圖 5-9: 模擬系統架構示意圖
系統環境如上圖所示，一共有 12 個大細胞基地台，基地台間距(Inter-Site Distance ,ISD)為 500 公尺，其中中間 3 個橘色的基地台參與合作式傳輸，進行功 率控制演算法。小細胞基地台總共有 13 個，分別佈建在三個基地台的交接點。箭 頭表示基地台的天線方向。每個大細胞基地台傳送功率初始設定為 40 瓦，因此三 個大細胞基地台總功率定為 120 瓦。小細胞基地台功率定為 1 瓦，並且可以分別 控制是否要開啟。訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值目標訂為 8dB，也就是 6.3 倍。當訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值為 8dB 時，利用一根天線傳送，
兩個天線接收的 SIMO (Single Input Multiple Output )系統可以達到 10-2的錯誤率 (Bit Error Rate)。詳細系統參數設定如下表：
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5.4 模擬數據以及結果
5.4.1
模擬小細胞基地台的有無
下圖是模擬單一使用者，在小細胞基地台與大細胞基地台同時開啟的情況下 訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值的累計積率密度分布圖型。在此情況下，
使用者會選擇收到最大的基地台當作服務訊號，不管是來自大細胞基地台的訊號，
或是來自小細胞基地台的訊號。從模擬圖中可以看出，單純加入小細胞基地台並 沒有太大的增益，在一些原本不佳時候反而會造成多餘的干擾，因此如何使用小 細胞基地台的方式很重要。
圖 5-10: 單純加入小細胞基地台效果
5.4.2
模擬動態調整小細胞基地台的開啟與關閉
下圖是模擬單一使用者，動態調整小細胞基地台的開啟與關閉的情況下訊號
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功率跟干擾功率加雜訊功率的比值的累計積率密度分布圖型。在此情況下，使用 者會根據選擇 5.2.2 中提到的功率比例 值作為決定的依據是否要使用小細胞基地 台傳輸。以下分別模擬了兩種情形，第一種情形是假設其他所有小細胞基地台都 保持關閉，只開啟需要傳送的小細胞基地台，模擬圖中以綠色線段表示；第二種 情形是假設小細胞基地台都保持開啟，然後根據 作決定是否要給小細胞基地台服 務，如果不給小細胞基地台服務則關閉該小細胞基地台，這種情況這比較接近實 際狀況，每個小細胞基地台都正在被使用，使用者需要決定配對的小細胞基地台 是否對傳輸有幫助，沒有幫助就關閉配對的小細胞基地台，模擬圖中以黑色線段 表示。模擬圖中清楚得顯示，理想狀況下其他小細胞基地台保持關閉時效果最好，
關閉掉不需要的小細胞基地台效果次之，兩者皆優於固定開啟小細胞基地台的結 果。
圖 5-11: 動態開關小細胞基地台效果
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5.4.3
模擬小細胞基地台結合傳輸功率控制演算法
下圖是模擬中央紅色區塊中有三個使用者，每個使用者隨機分布在扇形區域 當中，系統會先作乘載率取向傳輸功率控制演算法，接著把大細胞基地台無法服 務的使用者改交由小細胞基地台服務。模擬圖中用紅色曲線表示做完結合小細胞 傳輸的乘載率取向傳輸功率控制演算法之後的訊號功率與干擾功率佳雜訊功率的 比值的累計積率分布圖，藍色曲線表示沒有加入小細胞基地台與傳輸功率控制的 對照組。直接交由小細胞基地台服務雖然未必可以達到想要的訊號功率跟干擾功 率加雜訊功率的比值，但是跟直接屏蔽掉使用者相比，還是有機會可以成功的讓 系統運作，在此演算法中小細胞傳輸算是一種補強的機制。從模擬的結果看來，
使用者超過訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值目標值 8dB 的比例有顯著的提 升，也可以觀察到 8 dB 左右的機率有明顯的攀升，使用者大幅集中在門檻值 8dB。
圖 5-12: 結合傳輸功率控制後整體使用者 SINR
下圖是從乘載率來看演算法成效。從整體可以被服務的比率來看，乘載率從
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原本的 29%、作完乘載率取向傳輸功率演算法的 47%、加入小細胞傳輸後可以達 到 51%左右的乘載率，有 4%的增益。
圖 5-13: 演算法乘載率比較
但是從另一方面來說，加入小細胞基地台後進行乘載率取向演算法跟單純只 進行乘載率取向演算法的成效其實差異不大。因為加入小細胞基地台後多考慮了 小細胞基地台造成的干擾，導致演算法需要較嚴苛的條件才能完成，讓整體的成 功率下滑。所以加入小細胞基地台的情況要慎重考慮，避免造成的干擾多過於造 成的增益，所以要讓小細胞基地台發會更大的效果可能需要更複雜、更精細的演 算法，不能只有單純的加入。
5.4.4
模擬小細胞基地台調整傳輸功率
下圖是一個使用者情形之下，調整小細胞基地台傳輸功率之後使用者的平均 訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值畫出的累計積率分布圖。可以看出到了功 率增加到一定程度之後，訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值並不會繼續增加，
