長程演進技術升級版資源架構

本篇論文討論的是頻率分配，因此要先探討一下規格所訂定的資源架構，才能根據 規定來使用。長程演進技術升級版所使用的正交分頻多工存取技術，為第一層（Layer 1）， 亦即實體層（Physical Layer，PHY）在無線通道上傳送資料的基礎。正交分頻多工存取 的無線電資源，是由時域和頻域建構而成的二維空間所定義，而這無線電資源的最小單 位稱作資源塊（Resource Block，RB），每個使用者裝置一次使用的最小資源必須大於 等於一個資源塊。

在時域上，一個訊框（frame）的長度為十毫秒，裡面包含了十個長度為一毫秒的 子訊框（sub-frame），子訊框的長度即為一個傳送時間的間格，而子訊框內又分為兩個 0.5 毫秒的時槽（time slot），一個時槽即為一個資源塊的時域長度；在頻域上，一個子 載波的頻寬為 15k 赫茲，12 個子載波總共 180 k 赫茲則為一個資源塊頻域上的頻寬。因 此一個資源塊由 0.5 毫秒與 180 k 赫茲構成（圖八），而我們在分配頻寬時便以一次最 少 180 k 為單位。資源塊在不同系統頻寬裡的個數則如表二所示。

表二 系統頻寬與資源塊個數

系統全部頻寬（Hz） 5M 10M 20M

（資源塊個數） 25 50 100

圖八 資源塊構成圖解

第三章.

宏基地台使用者受到的影響將比內圈可觀許多。由此我們可以也發現，若毫微微基地台

圖九 動態頻率分配基本概念

3.2 提出的演算法

我們要求的系統假設一如第二章裡提到的，毫微微基地台會回報使用者的資訊，回 報的資訊共有兩項：連接的使用者裝置數量和使用者的有效吞吐量。而回傳的資訊經宏 基地台統整之後，由各宏基地台決定是否開始演算法的進行，詳細情形將由下段開始介 紹。而由於宏基地台與毫微微基地台的資訊交換是透過網際網路的有線傳輸，並且交換

的資訊內容只有三項：毫微微基地台回報使用者裝置數量、毫微微基地台回報使用者裝

就可以開始研擬改變頻寬分配的動作，進入演算法的下一步。

由以上兩式我們可以求得，若改變資源塊分配後，系統整體的吞吐量要得到提升，

圖十 宏基地台使用者轉變為毫微微基地台使用者演算法流程圖

圖十一 毫微微基地台使用者轉換為宏基地台使用者演算法流程圖

3.3 採用演算法後的干擾分析

介紹完演算法之後，我們想要分析演算法讓各層基地台的使用頻帶改變之後，對所 有的使用者造成什麼不同的影響，因此將論證系統的額外缺點，和需要以模擬實證的項 目。我們將討論的目標分為宏基地台內、外圈使用者，以及內、外圈的毫微微基地台使

用者四項。由公式（2）、（3）我們可以得知，影響使用者裝置吞吐量的變因主要有：

最後要看外圈的宏基地台使用者。外圈宏基地台使用者的干擾方面，因為軟頻率複 用本身就有保護，其實幾乎沒有什麼額外的干擾，但是為了保守起見我們額外來考慮鄰 近宏基地台內圈的訊號可能穿透出來而造成干擾。而由於鄰近宏基地台內圈頻帶本來就 與自身宏基地台外圈完全重疊，其傳輸功率也不改變，因此採用演算法也不會多出任何 額外的干擾，不需要再探究。

在下一章裡我們會確認確保外圈毫微微基地台平均吞吐量的步驟是否有效，最後當 然會演示採用演算法後系統整體吞吐量增加的結果。

第四章.

