室內位置推薦演算法之分量載波選擇

我們提出了一個在用於分量載波選擇的室內位置推薦方案(Indoor Location Recommendation, ILR)，使用於 LTE-A Femtocell 網路下行鏈路中。

我們 ILR 的基本目標是要在用戶在目前位置下沒有足夠的 SINR 能夠使用 SCC，藉由我們的方法提出一個建議位置以及移動路徑，用戶能夠移動到 建議的位置獲得較好的 SINR 使用 SCC。在這裡我們可以將問題公式化表 示 ̂ 𝑓 𝜃 𝜙 ， ̂為推薦位置， 為用戶目前的位置，𝜃表示用戶服務需求 以及𝜙表示 QoS 地圖，而這個部分會在之後會有詳細解說。

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我們提出的 ILR 方案可以分成兩個階段，分別為離線階段(offline)與上 線階段(online)。在離線階段，ILR 採用 LTE-A Femtocell 網路的先備知識 去建構出 QoS 地圖。在上線階段，ILR 會建議用戶往哪裡移動，並且會根 據其不同的分量載波分配的需求決定往哪個方向移動，同時會最小化移動 的距離提出離用戶目前位置最近的推薦位置，詳細的 ILR 方案會在後面說 明。

3.2.2.1 離線階段

在離線階段，ILR 會建構 QoS 地圖( , 𝜙 )，這裡的 為位置而 i 為索引 值，𝜙 為位置 的 QoS 指標。由圖所示 QoS 指標𝜙 可以被劃分為很多種類，

會根據特定的 SINR 門檻值做區分，也會有相對應的調變與編碼方式 (Modulation and Coding Schemes, MCSs)。實際上有著高 SINR 的傳輸情形 下可以採用高階的 MCS 達到高 QoS 的需求。因此 QoS 指標𝜙 可以反映應 用層的 QoS 需求，像是所需要的資料吞吐量或者是封包時間延遲等。

SINR^th1 SINR^th2 SINR^th3

QoS indicator Φi

Modulation

SINR Level

BPSK QPSK 16-QAM 64-QAM

QoS class 1 QoS class 2

QoS class 3 QoS class 4

SINR≥ SINR^th3

SINR^th1 ≦ SINR < SINR^th2 SINR^th2 ≦ SINR < SINR^th3

SINR < SINR^th1

SINR Threshold

圖 3-4、QoS 地圖與所對應的 SINR 及調變方式

考慮整個空間狀況，會將空間區分成 m 個區塊，而所述的目標區域的 QoS 地圖可以被定義為 , 𝜙 ), ( , 𝜙 ),………( _𝑚, 𝜙_𝑚)}。而在本論文中，QoS 指標𝜙 會依據所在位置 的 SINR 所獲得，其 ( )可被表示成 下列式子：

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𝜙

{

( ) ₃ ( )

( ) (9)

這裡的 為介於相鄰 MCSs 間的第 i 個 SINR 門檻值，可由表得 知，我們的 、 和 ₃ 分別等同於 -6.7、5.9, 和 11.7 dB。

表 3-1、在 LTE-A 中的 MCS、SINR 與頻譜效率關係

Index Modulation Code

rate SINR range (dB) Spectral efficiency (bps / Hz)

1 QPSK 0.076 -6.7 < SINR < -4.7 0.152 2 QPSK 0.12 -4.7 < SINR < -2.3 0.234 3 QPSK 0.19 -2.3 < SINR < 0.2 0.377 4 QPSK 0.30 0.2 < SINR < 2.4 0.601 5 QPSK 0.44 2.4 < SINR < 4.3 0.870 6 QPSK 0.59 4.3 < SINR < 5.9 1.175 7 16-QAM 0.37 5.9 < SINR < 8.1 1.476 8 16-QAM 0.48 8.1 < SINR < 10.3 1.914 9 16-QAM 0.60 10.3 < SINR < 11.7 2.406 10 64-QAM 0.45 11.7 < SINR < 14.1 2.730 11 64-QAM 0.55 14.1 < SINR < 16.3 3.322 12 64-QAM 0.65 16.3 < SINR < 18.7 3.902 13 64-QAM 0.75 18.7 < SINR < 21.0 4.523 14 64-QAM 0.85 21.0 < SINR < 22.7 5.115 15 64-QAM 0.93 SINR > 22.7 5.554

