit。而在 7‐cell cluster 網路中(N=7)，頻道重複使用距離 會被設定為 3‐cell unit。圖 1.1 為重複使用因子 N=3 時的固定頻道配置圖。 

 

  圖 1.1 cell 中 1 2 3 分別表示三種不同的頻道群集 

 

1.4 固定頻道與動態頻道 

1. 固定頻道   

固定頻道被固定配置、使用於指定的 cell 中，雖然在使用與管理上較為簡單，

但頻道在使用區域上的限制，會使得頻道的使用缺少彈性。 

 

2. 動態頻道   

頻道沒有使用區域上的限制。但由於動態頻道在配置的過程中，需要即時對 當下的頻道使用情況進行分析，並演算、判斷出最適合的頻道進行配置，所以使 用動態頻道的網路系統必須時時刻刻掌握動態頻道的使用情形，以確保整體網路 的正常運作。 

 

由許多研究證明，動態頻道配置的系統效能會優於固定頻道配置。以 HCA 系 統的模擬為例，動態頻道所佔比例較高的系統所模擬出的結果會優於動態頻道所 佔比例較少的系統。 

 

對於重複使用因子 N=4 的固定頻道網路系統而言，若全網路頻寬為 40 個頻 道，則每一個 cell 的最大通訊承載量為 40/4=10 個 call。而對於使用動態頻道的 網路系統而言，同樣考慮全網路頻寬為 40 個頻道，則每一個 cell 的最大通訊承 載量為 40 個 call，遠大於固定頻道的網路系統。這項優勢尤其在不均勻通訊量

4 

的網路系統中，更加明顯。所以在不考慮動態頻道所造成額外系統負擔的情況 下，動態頻道的使用優於固定頻道的使用。 

 

對於使用固定頻道配置策略的網路而言，頻道的使用狀態只有忙碌與閒置兩 種，所以頻道在配置選擇方面是單調的。而對於使用動態頻道配置策略的網路而 言，頻道的狀態會因周圍 cell 頻道使用情形的不同而有不同的狀態表示。在本論 文中，我們就對動態頻道定義了五種狀態，1、0、‐1、‐2、‐3，分別表示不同的 頻道使用情形。頻道狀態的定義，不但賦予了不同頻道在配置效果上的差異，也 提供系統一個頻道選擇的判斷依據。在動態頻道配置的問題中，頻道的選用順序 往往會對系統效能造成重大的影響，所以在欲配置頻道的當下，選擇一個適合的 頻道進行配置是相當重要的。 

 

1.5 動態頻道配置策略 

動態頻道的運用必須搭配動態頻道配置的策略，配置策略有三大重點，第一 是頻道的管理，第二是頻道的選擇，第三是頻道的重新配置(channel 

reassignment)。舉例  :   

1. ES 策略  ([1]所提到的動態頻道配置策略，簡稱為 ES 策略) :  (1) 頻道的管理  :  藉由即時更新 allocation matrix 來達成。 

(2) 頻道的選擇  :  藉由計算 fitness 值來判斷。由於該篇文章中所制定的 fitness function 有考慮全網路 cell 的頻道使用資訊，故將之歸類為中央控 制式的動態頻道配置策略。 

(3) Channel reassignment :  藉由執行 ES 演算法達到最佳化。 

 

ES 系統每配置一個動態頻道，就必須執行一次 ES 演算法，以找出最佳解完

成頻道選擇(channel select)與頻道重新配置(channel reassignment)的工作。若 ES 演算法過程中所耗費的系統資源過多或是演算時間過長，會嚴重影響配置系統的 工作效能。尤其是演算法運算時間的考量，時間過長會造成通訊延遲，時間過短 則會取不到最佳頻道進行配置。 

 

2. 本論文策略 

(1) 頻道的管理  :  藉由定義頻道狀態以及頻道狀態轉換規則。第二章說明。 

(2) 頻道的選擇  :  藉由可用頻道數量觀點與狀態 0 周圍狀態總和觀點選擇配 置頻道。第三章說明。 

(3) Channel reassignment :  藉由可用頻道數量觀點與狀態 0 周圍狀態總和觀 點選擇重置頻道。第四章說明。 

 

本策略中，每個基地台選擇頻道的判斷依據為地域性的資訊考量，故為分散 式動態頻道配置策略。且策略在執行的過程中，不需要執行最佳化演算法即可達 到相當不錯的配置效果。運算簡單、執行迅速且效能優越是本策略的重要優勢。 

 

1.6 中央式與分散式系統比較 

1. 中央控制   

行動交換中心會負責所有基地台頻道使用狀態的管理，行動交換中心每配置 一個頻道就必須對頻道狀態矩陣進行更新。不論是配置固定頻道或配置動態頻 道，頻道狀態的管理工作都是交由行動交換中心來進行。在此情況下，基地台本 身並不需要關注本身基地台與周圍基地台的頻道使用情形，也就是說，在中央控 制的系統中，基地台與基地台與行動交換中心之間並不需要進行頻道使用狀態的 交換更新工作。 

 

6 

2. 分散控制   

配置頻道的工作不交由行動交換中心，每個基地台負責自身細胞內的頻道配 置工作，為了要使每個基地台有配置頻道的功能，基地台本身就必須有管理頻道 狀態的能力。 

 

