為了得到正確的模擬結果而使得本篇論文具有參考價值，必須先 建立一個符合現實狀況的模擬環境。在 5-1 節將會先介紹模擬環境的 設定以及在模擬中使用的技巧，接著在 5-2 節介紹模擬結果並對其進 行分析。
5-1 模擬環境
圖 5-1.1 模擬系統環境
圖5-1.1 為模擬時所考慮的系統環境，包括由 19 個 BS with 3-sectorized antenna 組成的 multi-cell 環境。
考慮RS 位置為均勻佈放時，在每個 BS 涵蓋範圍內皆有 6 個 RS 佈放在距cell 中心 2/3 半徑的街道上並倆倆均勻間隔 60 度，每個 cell 的RS 對應位置皆相同。
Propagation Model
模 擬 所 考 慮 的 propagation environment 為 Manhattan-like environment，此環境具有建築物密集且街道交錯的城市特徵，在模擬 BS、RS 以及 MS 互相信號傳遞衰減效應所使用的 propagation model 各有不同，因此在模擬時所考慮的propagation model[15]如下所示；
A. Pathloss Model for BS-to-MS Link (圖 5-1.2)
( ) ( )
B. Pathloss Model for RS-to-MS Link (圖 5-1.3)
其中 d 為 the distance between TX and RX [m]
d1 為 the distance along the main street [m]
d2 為 the distance along the perpendicular street [m]
fc 為 carrier frequency [GHz] 0.096 28 0.024 log
[ ]
C. Pathloss Model for BS-to-RS Link (圖 5-1.4)
其中 d 為distance between TX and RX [m]
fc 為 carrier frequency [GHz]
又RS 可架設在高處，可得到較佳位置來接收來自 BS 的傳輸訊號，因
此假設此pathloss model 皆為 LOS，故此環境中所對應的遮蔽衰落變化 之標準差為2.3dB
( ) ( )
10 10
[ ] 36.5 23.5log 20log c/ 2.5
Pathloss dB = + d + f
圖 5-1.4 Pathloss model for BS-to-RS link
Wrap Around
胞亦如圖5-1.7 所示，順時針方向由 cell #15、cell #5、cell #4、cell #12、cell #15、cell #18、cell #6 和 cell #16 的內容所代替。
此技術的原理就好像把有限數目的細胞架構摺疊在一起，原本在 某一端的細胞和另一端的細胞相連，例如圖5-1.8 深色的 cell #9 向右 上延伸為cell #13，也就是說當有一使用者由 cell#9 的右上邊界移動 出去，相對的就好像由圖中深色的cell#13 移動進來。
圖 5-1.5 Two-tier cell structure_1
0
圖 5-1.7 Two-tier cell structure_3 圖 5-1.6 Two-tier cell structure_2
此技術讓我們能夠以有限數目的細胞去有效率的模擬貼近真實 的效果，如干擾的計算以及使用者的移動行為。
圖 5-1.8 Wrap around concept
5-2 模擬結果
在本節中，我們將提供模擬結果，以本文所提出的方法和具
channel borrowing 概念和具 reuse partitioning 概念之頻率規劃方法來
做一個比較，來驗證所提出的以sub-cell 為觀點之頻率規劃方法確實 能提升系統容量(system capacity)。
為了方便表示，我們稱方法一為具 channel borrowing 概念之頻率 規劃方法，方法二為具channel borrowing 概念之頻率規劃方法，方法 三為本文所提出的以sub-cell 為觀點之頻率規劃方法確實能提升系統 容量。
在每個碼框(frame)裡，被用戶端成功接收的位元(bit)將被累計去計算
出系統容量，此值受到不同的頻率規劃方法以及不同的access zone ratio η 影響而有所不同。access zone ratio η 的定義為 downlink sub-frame 規劃給 access link 使用的比例。Downlink sub-frame 中 access zone 可傳的位元數目(BA)以及 relay zone 可傳的位元數目(BR) 會受到η 此比例的影響而互有消長。因此，每個 frame 裡能被成功接 收的位元數目為min(BA，BR)。在此模擬中，被成功接收而累積的位 元去除以全部模擬所花的時間來當作系統容量。
圖 5-2.1 為各方法在不同 access zone ratio 之下的系統容量比較結 果。此圖可說明無論access zone ratio 如何規劃，方法三皆能提供最
大的系統容量。另外，此圖亦顯示不同access zone ratio 對於不同頻 率規劃方法所造成的影響。較大的η 可提供較多的無線資源(radio resource)在 access link 讓用戶端使用，但卻犧牲了在 relay link 用來轉 傳用戶端資料的無線資源。當relay link 的累積流量(aggregate traffic) 和access link 的累積流量達到平衡時，系統容量可達到最佳點。模擬 結果顯示，方法一在η=75%時可達到系統容量最佳點，而方法二和 方法三在η=62.5%時可達到系統容量最佳點。