基本上，QoS 地圖可以透過現場勘查有經驗地建構出來，我們可以建 構一個實驗的平台，去量測在周期內平均時間的 SINR 𝑠在位置 中的情形，

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紀錄統計出來的數值( , 𝑠 )。因此，所對應的 QoS 種類𝜙 可以從𝑠對應表 格 X 與圖 X 中獲得，將所有的獲得的數值逐點式的建構便能建構出 QoS 地 圖{( , 𝜙 ), ( , 𝜙 ),………( _𝑚, 𝜙_𝑚)}。也因為𝑠 會被周圍的 femtocell 干擾而 有所影響，這也就是為什麼預估的𝜙 被稱為干擾察覺(interference-aware) 的 QoS 地圖。

3.2.2.2 上線階段

當 QoS 地圖{( , 𝜙 ), ( , 𝜙 ),………( _𝑚, 𝜙_𝑚)}在離線階段被建立後，我 們所提出的系統便能夠上線建議用戶往最小移動距離的地方移動，會基於 它們所需要服務的種類，可以從 QCIs 𝜃 中得知其服務需求。用戶將會週 期性的告知(𝑠 , 𝜃)給所服務的 HeNB，而會參考當前 SINR (𝑠 )與它的傳輸 的 QCI 種類(𝜃 )。服務的 HeNB 將會利用這個 SINR 資訊𝑠測量當用戶在位 置 時所對應的 QoS 類別𝜙。在此同時，服務的 HeNB 將會對應 QCI 𝜃 得 到 QoS 類別𝜙^∗。假如在目前用戶位置所預估的 QoS 類別 𝜙 較低於所渴望 的 QoS 類別𝜙^∗和在 PCC 中可用的資源並不足以支持𝜙^∗，服務的 HeNB 將 會選擇 SCC 去增加傳輸的容量，此時必須要滿足下列兩個情況：

𝜙^∗ (10) ( ) 𝑥 (11)

方程式(11)與方程式(8)相同，因為在分配 SCC 給用戶時不能夠對周圍 HeNB 的用戶有太過嚴重的干擾。然而在方程式(10)就與方程式(7)有所不 同，這裡表示了分配的 SCC 應該要根據所需求的 QoS 類別𝜙^∗決定，所以 方程式中應該以 QoS 類別𝜙^∗取代固定的數值 。

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X Coordinate (m)

Y Coordinate (m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

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X Coordinate (m)

Y Coordinate (m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Serving HeNB 2.5

Interferencing HeNB UE

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Map SINRs to QoS classes

Collect the SINR measured by UE

QoS map Estimate the current location

of UE Look for the

QoS map

Recommend location Calculate the point

with a minimum distance

Indoor location recommendation (ILR)

HeNB

HeNB Signal

Interference

Current location l Users request for

SCC allocation

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Algorithm: Indoor location recommendation algorithm (ILR)

Offline stage:

1: Construct and initialize the QoS Map: {(

, 𝜙 ), ( , 𝜙 ),…

(

_𝑚

, 𝜙

_𝑚

)}

Online stage:

2: UE periodically informs the serving HeNB of (𝑠,

𝜃

)

𝑠

: SINR, 𝜃 : service requirement in terms of QCIs 3: The serving HeNB converts (𝑠,

𝜃

) to (𝜙 ,

𝜙

^∗)

𝜙

: QoS indicator of the current location,

𝜙

^∗: desired QoS class 4: If

𝜙 < 𝜙

^∗

5: For k = 1 : m 6: Export (

, 𝜙 )

7: Set Λ as the set of ( ^∗,

𝜙

^∗) in which

𝜙

^∗

𝜙

^∗ //

𝜙

^∗

is adequate to the desired QoS level

8: end For 9: If Λ ≠

10: Calculate the gradient from the current location

to each

location ^∗ in Λ, _𝒊

11: Feedback the location

̂

with a maximum gradient 12: end If

13: else // the search result is null

14: Return // keep staying in the current location 15: Return

̂

// go to the new location

̂

16: end If 17: end

圖 3-8、所提出的 ILR 演算法虛擬碼

3.2.2.3 ILR 演算法的執行

QoS 地圖可能因為周圍 HeNB 的移動或式開關而有所改變。然而，QoS 地圖可以隨時藉由用戶與服務的 HeNB 交換訊息而進行更新。在室內位置 的技術下，HeNB 可以測量目前用戶的位置以及週期性地更新( , 𝜙 )以維 護 QoS 地圖。

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在文檔中 載波聚合於LTE-A系統之室內位置推薦演算法 (頁 52-60)