為了要達到分散式動態頻道配置的效能，每個基地台除了本身需要關心自身 細胞的頻道使用狀態外，還必須時刻更新周圍細胞的頻道使用狀態。藉由周圍細 胞的頻道使用狀態資訊，基地台可以判斷出當下最佳的可配置頻道。 

 

基地台在實際運作時，會即時對當下所有的閒置頻道進行優劣判斷的運算，

並列出使用列表，當行動單元要求通訊時，基地台就會從列表中直接取出最優頻 道進行配置權的確認工作(Handshake)。若成功取得配置權，則行動單元會使用此 頻道進行語音通訊。 

 

雖然行動交換中心不用再處理系統內的頻道配置工作，但是行動單元與行動 單元間的連結或是行動單元與市話系統的連結，還是需要行動交換中心做一個整 體上的控制管理。所以我們可以說分散式系統是將中央式系統的頻道管理工作做 了一個功能上的分割，行動交換中心保留了對控制頻道的管理工作，而將通訊頻 道的管理以及配置工作交由每個基地台來進行。如此做的目的是為了減輕行動交 換中心龐大的工作量，而降低 MSC 故障時所造成的風險。 

 

3. 分散式動態頻道系統的優缺點  :   

(1) 相較於中央控制系統，頻道配置的工作，不會因為 MSC 的失常，而造成 整片蜂巢網路通訊的癱瘓。 

(2) 全網路是以動態頻道進行通訊服務，相較於固定頻道配置的網路，在頻

道使用上有較大的彈性。 

(3) 由於分散式配置的特性，每個基地台在配置頻道之前，還必須執行配置 權確認的動作。而基地台之間訊息傳遞的數量也必須列入考量。 

                                                                   

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第二章 頻道管理-定義頻道狀態

為了實現動態頻道配置策略，監控周圍基地台頻道的使用狀態是用以判斷頻 道選擇優劣的重要依據。於是我們對動態頻道的使用狀態做了以下的定義:

2.1 頻道狀態

1. 狀態 1 :  表示該頻道對於該 cell，處於正在通訊中的狀態。 

2. 狀態  0 :  表示該頻道對於該 cell，處於正在閒置的狀態。 

3. 狀態  ‐1 :  表示該頻道對於該 cell，處於不可使用狀態。 

z 說明 :

接下來，我們將頻道狀態導入 3‐cell cluster 網路模型中，再以單一頻道狀態 配置圖說明頻道狀態與狀態間的關係。首先建立 7X7 49 cell 網路模型，如圖 2.1。 

 

  圖 2.1  圖中 1~49 為 cell 的編號 

 

在 3‐cell cluster 網路系統中，同頻干擾範圍被定義為使用頻道所在基地台周 圍一格的距離。舉例，圖 2.1 中若 cell 25 使用了頻道 k，則 cell 25 同頻干擾範圍 內的 cell (cell 17,18,24,26,32,33)  皆不可再使用頻道 k 進行通訊。 

 

  圖 2.2  頻道 k 的配置狀態圖，cell 25 配置動作前狀態 

 

  圖 2.3  頻道 k 的配置狀態圖，cell 25 配置動作後狀態 

舉例，圖 2.2 是一張頻道 k 的狀態配置圖，圖中 cell 1~49 的頻道狀態皆為 0，

表示頻道 k 對於 cell 1~49 都處於閒置的狀態。圖 2.3 也是一張頻道 k 的狀態配置 圖，圖中 cell 25 的頻道狀態為 1，表示頻道 k 對於 cell 25 是處於正在通訊的狀態，

而 cell 17,18,24,26,32,33 的頻道狀態為‐1，表示頻道 k 對於 cell 17,18,24,26,32,33 處於不可使用的狀態。對於所有的單一頻道狀態配置圖，圖中頻道狀態與狀態的 關係必須遵守 2.2 節的規定以符合同頻干擾之下頻道使用的限制。

2.2 頻道狀態規定

在單一頻道配置圖中規定:

1. 狀態 1 周圍狀態(同頻干擾範圍內的狀態)必須是‐1。 

2. 狀態‐1 周圍狀態(同頻干擾範圍內的狀態)必須至少有一個為狀態 1。 

3. 狀態 0 周圍狀態(同頻干擾範圍內的狀態)必須不能是 1。 

10 

z 說明 :

例如，圖 2.3，對於狀態 1 的 cell (cell 25)，其周圍狀態皆為‐1，故滿足第一 個規定。對於狀態‐1 的 cell (cell 17,18,24,26,32,33)，其周圍狀態至少有一個為狀 態 1，故滿足第二個規定。對於狀態 0 的 cell，其周圍狀態都沒有狀態 1，故滿 足第三個規定。所以我們可以說圖 2.3 是一張符合同頻干擾限制的狀態配置圖。 

 

在任何時刻，針對所有的頻道所做的任何頻道狀態轉換動作，系統都必須對 該頻道所屬的狀態配置圖進行更新。例如，在圖 2.2 的配置狀態下，若 cell 25 選 擇了頻道 k 進行配置，則頻道 k 的狀態配置圖就必須立即執行狀態更新的動作。

在任何時刻，針對所有的頻道所做的任何頻道狀態轉換動作，系統都必須對 該頻道所屬的狀態配置圖進行更新。例如，在圖 2.2 的配置狀態下，若 cell 25 選 擇了頻道 k 進行配置，則頻道 k 的狀態配置圖就必須立即執行狀態更新的動作。

在文檔中 蜂巢網路分散式動態頻道配置探討 (頁 11-0)