模擬平台與各子計畫研究成果 - B3G無線接取網路之無線資源管理技術---總計畫(I)

5-1 模擬平台發展成果驗證

圖5.1 為依據前述通道模型，使用者從距離基地台 100 公尺到 800 公尺的觀察到的路徑損失與遮蔽衰落。驗證了「路徑損失模型是用來表現訊號於空間中傳播時，其強度會隨兩點間距離的增加而衰減」、「有加入相關性模型產生出的遮蔽衰落，在短距離之內的變化比較平順」。

圖 5.1 使用者感受之路徑損失與遮蔽衰落效應代表圖

圖5.2 為觀察一小段時間，同時顯現路徑損失、遮蔽衰落與多路徑衰落效應。

可以明顯發現，路徑損失幾乎沒有改變，遮蔽衰落略有起伏，而多路徑衰落卻很急劇地快速起伏變化。

圖 5.2 多路徑衰落快速起伏變化

因為 OFDM/CDMA 模擬平台為一多載波系統，因此 Jakes 模型產生的多路徑衰落時域效果，與將時域通道脈衝響應透過1024 點快速傅立葉轉換，在頻域上所有子載波觀察之通道增益結果，如圖5.3 所示。

圖 5.3 多路徑衰落在時域及頻域之效應

5-2 子計畫一研究成果

隨著資訊化社會的出現，未來異質性接取網路將結合個人區域網路、無線區域網路，以及蜂巢式行動網路，並且提供行動多媒體服務，依據使用者的位置、移動性、傳輸需求，和服務品質等級。因為無線頻帶具稀少性，因此需要一套可有效管理系統資源的技術，包括：傳輸功率、接取控制等。在本計畫中，我們將致力於發展新型無線資源管理技術，應用於B3G 異質多接取網路。

本子計畫於第二年度的計畫執行上，延續第一年度之研究成果，繼續探討 WCDMA 和 WLAN 平台上之先進 RRM 技術，目前我們主要著重於發展排程演算法、封包接取管理機制，以及輪詢機制，並且利用總計畫所發展之模擬平台來驗證實際之效能。

1. 效用函數式（utility-based）排程演算法：此演算法應用於多媒體 CDMA 網路中，考慮了三項因素：無線資源使用效率、服務品質需求達成率，以及加權式公平性。此外，此演算法也可支援特定通道與分享式通道傳輸模式。利用求取系統整體之效用函數之最大化，此排程演算法可安排系統資源之使用權，並且確保加權式公平性和服務品質的服務需求。同時，此效用函數具備了 polymatroid 數學結構，所以可利用推導連線之資源配置向量來計算出最佳排程解。

2. 新型封包接取管理機制 FQ-SDAM：我們利用『乏晰 Q-learning』技術，設

計了一新型封包接取管理機制，可應用於多細胞 WCDMA 系統，稱為 FQ-SDAM 。 FQ-SDAM 包含了一乏晰 Q-learning 式剩餘資源預估器

（FQ-RCE），以及一封包傳輸排程器（DRS）。FQ-RCE 可準確估計系統剩餘資源，而DRS 採用改良式指數排程原則（modified exponential rule），考慮了用戶位置的傳輸因素，可有效的為非及時性用戶配置傳輸資源。模擬結果顯示，因為FQ-SDAM 具備了『環境感知狀態』的功能，所以此機制可確實有效降低多細胞環境下的封包錯誤率。

3. 新型 WLAN 輪詢機制：我們也針對 802.11e HCF 傳輸模式提出一新型輪詢機制，稱為 ODP 輪詢機制，藉以提供整合式語音/數據服務。在 HCF 的通道接取上，ODP 輪詢機制結合了輪詢機制和競爭機制。當有一語音用戶處於通話狀態時，ODP 輪詢機制會將其列入輪詢表單中；當該用戶進入通話暫停狀態時，就會被移出該表單，進入睡眠狀態，進以節省功率消耗。同時，

當該用戶由暫停狀態回復一般正常通話狀態時，可採用競爭機制來加入輪詢表單的行列。也就是說，ODP 輪詢機制充分利用了雙向語音通話的特性，

可以節省具 ON/OFF 特性之語音服務的功率消耗。模擬結果顯示，ODP 輪詢機制可減少語音用戶的功率消耗，並且增加數據用戶的資料傳輸量。

5-3 子計畫二研究成果

本子計畫於第二年度的計畫執行上，我們研究停滯防止機制(stall avoidance mechanism) ，該機制的目的在於減少傳輸延遲並保持媒體存取控制(MAC:

medium access control)層的序列資料順暢的傳送的上層。這份報告內容包含了三個主要貢獻。第一:我們推導出寬頻分碼多重存取(WCDMA: wide band code division multiple access)系統中高速向下連聯結封包存取(HSDPA: high speed downlink packet access)現有的三種停滯防止機制之平均間空處理時間公式。三種機制分別為以時間基準停滯防止機制(timer-based stall avoidance mechanism) ，視窗基準停滯防止機制(window-based stall avoidance mechanism)以及指示器基準停滯防止機制(indicator-based stall avoidance mechanism)。第二：我們建議了一個簡易的方式以加強指示器基準停滯防止機制的性能。透過分析與模擬，指示器基準停滯防止機制在平均間空處理時間上的性能表現優於其它二者停滯防止機制。再者，我們發現指示器基準停滯防止機制的加強版能有效的提高短期流通量 (short-term throughput)。最後透過跨層級的模擬(cross-layer simulation) ，我們發現了多通道暫時並等待(multi-channel SAW: multi-channel stop-and-wait)混合自動重傳要求(HARQ: hybrid auto-retransmission request)的通道數目設計準則。我們建議的準則是：多通道暫時並等待混合自動重傳要求的週期必須比瑞里衰減通道 (Rayleigh fading channel)的同調時間(coherent time)長。

