第三章 本論文研究所提出之演算法
3.1 研究做法之動機
在 LTE-A 系統中使用載波聚合技術的下行鏈路演算法大多在專注在 大型蜂巢式基地台的環境下，而近年來毫微微型蜂巢式基地台越來越受到 重視，不論業界或學界都看好其發展，我們考量到其未來發展性以及載波 聚合技術能夠搭配毫微微基地台的大量設置後能有效地解決室內無線通 訊品質較差的問題，便以此為動機進行研究。
3.1.1 研究動機之起源
本論文探討的重點在於在 Femtocell 網路中使用載波聚合技術提升整 體系統效能，我們預見未來會大量的在建築物內設置 Femtocell，雖能夠增 加整體覆蓋率，但隨之而來的便是相鄰基地台間產生的干擾情形。基地台 在一般的情形下設置之後便很少更動位置，若用戶正好處於基地台的邊緣 或是離相鄰基地台較近的位置，可能因為距離問題或是干擾過重導致接收 訊號較弱，嚴重的話可能難以傳輸資料。
即便在文獻[8-10]中提出了一個基於背景干擾矩陣(Background
Interference Matrix, BIM)的分量載波選擇方案，仍會產生一些無法傳送的 情形，特別是在用戶的 QoS 需求較高時，用戶必須使用較好的調變方式傳 送資料，像是使用 16QAM、64QAM 調變，在原本位置因為訊號較差或是
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干擾較嚴重則無法使用這樣的調變，綜合以上的問題我們提出了一個新穎 的演算法─室內位置推薦(Indoor Location Recommendation, ILR)，藉由建 構周圍的 SINR 地圖，進而推算出用戶目前位置可使用最佳的調變方式，
當用戶需求上升，則可藉由演算法所提出的位置推薦，移動到較佳的位置 獲得較好的 SINR 進而使用更快速的調變方式。
3.1.2 Femtocell 的干擾模組與網路模組
考量到在室內環境的 Femtocell 網路的干擾情形，如果兩個以上相鄰的 HeNB 同時分配相同的頻率的通道給使用者，則會造成同層間的干擾 (co-tier interference)發生，假設這裡的用戶 Uh 接收到來自 n 個 HeNB 的無 線功率，即是{H1
, H
2, ..H
n}以及所服務的第 i 個 HeNB 的無線功率 Hi。此 時的 SINR 可以被表示為：
∑ ( )
∑ ( )
(2)
RSS 為接收的訊號強度(Received Signal Strength)，而這裡的 為用戶 Uh從服務的 HeNB Hi所接收到訊號強度；
∑ ( )則為來自附近 HeNB 的所有干擾；B 為頻寬而 N0為終
端雜訊頻譜密度。
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而在函式(2)的 可以被表示成：
(3)
這裡的 、 和 分別為 Hi的傳輸功率、Hi的雜訊 指標以及從 Hi 到 Uh的路徑損耗，此單位為 dB。
在室內環境中非直視(Non-Line-Of-Sight, NLOS)路徑損耗 是 非常難以去計算的，因為室內會有許多的區間以及物品會增加近算的複雜 度。而根據室內的雙條紋模組(dual-stripe model)[21]，從 HeNB Hi到
UE U
h 的路徑損耗我們標示為 ，而這裡的 UE 與 HeNB 同在一個房間中，可由下列式子表示其路徑損耗：
( )
(4)
為 HeNB Hi 與 UE Uh之間的距離，其單位為公尺；d2D,indoor 為室內的空間的距離大小，單位為公尺；n 為所經過的樓層數；β 為最小 的損耗值，其損耗包含了最小路徑損耗以及天線增益，而介於用戶裝置與 HeNB 間的 β 值為 40dB[22]。
我們建構了在 Femtocell 網路下行鏈路的服務跟干擾的環境，可以表示 成圖形𝑮 𝑽 𝑬 ，這裡的 V 為頂點的集合，E 為邊緣的集合。
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圖 3- 1、同層網路干擾情境下的網路模型範例
圖 3-1 中有兩種頂點，分別為 HeNB 與 UE 的頂點，HeNB 頂點連結兩 種邊緣結構，一為干擾邊緣(Interference Edges, IE)，二為服務邊緣(Service Edges, SE)，這兩種分別代表著與干擾的相鄰 Femtocell 們的連結與服務的 用戶。對 HeNB Hi,，令 Ii為干擾的相鄰 Femtocell，而|𝑰𝒊|為干擾的 Femtocell
The service edge (SE)
User
The interference edge (IE) The global interference graph
H1
The local interference and service graph
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我們採用 QCIs (QoS class identifiers) table，這個表格被定義在 3GPP[6]量 化了服務等級 𝐸𝐻𝑖 ℎ ∈ 𝑺𝒊 。
由表 3-1 所示，每一個 QCI 都有著特定的資源種類、優先權以及封包 延遲容忍範圍，根據表 1 的 QCI 優先權我們設置 QCI x 的權重𝑊QCI 𝑥， 𝑝QCI 𝑥則為 QCI x 的優先權，𝑊QCI 𝑥可區分 9 種𝑝QCI 𝑥，分別為𝑊QCI , 𝑊QCI , 𝑊QCI 3 , 𝑊QCI 5, 𝑊QCI 5 9, 𝑊QCI , 𝑊QCI 7 , 𝑊QCI 8 , 𝑊QCI 9 ，假設 的服務種類為 QCI x，則 𝐸𝐻𝑖 ℎ可表示成：
表 3-1、QCI characteristics[23]
QCI Resource
Type Priority Packet Delay
Budget Example Services 1 2 100 ms Conversational Voice
2 GBR 4 150 ms Conversational Video (Live Streaming)
3 3 50 ms Real Time Gaming
4 5 300 ms Non-Conversational Video (Buffered Streaming)
5 1 100 ms IMS Signalling
6 6 300 ms
Video (Buffered Streaming), TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.)
7 Non-GBR 7 100 ms Voice,Video (Live Streaming), Interactive Gaming
8 8
300 ms
Video (Buffered Streaming), TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file, sharing, progressive video, etc.)
9 9
𝐸𝐻𝑖 ℎ 𝑊QCI 𝑥 ∈ 𝑺𝒊. (6)
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