研究範疇

有鑑於femtocell 與 macrocell 共存系統是於將來行動通訊的趨勢之一，如何管 理異質性接取系統，協調配置資源來達到服務效益為將來行動網路接取的挑戰之 一，本研究探討femtocell 及 macrocell 共存系統之數據連結流量需求、固網端頻寬 配置與數據服務效能間的關係，以作為頻寬配置決策的基礎。

具體的研究情境為一個有頻譜執照的電信業者，擁有 macrocell 及 femtocell 共存系統，用戶接取兩子系統進行數據服務，macrocell 訊務流量匯集至後端固網 Iu-ps 介面處，femtocell 訊務流量則匯集至 Iuh 介面以連結網際網路。Connection Admission Control(CAC)分別由 macrocell 子系統的 Radio Network Controller, RNC 與 femtocell 子系統的 FemtocellGateWay, F-GW 執行，中心管理系統 Admission Control for Coexistence Coordinator(ACCC)統計並管制 macrocell 和 femtocell 用戶的 訊務流量。無線資源會限制來自 macrocell 以及 femtocell 用戶之流量，macrocell 新進之用戶連結需求會被RNC 阻隔，在 femtocell 亦同樣會被 F-GW 阻隔，而影響 用戶的連網成功率。

針對用戶需求特性，假設用戶使用數據服務與語音服務需求的產生雷同，以 Poisson 隨機變數描述。連結流量分析模型採用何孟翰，2011，所提出的以語音服

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務為基礎的模型進行修改。該模型中服務流量成分包括用戶各自於 macrocell 與 femtocell 子系統原始產生的數據服務需求，以及因移動而由原子系統切換到另一 子系統的數據需求流量，本論文研究再依據數據服務不同統計特性如不同的新進 連結到達率、連結持續時間以及數據服務傳輸速率加以修改。在單一連結的特性 方面，考慮用戶瀏覽網頁及觀看視訊服務，依據T. C. Wang et al., 2003，我們使用 指數分佈模型來描述連結的使用時間。

系統(基站)服務特性則考慮 WCDMA 技術以單一頻帶利用多個碼同時傳輸多 個連結訊務流量，且在核心網路採用分封交換，多工分享連網頻寬。連網瓶頸在 無線接口Uu 介面 WCDMA 頻帶的限制，使得各數據連結傳輸速率會因同時連結 的數目而改變。實務上在macrocell CAC 會對接入網路的數據連結個數有一上限，

例如無線頻寬可提供之最大傳輸速率2Mbps 與 macrocell 單一連結基本頻寬需求之 比值 r1。同樣地，在femtocell 使用與 macrocell 獨立的頻帶，因此無線頻寬可提供 之最大傳輸速率2Mbps 與 femtocell 單一連結基本頻寬需求之比值 r2。

分封網路傳輸速率因共享特性而與系統連結數成反比，亦即為狀態相依服務 速率(State Dependent Service Rate, SDSR)。UMTS 系統下，使用者數據服務峰值傳 輸速率為 2Mbps，表示單一連結傳輸速率有上限，因此加入有界(bounded)的 SDSR(bounded-SDSR)模型以描述此特性。藉由分封交換，在 Iu-ps 介面共享固網 頻寬資源，因而將分封交換特性建模為PS 系統。依據上述用戶連結需求的產生與 流量、WCDMA 規約和頻寬共享之特性，採用 M/M_b/1//ri-PS 模型，i=1,2 分別表 示macrocell 及 femtocell 兩子系統。

本論文結合J. Beckers, et al., 2001 及 W. Cohen, 1979 所分別提出的 M/G/1/∞

-PS 穩態機率分析以及有限連結數下(finite source population)M/Er/1//r-PS 的穩態機

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率分析方法，加上針對有界狀態相依服務速率(bounded-State Dependent Service Rate, b-SDSR)特性，分別求解 macrocell 與 femtocell 阻隔機率，得到解析解。相較 於M/Er/1//r-PS 的解，因有界傳輸速率限制，每一連結狀態下穩態機率將上升，因 而阻隔機率較SDSR 將上升。

為使用所建模型及所得阻隔機率，依據相關文獻研究使用者行為設計當使用 者長時間利用無線資源進行數據服務或使用者長時間在室內環境下使用無線數據 服務等情境對於連結阻隔機率的影響。利用MATLAB 軟體針對這些例子進行數值 實驗，結果如下：

(1) 增設 femtocell 可有效降低 macrocell 系統的阻隔機率，因為 femtocell 提供 部分用戶流量需求的接取而能減少用戶對 macrocell 接取流量。當總流量 為1 連結/秒時，Femtocell 設置數目由 5 個遞增加至 20 個，macrocell 阻隔 機率下降23.5%。

(2) Macrocell 的阻隔機率戶隨著總流量需求的上升而逐漸升高。當總流量的增 加幅度由0.4 至 1 連結/秒，阻隔機率上升幅度為 21%。

(3) 當一連結室內外總時間固定且總流量固定時，用戶在室內之停留時間越久，

佔用femtocell 資源機率越高，可降低 macrocell 阻隔機率，例如用戶在室 內停留時間平均值由1700s 增加至 2400 秒，下降幅度為 1.5%。

總結本論文的本研究之貢獻如下:

1. 探討共存系統數據需求特性以及服務端連結傳輸特性，用戶利用一段持續時間

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使用數據服務，研究顯示可以依連結持續時間描述；

2. 因分封交換特性，傳輸速率與連結數目成反比，我們以 PS 模型描述此特性；

3. 並經由本研究分析 UMTS 傳輸速率的限制，與一般 SDSR 模型不同，我們另加 進有界(bounded)的 SDSR 模型進行分析，以實際針對 UMTS 系統下共存系統的 阻隔機率進行解析解。