5-4 子計畫三研究成果

本子計畫於第二年度的計畫執行上，可區分為兩個部份，第一部份針對 CDMA Uplink 的傳輸進行改善，提出一套新式的封包排程演算法可大幅的增進系統整體流量，同時達成服務品質(Quality of Service)保證的目標。此部份亦為 3GPP 與 3GPP2 等標準制定組織正熱烈討論的議題，目標在不修改 CDMA Uplink 實體層設計的前題下，僅藉由通訊協定(protocol)的修改來達成系統效能提升的目的。第二部份則針對OFDM/CDMA Downlink 系統傳輸提出一套適應性資源分配 (resource allocation)演算法，以達成系統流量的最佳化(optimization)。並結合允入控制(admission)與封包排程(packet scheduling)，提出一套適用於 OFDM/CDMA 系統的運作架構。本研究第一部份的成果乃是藉由總計劃第一年度所完成的系統

4. 系統負載為依據的允入控制演算法（System Loading-based Call Admission Control）：當有新使用者要求提供服務與建立連線時，系統會依使用者需要

5. 封包排程演算法（Maximum Loading-based Packet Scheduling Algorithm, MLBPS），二為以實際負載為基礎的封包排程演算法（Real Loading -based Packet Scheduling Algorithm, RLBPS）。

z 以最大負載為基礎的封包排程演算法（Maximum Loading-based Packet Scheduling Algorithm, MLBPS）：首先依據我們對優先權的定義，將請求（Request）於下一個訊框時間（Frame Time）傳輸的使用者依其優先

權比重依序排列與進行資源分配。該演算法是在假設系統資源以達系統規劃時的上限值條件下進行運作，即 NRmax 等於鍊路運算中的 Interference Margin。接著選擇使用者適當的資料傳輸速率，即決定其傳輸時的展頻增益，流程中使每位使用者由最高的資料傳輸速率進行選擇，其目的一為優先權高者有使用較高資源的權力，二則表現封包服務下「盡其所能」（Best Effort）的通訊機制。在初步選定其所欲傳輸資料速率後，依據服務品質的設定決定使用者應該滿足的位元能量與干擾密度比，E I ，再估算使用者在此滿載環境與該傳輸速率下所需的訊號^b ⁰ 功率，P 。知道使用者於基地台所需的訊號功率後，其必需估計傳輸端^k 所需傳送的訊號功率，該值需滿足使用者手機的物理上限及其對系統造成的負載，在兩個限制都能滿足的情況下該使用者得以使用該種服務於下一個訊框時間進行傳輸，反之，則需調降一個層級的資料傳輸速率，

若至最小等級的傳輸速率都不能滿足，換言之，該情況下系統資源不足以再分配給使用者使用或使用者本身的通道條件較差，所以該使用者於下次時再進行排程。如此依序完成在優先權名單中的每一位使用者。此演算法的優點在於無須進行對^P^R的估算，因為是以資源上限為已使用資源的假設，而在該環境下估計每位使用者所造成的系統負載，所以無須在分配下一個使用者時重新計算該功率總和與每位使用者已分配過的功率，因此大大的減低排程的複雜度（Complexity），且當系統的流量負載（Traffic Load）-- 一段時間（秒）中欲進入系統的人數越高，

該假設與估計結果是合理的。在最大資源消耗的假設下進行排程，我們成之為以最大負載為基礎的封包排程演算法。

z 以實際負載為基礎的封包排程演算法（Real Loading -based Packet Scheduling Algorithm , RLBPS）：此演算法流程與上述方法相同但修正其功率分配的缺點。首先，仍假設系統資源已達系統規劃時的上限值條件下進行運作，即初始門檻值，NRini，等於鍊路運算中的 NRmax。整個流程依使用者優先順序依次進行，其中有使用者欲以最小傳輸資料速率傳輸，但未能判斷式時，即使用最大傳輸功率仍無法滿足使用最小資料傳輸速率時所需的服務品質，我們認為其通道條件可能較差所以不安排其在這個訊框時間傳輸以免造成其他使用者太大的干擾。在這個演算法中設定一個參數---系統資源空間（Resource Margin），F，該參數是為保留使用者功率空間（Power Margin）所設定，解決功率估計保守所造成的問題。整個流程進行結束後，我們會比較實際分配的系統資源所相對的NR 值，NRallocated，與當初設定的系統資源 NRini，若實際值小

於假設值且差值大於資源空間，代表資源浪費現象產生，所以會調降假設值 NRini 一個層次，∆NR，並重新分配每位使用者的資源，修正了上述第一點的缺失；另外，當出現有使用者在使用最小傳輸資料速率下，系統負載不能滿足其限制，即不能滿足判斷式，亦進行相同的回溯修正，以達到降低使用者傳輸功率及允許較多人使用服務。這個演算法，其複雜度較MLBPS 高，但重新分配的機制是在系統資源估計值與實際分配值差距超過資源空間方會被啟動，在使用者選擇資料傳輸速率與分配新使用者時都不會啟動且亦無須反覆估計^P^R，相較文獻而言

在文檔中 B3G無線接取網路之無線資源管理技術---總計畫(I) (頁 47-58)