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下圖是一個使用者情形之下，調整小細胞基地台傳輸功率之後，系統平均的 乘載率變化。從模擬結果顯示，增加小細胞基地台的傳送功率並沒有太大的效益，
即使增加到與大細胞基地台相同的功率時，乘載率也只增加百分之三到四而已，
因此可以看出小細胞基地台並不需要太大的傳送功率。
圖 5-15：小細胞基地台傳輸功率與系統乘載率關係圖
下圖是一個使用者情形之下，調整小細胞基地台傳輸功率之後，使用者會被 小細胞基地台的服務比例。這張圖是選擇收到功率最大的基地台做服務基地台，
不管是來自小細胞基地台或是大細胞基地台。從模擬圖上可以看出當小細胞基地 台功率愈大的時候，使用者愈傾向被小細胞基地台服務，這很合理，當小細胞基 地台功率愈大，使用者收到的訊號強度往往也愈強，所以比率會持續增加直到全 部都給小細胞基地台服務，而且上升的曲線很類似對數區線。
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圖 5-16: 小細胞基地台服務比例與傳輸功率關係圖 1
將上圖的橫坐標轉成對數座標，得到下圖。當橫座標以對數軸來表示的時候，
結果為一條線，乘載率跟小細胞基地台傳送功率呈線性的關係。因為功率衰減跟 會因為距離的關係成指數性的衰減，所以在對數座標上會呈現線性的關係。
圖 5-17:小細胞基地台服務比例與傳輸功率關係圖 2
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5.4.5
模擬調整目標 SINR 值的影響
下圖是三個使用者情形之下，改變目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比 值，整體乘載率的改變。下面四個橫座標由左到右分別是原始的乘載率、作完傳 統傳輸控制演算法後的乘載率、做完乘載率取向傳輸功率控制演算法的乘載率以 及做完結合了小細胞傳輸的乘載率取向傳輸功率演算法後的乘載率。可以看到乘 載率會往上攀升，換言之在相同情形之下，可以超過目標值的比例會變多。
圖 5-18: 目標 SINR 值對於乘載率的影響
下面三張圖是三個使用者情形之下，改變目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功 率的比值 γ，整體的目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值的累計積率密度 分佈改變。目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值 γ 分別設為 8 dB、6 dB 跟 4 dB。由模擬圖上可以看出整體機率會往目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比 值 γ 靠攏，亦即往可以運作的門檻值靠攏，和演算法將使用者提升到可以運作門 檻值的目的相符。
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下圖是將目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值 設為 8 dB
圖 5-19: 目標 SINR 值訂於 8dB 整體 SINR 下圖是將目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值 設為 6 dB
圖 5-20: 目標 SINR 值訂於 6dB 整體 SINR
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下圖是將目標訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值 設為 4 dB
圖 5-21: 目標 SINR 值訂於 4dB 整體 SINR
5.5 結論
小細胞基地台傳輸搭配開啟正確的小細胞基地台提供服務可以顯著的提 升其訊號功率跟干擾功率加雜訊功率的比值。並可以從模擬的數據上看出只 要小細胞基地台的功率不要太大，對彼此之間的影響非常的小。另外一個方 面來看如果小細胞基地台的功率略微提高，效果會更顯著，因為會分割原本 的大細胞基地台的範圍，服務品質變好是必然的，但是提高過多反而增益不 明顯，浪費功率。
小細胞基地台另一個優點是佈建容易，不需要複雜的天線、不需要太大 的傳輸功率，也不需要有太強大的運算技術，卻有相當良好的效果，而且對 於後端骨幹的要求相較於協調式多點傳輸機制來說少很多，對與許多廠商來
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講是非常有吸引力的，也因此小細胞傳輸會變成現今熱門的研究主題之一，
相信在未來一定會更加的發光發熱。
第6章 總結
在現今的蜂巢式系統架構中，存在許多改善訊號功率跟干擾功率加雜訊功率 的比值的機制，如本篇論文舉例的幾種機制；傳輸功率控制、波束形成、協調式 多點傳輸機制、小細胞基地台傳輸…等，而且每個機制都有許多延伸應用跟許多 優點可以改善目前狀況，同時也面臨多個問題需要克服，另外每個機制都可以獨 立運行，也可以彼此互相結合使用，因此如何良善運用這些機制是一個重大的議 題，潛力無窮。但是天下沒有白吃的午餐，每個方式有獲得必定有需要付出。不 管是增加額外的功率、頻寬、成本、複雜度或是服務比例…等，需要付出多少端 看需要改善到多好的程度，這就需要營運業者實際上的運作的考量。
傳統型傳輸功率控制如果單獨運作，效果並不顯著，但是如果搭配乘載率取
傳統型傳輸功率控制如果單獨運作，效果並不顯著，但是如果搭配乘載率取