圖 5-2.1 System capacity with different access zone ratio (different frequency planning methods)
圖 5-2.2 顯示了各方法在 η 為最佳點的系統容量比較圖，方法一
可得的系統容量為5.5158Mbps/MR-cell，方法二可得的系統容量為 8.1518Mbps/MR-cell，而方法三可得的系統容量為
13.114Mbps/MRcell。和方法一和方法二比較起來，此論文所提出的 方法可大幅提升系統容量分別為137.75%以及 60.87%。
圖 5-2.2 System capacity under different frequency planning methods
另外，圖 5-2.3 顯示了各方法在最佳系統容量之下對應的 received SINR CDF。此圖可說明，本篇所提出的方法在大幅提升系統容量的 情形下仍確保能提供系統95%的覆蓋率。95%的覆蓋率定義為
(
5 MS at cell boundary)
5%P SINR
<dB
< 。圖 5-2.3 CDF of the received signal quality
(different frequency planning methods)
接著我們來看看要付出什麼代價使得系統容量提升。系統模擬中 我們採用adaptive modulation coding scheme，即以連線的訊號雜訊比 去決定每個連線的modulation coding scheme，本模擬中採用三種 modulation coding scheme，分別為 QPSK+1/2 code rate，16 QAM+1/2
code rate 以及 64 QAM+1/2 code rate。我們就以不同頻率規劃方法之 間各種modulation coding schemes 使用比例消長去說明提升系統容量 和連線品質之間的tradeoff。
圖5-2.4 裡顯示不同頻率規劃方法之下的 modulation coding schemes 分布的情形。我們知道當重用頻譜資源的頻率越少，平均而 言系統裡的使用者會承受比較少的干擾使得訊號雜訊比能夠提升而 能使用較高階的modulation coding scheme。所以我們可以看到圖 5-2.4 顯示，由於方法一採用較保守(無線資源重用次數較少)的頻率規劃方 法，所以明顯地能提供較多的高階modulation coding scheme 進而提 升個別用戶端的傳輸量，然而卻也因為過於保守的規劃犧牲了整體系 統容量。
圖 5-2.4 MCS distribution
另外，本篇論文還對於access link 以 sub-cell 為觀點作 reuse factor k=4 以及 k=3 進行了模擬比較。圖 5-2.5 顯示不同 reuse factor 在不同 access zone ratio 之下的系統容量比較結果。此圖顯示 reuse factor k=3 和reuse factor k=4 比較之下並無法提供更高的系統容量，原因在於雖 然access zone 使用 reuse factor k=3 能提供較多的無線資源讓每個 cell 使用，但relay zone 只能提供有限的無線資源讓需要轉傳的傳輸資料 使用而使得reuse factor k=3 被限制住並無法如預期順利傳輸資料至 用戶端。另外，在圖5-2.6 也說明了使用 reuse factor k=3 無法保證能 提供95%的覆蓋率，這是使用較低的 reuse factor 作頻率規劃所必須 付出的代價。
圖 5-2.5 System capacity with different access zone ratio (different reuse factors)
圖 5-2.6 CDF of the received signal quality (different reuse factors)
第六章 結論
本論文中，先對於IEEE 802.16j Multi-hop Relay 系統做基本的介 紹，接著提出一個適用於此系統的涵蓋區規劃方法以及頻率規劃方 法。在頻率規劃方法中，我們整理了目前其他文獻中所提出的方法，
並且本文亦提出一個以sub-cell 新概念的方法去做頻率規劃。在最後 也進行了不同頻率規劃方法的比較。
在本文中提出新的頻率規劃方法中，引出了 sub-cell 的新概念，
以此概念去實作頻率規劃將會更有彈性且更有效率，並且和其他頻率 規劃方法比較下，模擬結果顯示system throughput 最多可提升
137.75%，而如此積極使用頻譜資源仍能保證系統 95%覆蓋率。
以上的討論是以RS 皆佈放在 MR-cell 內理想位置去執行頻率規 劃，目前已經積極開始進行利用訊號量測機制去估測訊號雜訊比而動 態執行頻率規劃並且考慮在RS 佈放位置無法事先得知的環境，相信 發展這樣的動態頻率規劃方法是值得作為未來研究的方向。
參考文獻
[1] R. Van Nee, R. Prasad, “OFDM for Wireless Multimedia Communications”, ISBN:
0-89006-530-6, Artech House universal personal communications library, Jan.
