1.1 研究動機與背景
資訊的改革、科技的創新，我們得以享有現今如此便利的生活，其中 無線通訊的技術發展更是未來落實物聯網(Internet of Things, IOT)世界的基 礎，對於業者而言，看準其特性，如：佈建成本低、建設速度快、消費大 眾的青睞、防範災難能力強等，不斷地投入這方面的研發，希望將其應用 在各行業中。無線通訊的發明歸功於許多科學原理的累積以及科學家的慧 眼，1887 年德國物理學家海因里希·赫茲(Heinrich Hertz)在一次的實驗中證 實了電磁波的存在，進而開啟了至今逾一百多年的發展歷程，1940 年摩托 羅拉(Motorola)為美軍製造手持式無線對講機，踏出了行動通訊的第一步，
隨後其公司的馬丁·庫珀(Martin Lawrence Cooper)博士發展出第一代行動 通訊標準(First generation of mobile phone mobile communication technology
standards, 1G)，亦即類比式行動電話系統，此後行動通訊經歷了第二代與
第三代之歷程，才至現今的第四代行動通訊標準(Fourth generation of mobilephone mobile communication technology standards, 4G)，亦即以行動數據、
行動多媒體為代表的無線寬頻系統。
在國際電信聯盟(International Telecommunication Union)所定義的
IMT-Advanced(International Mobile Telecommunications-Advanced)
報 告 中 對 於4G
行動網路有明確的定義與展望，即用戶的傳輸速率在靜止或低速移動 的狀態可達到1 Gbps
，且在高速移動狀態亦能達到100 Mbps，如此進步的
科技早已和我們生活脫離不了關係，電信營運商預期未來我們對於網路的 依賴程度將會超越想像，因此除了使現階段的4G 更加完善，各國家仍不
communication technology standards, 5G)鋪路，雖尚未有明確且具體的標準
規範，但已有不少極具價值的研究可作為效能改善的方向，總體來說，對 於行動數據、容量等的要求將須要達到一千倍的成長。面對如此大幅度提 升的指標無庸置疑地需要更多成熟技術的整合，其中在容量方面可從三個 議題著手，如(圖 1-1)所示，分別為頻譜效率、頻譜利用、網路覆蓋率，其 中網 路 覆蓋 率為 最 關鍵 之 部分 ，預 期 可透 過 佈建 小型 蜂 巢(picocell 、
femtocell
及中繼等)並且有效重複運用既有資源以及允入 D2D 用戶作為網路流量的卸載來達到
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倍的成長。圖 1-1、未來行動網路之重點議題 (資料來源：3GPP；IEK[1])
圖 1-2、有效部署小型蜂巢之容量成長比例 (資料來源：Qualcomm[2])
如(圖 1-2)所示，小型蜂巢的佈建密度在未來將逐漸朝向密集的趨勢，
但考量到其之間有限的骨幹網路連結以及不同蜂巢間流量分佈的不平衡，
很有可能導致一些蜂巢嚴重地壅塞而相鄰蜂巢的負載卻極低，此問題解決 的關鍵取決於不同層的蜂巢必須達到有效的負載平衡，很顯然的可以透過
D2D
通訊作為橋梁，以便在不同層的蜂巢中可以靈活卸載流量並且根據及 時流量分佈達到有效負載平衡。由此可知
D2D
在未來無線網路扮演著關鍵的角色，當D2D 通訊於蜂
巢環境中建立後，主要用戶與次要用戶分別為蜂巢式使用者(Cellular User Equipment, CUE)及 D2D，不同類型的用戶為了提升頻譜利用率，一般會採 取資源共享的方法，此時無可避免地在上行及下行鏈路傳輸中會對彼此造 成干擾，有鑑於D2D
在未來的重要性，我們意圖在共享資源時降低D2D
與 CUE 之間的干擾，得以讓蜂巢中允入D2D
後可以提升整體系統容量。1.2 研究目的
一年達到近兩倍的增加，所有的指標皆指出這樣的情形將會持續下去。無
功率，並且透過限制干擾區域範圍進行模擬，結果證明在這例子中 D2D 通 訊可以增加整體吞吐量。[6]在假設具有 MIMO( Input and Multiple-Output)技術之基地台蜂巢中，提出
D的限制干擾範圍控制方法，以管理上 鏈傳輸且共享資源時蜂巢網路對 D2D 通訊之干擾，結果指出整體系統容 量可以被改善，但是蜂巢式網路之容量會有小幅度減少。[7]提出在下鏈傳 輸時透過部分頻率複用(Partial Frequency Reuse)之資源分配方法以及限制 干擾範圍可以使蜂巢式與 D2D 之間的相互干擾有效地降低，結果證明能 夠顯著地改善蜂巢式網路與 D2D 通訊的容量。[5][6][7]皆指出限制干擾範圍的觀念，然而這些研究皆未闡明干擾範 圍的大小與系統效能之關係。文獻[9]證明在下鏈傳輸時，整體系統容量會 隨著 CUE 接收到的干擾功率變化並且進一步說明干擾範圍的最佳大小。
然而在[9]的例子中只有考慮一對 D2D 與 CUE 共享下鏈資源。對於下一世 代的異質網路來說，將會希望允入適當數量的 D2D 作為網路流量的卸載，
因此我們認為大型基地台的蜂巢中倘若只考慮一對 D2D 並不貼切實際，
我們透過[9]所提出的干擾抑制範圍及正交資源分配建構出針對多對 D2D 的容量地圖，讓 D2D 透過改變當前位置，得以達到使用的服務所需之要 求，並且進一步提升容量。
1.4 論文架構
本論文組織如下：第一章為緒論介紹，第二章詳細介紹無線網路未來 趨勢及 D2D 技術等，第三章詳細說明本論文所提出的演算法，第四章說明 數值分析與模擬結果，第五章為本論文之結論。