本研究之重要成果在於提出一套適用於OFDM/CDMA系統之適應性資源分 配(resource allocation)演算法，其運作之核心目標是在基地台傳輸功率受限的情 形下，達成系統容量的最大化。本章首先將針對資源分配的問題進行分析，而後 介紹所研究出之演算法與其運作之準則，並在期末報告中提供完整的電腦模擬結 果。
4-1 問題分析
在進行資源分配之前，首先要釐清的是：何謂資源？本研究所探討的資源限 制乃針對基地台最大傳輸功率進行考量，在 CDMA 系統中展頻碼的數量亦可能 是分配時的瓶頸，在本研究中並不針對該項目進行探討，但會藉由合理的設計使 該問題不致發生。因此，本章所探討的問題，其核心是基地台的功率分配問題。
在將問題定義成基地台功率分配的形式之前，需先瞭解接收端對於訊號品質 的要求。透過實體層對於傳送接收機行為的模擬，可以得到位元錯誤率(Bit Error Rate, BER)與訊號雜訊比(Eb/No)間的對應關係，進一步可知在特定的位元錯誤率 之求之下，接收端所需要的訊號雜訊比。位元錯誤率的高低將會影響更上層應用 程式的效能，如高錯誤率可能導致使用者TCP/IP 封包的錯誤率上升，進而導致 傳送延遲的急遽增加，並造成使用者所點選的網頁久久無法下載成功。因此通常 不同類型的服務在使用時，會有其能容忍位元錯誤率之上限，進而對應至接收訊 號之訊號雜訊比要求。可知為了確保服務品質(QoS)，接收端的訊號雜訊比必須 被控制在指定的水準，而不同類型的服務所要求之訊號品質可能並不相同。
藉 由 所 回 傳 的 通 道 資 訊 ， 基 地 台 可 推 算 出 當 選 擇 了 特 定 的 調 變 方 式 (modulation)、展頻係數(spreading factor)以及子載波數目(number of sub-carriers) 給使用者k 之後，在傳送端將耗費的功率資源 Pk將如方程式4-1所示。
( ) ( ) ( ( )
2)
0
The power consumption of user at base station :
k Nk k k k k .(4 -1 1)
n k
k
M L n I n
P eq
SF
ρ σ
=
⋅ ⋅ +
=
∑
−max
and the power constraint at base station is :
.(4 -1- 2)
ing and multipath fading) multiple access interference to user on sub-carrier
The link parameters of user corresponds to data rate :
.(4 -1- 3)
進入系統中，在分配資源時就應該確保該類使用者可以得到足夠的資料傳輸率。
而整個資源分配的問題在考慮時，其實同時需兼顧使用者對服務品質的需求以及 系統環境對於資源分配時的限制，如圖4.1.1 所示。
QoS requirement and limitation of each user :
signal quality minimum data rate delay constraint
spreading factor limited by mobility
Characteristic of each
parameter set for each user : power consumption at BS
achievable data rate
Resource allocation algorithm
could be applied with admission control packet scheduling
B ase S tation Mobile S tation k
Channel G ain : Lk(t) Transmit P ower
for User k : Pk(t)
Required S ignal Q ualtiy : E b/Nok
圖4.1.1 資源分配演算法設計時之考量
4-2 適應性資源分配演算法
在設計演算法時往往必須先確立目標為何，而本節所介紹之資源分配演算法 是以達到系統容量最大化為設計的首要目標，並同時加入了多項系統實際運作時 需考量的限制。為了達到隨著通道變化而有適應性的調整，資源分配的演算法被 與封包排程演算法整合在一起，如此將可簡化系統處理流程，並確保服務品質亦 可同時兼顧。
在 4-1 節中已分析過不同的參數組合將會讓使用者得到不同的資料傳輸率，
同時也會對應到不同的功率消耗。由於演算法運作的基礎是建立在具有充分通道 資訊使功率控制(power control)可以很理想的將傳送功率調整至恰好可使接收端 的訊號品質達到要求。因此可透過公式 4-1-1 及公式 4-1-3 將參數組合與功率消 耗及資料傳輸率之間的關係建立起來，而資源分配的問題便轉化成參數選擇的問 題。在本研究中所考慮的參數包括了調變模式(M)、展頻參數(S)以及子載波數量 (N)，因此參數組合將被簡稱為 MSN set。此演算法可以很輕易的將編碼係數(code
rate)加入考量，只需在搜尋時多加入一個面向(dimension)，惟目前三維的搜尋在
Asume all user have same data rate requirement.
Then optimization on throughput will turn out to be :
max max
Since the constraint on total transmit power is
The maximization of will be equivalent to minimize
Real Time Service Non Real Time Service Target Rate Fixed Required Rate Residue Bits in Buffer
Scheduling Interval
表4-2-1 不同服務型態對目標傳輸率之定義
因此整個最佳化參數的搜尋方法將會是在能滿足目標傳輸率的 MSN sets 中，去尋找一組能使功率消耗最小的解。而藉由將此種最佳化資源分配的方法與 封包排程的功能結合在一起，便可以達到適應性資源分配的功能，其演算法運作 之流程如圖4-2-1 所示。
Simulation Start t = 0
Priorization
i = 0,
Presidue = Pmax
Determine target rate Ri
Choose MSN set and power consumption Pi
Presidue -= Pi
Presidue=0? i=N
total? No
Yes Yes
No i = i + 1
t = t + T
scheduling圖4-2-1 適應性資源分配演算法流程圖