2000
[2] R. W. Chang, “Synthesis fo band-limited orthogonal signals for multi-channel data transmission”, Bell System Tech. J., 45: 1775-1796, Dec. 1966
[3] L. J. Cimini, “Analysis and simulation of a digital mobile channel using
orthogonal frequency-division multiplexing” , IEEE Transaction Communication, COM-33970: 665-675, Jul. 1985
[4] J. A. C. Bingham, “Multicarrier modulation for data transmission: An idea whose time has com”, IEEE Communication Magazine, 28(5): 5-14, May 1990.
[5] IEEE Standard for Local and metropolitan area networks, Part16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems, Amendment2: Physical and Medium Access Control Layers for Combined Fixed and Mobile Operation in Licensed Bands, Feb. 2006
[6] IEEE P802.16j/D1, “Draft Standard for Local and Metropolitan Area Networks, Part 16: Air Interface for Fixed and Mobile Broadband Wireless Access Systems, Multihop Relay Specification”, Aug. 2007
[7] H. Holma and A. Toskala, “WCDMA for UMTS – Radio Access for Third
Generation Mobile Communications”, ISBN 0-471-72051-8, John Wiley & Sons, 2000, pp.157~159
[8] H. Hu, H. Yanikomeroglu, D. D. Falconer and S. Periyalwar, “Range Extension without Capacity Penalty in Cellular Networks with Digital Fixed Relays”, IEEE
Global Telecommunications Conference, pp.3053-3057, Vol. 5, Nov. 2004
[9] L. Huang, M. Rong and H. Shi, “Comparison of Two Frequency Reuse Schemes
in Fixed Relay System”, International Conference on Wireless Communications,
Networking and Mobile Computing, pp.432-436, Vol. 1, Sep. 2005
[10] T. Liu, M. Rong and P. Li, “Radio Resource Allocation in Two-hop Cellular Relaying Network”, IEEE Vehicular Communications Conference, pp.91-95, Vol.
1, May 2006
[11] T. Liu, M. Rong, D. Yu, Y. Xue, and E. Schulz, “Reuse Partitioning in Fixed Two-hop Cellular Relaying Network”, IEEE Wireless Communications and
Networking Conference, pp. 177-182, Vol. 1, Apr. 2006
[12] P. Li, M. Rong, and T. Liu, “Reuse Partitioning Based Frequency Planning for Cellular Network with Two-hop Fixed Relay Nodes”, IEEE International
Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp.1-5, Sep.
2006
[13] P. Li, M. Rong, and T. Liu, “Reuse Partitioning Based Frequency Planning for Relay Enhanced Cellular System with NLOS BS-Relay Links”, IEEE Vehicular
Technology Conference, pp.1-5, Sep. 2006
[14] S. W. Halpern, “Reuse Partitioning in Cellular Systems”, IEEE Vehicular
Technology Transaction, 1983, pp. 322-327
[15] D. S. Baum, et al., “Final Report on Link Level and System Level Channel Models”, IST-WINNER, Nov. 2005
[16] J. S. Lee and L. E. Miller, “CDMA Systems Engineering Handbook”, Artech House, pp.1012~1017, 1998