各項模擬與分析結果

本篇提出了服務架構選擇機制，為了要確認用來選擇服務架構的分析公式準確性，所

以進行一些實驗模擬，將模擬結果與分析結果進行比較，觀察結果是否為我們所期望的。

首先說明模擬的部份，由於本研究對於 SFN 與 Relay-enabled SFN 這兩種服務架構採

用涵蓋範圍邊界的 SINR 值當做計算依據，所以本篇主要是利用重複模擬不同個數的使用 者以均勻分佈的方式出現在 SC-PTM 與 Relay-enabled SC-PTM 這兩種服務架構涵蓋範圍

內的情形，再計算每次模擬時涵蓋範圍內最遠使用者的接收 SINR 值，利用 SINR 值去選 擇傳輸時錯誤率小於 1%的 MCS level，再參考實體層傳輸參數表去計算單位頻寬的傳送

速率，將各次模擬出的頻譜使用效率進行統計平均，作為選用服務架構的依據。至於分析 的部份，本研究提出了各種服務架構的消息量公式去計算單位頻寬的最大傳輸速率以及計

算最遠使用者位於各距離機率的公式，所以透過此機率公式，可以計算出 SC-PTM 以及

Relay-enabled SC-PTM這兩種服務架構下的平均消息量大小。

實驗一：

 實驗目的：驗證最遠使用者分佈各距離機率公式的準確性

 實驗設置：本實驗針對涵蓋範圍內有 5 個使用者的分析與模擬結果進行比較，如圖

5-2 所示。分析的部份使用本研究提出的機率公式求得最遠使用者位於各距離的機 率；而模擬的部份透過實際模擬觀察最遠使用者累積於各距離的次數

圖5-2 最遠使用者位於各距離之機率

 觀察結果：由圖可知分析與模擬結果幾乎相等，證明了機率公式的準確性 實驗二：

 實驗目的：驗證涵蓋範圍內使用者人數與最遠使用者位於涵蓋範圍邊界之機率的相關 性

 實驗設置：針對不同的使用者人數，去計算最遠使用者位於各距離的機率，將結果用 累積分佈函數(Cumulative Distribution Function, CDF )的方式呈現出來，如圖 5-3 所示

圖5-3 使用者人數與最遠使用者位於涵蓋範圍邊界之CDF

 觀察結果：

1. 由圖可知，涵蓋範圍內使用者人數越多，最遠使用者離涵蓋範圍邊界的機率越高 2. 基於 1.的觀察結果，所以可知當涵蓋範圍內的使用者越多時，使用 SFN 以及

Relay-enabled SFN的效能增益越高

實驗三：

 實驗目的：

1. 驗證各種服務架構消息量分析公式與頻譜使用效率分析公式的準確性

2. 比較各個 cell 在不同使用者人數以及 95%涵蓋範圍的情況下使用各種服務架構的 平均消息量與平均頻譜使用效率

3. 比較在不同中繼站擺放位置(與服務基地台相距 0.3、0.5、0.7 倍涵蓋範圍半徑)的 情況下，使用各種服務架構的平均消息量與平均頻譜使用效率

4. 觀察利用平均消息量的計算出來的各服務架構效能差異，是否跟實際去計算平均 頻譜使用效率的結果是相同的

 實驗設置：分析的部份使用各種服務架構的平均消息量與平均頻譜使用效率公式去計 算出各個 cell 在不同使用者人數以及 95%涵蓋範圍下的最大傳送速率(以實線表示分

析值)與平均頻譜使用效率；而模擬的部份則實際去模擬各次的消息量與頻譜使用效 率，再做統計平均計算出平均消息量與平均頻譜使用效率 (以符號表示模擬值)

0

Number of Users

AverageMutualInformation(bps/Hz)

Relay-enabled SFN + SC-PTM (0.3Radius) Relay-enabled SFN + SC-PTM (0.5Radius) Relay-enabled SFN + SC-PTM (0.7Radius) SFN + SC-PTM

SC-PTM

Relay-enabled SC-PTM(0.3Radius) Relay-enabled SC-PTM(0.5Radius) Relay-enabled SC-PTM(0.7Radius) Number of Users

AverageSpectralEfficiency(bps/Hz) Relay-enabled SFN +

SC-PTM (0.3Radius) Relay-enabled SFN + SC-PTM (0.5Radius) Relay-enabled SFN + SC-PTM (0.7Radius) SFN + SC-PTM

SC-PTM

Relay-enabled SC-PTM(0.3Radius) Relay-enabled SC-PTM(0.5Radius) Relay-enabled SC-PTM(0.7Radius)

圖5-5 不同使用者人數及95%涵蓋範圍下使用各種服務架構的平均頻譜使用效率

 觀察結果：

1. 由圖 5-4 與圖 5-5 可知，本研究提出的各種服務架構消息量分析公式與以及頻譜 使用效率公式與模擬結果幾乎相同，證明了分析公式的準確性

2. 比較圖 5-4 和圖 5-5 的結果可知，利用計算平均消息量與平均頻譜使用算選出來 出來的結果大致上都是一致的，但在使用者人數介於 5 到 10 人之間時，在服務架 構的選擇上還是會有差異，所以使用平均頻譜使用效率的方式來選擇較為準確。

3. 由以上結果可知，cell 在 SC-PTM 以及 Relay-enabled SC-PTM 這兩種服務架構下 的平均消息量與平均頻譜使用效率，會隨著涵蓋範圍內的使用者人數增多而下

降。

4. 涵蓋範圍內使用者人數越多時，使用 SFN 以及 Relay-enabled SFN 這兩種服務架 構，可得到較好的效能；當涵蓋範圍內使用者人較少時，建議使用 SC-PTM 與

Relay-enabled SC-PTM這兩種服務架構

5. 由結果可知，當啟用不同擺放位置的中繼站進行傳輸時，會有不同的效能差異，

根據我們比較的結果，當中繼站架設位置離基地台較遠時，效能越好。

6. 當各 cell 內的使用者人數都較多的情況下，如果各 cell 都使用 Relay-enabled

SC-PTM 服務架構進行傳送，則啟用中繼傳輸會造成對周圍基地台之訊號干擾增強，

導致整體網路效能下降；所以當各 cell 內的使用者人數都較多時，建議使用 SFN

以及 Relay-enabled SFN 這兩種服務架構才能提升整體網路的頻譜使用效率。