表三為模擬使用的參數，參數的使用皆是參考相關研究裡各篇論文使用的參數，一

4.2 模擬結果

圖十二 採用與未採用演算法之系統吞吐量比較

（300 個使用者裝置，60 個毫微微基地台）

接著我們維持毫微微基地台的數量，只改變使用者裝置的數量，以 150 個使用者裝 置為步階來模擬分別看 150 個和 450 個使用者裝置採用演算法的結果。由圖十三和圖十 四可以發現整體趨勢並無不同，系統吞吐量提升的比率差不多，並且一樣是在使用者轉 換率達 65％ 時演算法開始發生作用。這代表使用者數量對演算法提供的系統效能提升 並沒有影響，因為即使系統內使用者人數變化，系統內各階基地台可以提供的容量仍然 相同。注意到使用者裝置只有 150 時，未採用演算法之系統吞吐量未趨平緩，顯示系統 仍未達飽和，即便如此，演算法仍然能提供系統的提升。至於使用者裝置越多曲線越平 滑則是因為參與計算的樣本數大，平均之後不容易出現暴衝的數值。

圖十三 採用與未採用演算法之系統吞吐量比較

（150 個使用者裝置，60 個毫微微基地台）

圖十四 採用與未採用演算法之系統吞吐量比較

（450 個使用者裝置，60 個毫微微基地台）

由前面的模擬結果中，我們可以看出使用者數量與演算法的效能提升毫無關係，接

圖十五 採用與未採用演算法之系統吞吐量比較

（300 個使用者裝置，30 個毫微微基地台）

圖十六 採用與未採用演算法之系統吞吐量比較

圖十七 外圈宏基地台平均吞吐量

（300 個使用者裝置，60 個毫微微基地台）

圖十七是第一個條件（9）衍生的結果，可以看到系統一旦偵測到外圈宏基地台吞 吐量開始急遽增長，便能及時購發動，將資源更公平、有效率的分配，若演算法沒有啟 動，則外圈宏基地台使用者平均吞吐量將急遽暴增，這就是本篇論文一開始動機裡面發 現的現象。啟動演算法之後，外圈宏基地台的平均吞吐量只要維持受到保證的吞吐量即 可，毫微微基地台使用者的平均吞吐量將可以得到提升（如圖十八所示）。圖十七顯示 了演算法成功穩固外圈宏基地台的平均吞吐量，既控制也保護宏基地台本身的使用者。

圖十七則可以看到演算法有效的幫助毫微微基地台提升系統整體的吞吐量，在給予 了資源之後，毫微微基地台使用者的平均吞吐量將不再下降。圖十一到十五顯示了演算 法的確可以提升系統整體的吞吐量，並且提供了系統變化後演算法的不同功效；圖十七 和十八則證明了演算法的兩個條件公式確實有效，除了整體系統優化之外，在內部各階 基地台隸屬的使用者裝置也都照計畫般被分配到合理且有效率的系統資源。

圖十八 毫微微基地台平均吞吐量

（300 個使用者裝置，60 個毫微微基地台）

第五章.

結論

本論文的核心宗旨在於新型網路架構異質性網路與頻率複用的結合，開始的目的是 為了降低系統內各級基地台之間的干擾。而在探究合理分配的過程中我們發現了軟頻率 複用是個適合的頻率分配，可以最大化頻寬的使用效益，並且可以提供新型毫微微基地 台嵌入系統的空間。然而硬性的頻率分配並沒有考慮到實際上使用者變化的趨勢，而造 成頻寬資源浪費在少數使用者裝置，系統效能提升停滯的狀況。

我們提出的演算法經過理論論證以及模擬實證之後，確定可以在系統中使用者裝置 大量由宏基地台轉而去連接毫微微基地台時，無論在何種情況下，皆有效的提升系統整 體的吞吐量，並且隨著轉換的人數越多，提升的比例越加明顯。而在系統得到提升的同 時，經由演算法的雙重條件控制，可以確保宏基地台照顧到自己的外圈使用者，即本篇 論文的演算法不但優化了系統，也兼顧了系統內各級使用者裝置的被服務品質與系統資 源分配的公平性。

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