PSM-MIMO/OFDM

[2]所提出的 PSM-MIMO/OFDM 的機制就是參考 IEEE 802.11 IBSS 情況下的省電 機制，同樣有信標區間，在信標區間又分為 ATIM 區間和資料傳輸區間，如圖 6 所示，

此圖是以 AP 的觀點來看。在 ATIM 區間所有使用者都維持醒著，AP 和使用者間透過控 制訊號，如 GATIM 等，來交換訊息，在資料傳輸區間，則是傳送資料。ATIM 區間起 始點會傳送信標，是用來做 AP 和使用者間的同步化。

圖 6 PSM-MIMO/OFDM 協定 資料來源[2]

由於 AP 為兩根天線，使用者為一根天線，因此可以讓一對使用者和 AP 同時下載 連結或是上載連結。下載連結時，AP 會先從有資料存放在 AP 的使用者中選

出幾位候選人，以圖 6 為例，AP 每次會以知更鳥式循環(round robin)排程法選出三位候 選人，然後透過 GATIM(Group ATIM)告知這三位候選人，當三位候選人都收到 GATIM 後，分別回傳 ACK 給 AP，此時根據組合公式(combination formula)，便可以得到三組的 配對，供 AP 去選擇，如(2-16)式所示：

(2-16)

AP 則依據最大載量(maximum capacity)原則，如(2-17)式所示，以及符合(2-15)式的情況 下選出一組配對。 三組配對方式，再依據(2-17)和(2-15)式選擇出一組最佳的配對，最後透過 ATIM-RES 告 知這兩個使用者。假如還有第二個以上的使用者要上載連結，也是以同樣的方式選擇配 對，直到 ATIM 區間結束為止。這方法的缺點為不保證 AP 幫需要上載連結的使用者所 找的配對有資料要送給 AP，此時便會造成吞吐量的下降，以及空間自由度(spatial degrees of freedom)的浪費。

ATIM 區間是固定的，所有在 ATIM 區間傳送的訊息，如 GATIM、ATIM、ACK 等 都是以 DCF 方式透過無線通道傳送出去，在 ATIM 區間結束後，AP 就可以知道有幾組

的配對是要做下載連結或是上載連結。資料傳輸區則會根據這些配對成功的配對數動態 調整資料傳輸區間的時間，成功的配對數越多，資料傳輸區就越長，相反的就越短，此 做法的優點為減少 AP 處在閒置(idle)的狀態，避免能量的浪費，也可以提升系統的吞吐 量。圖 6 中的第二個信標的用途除了和使用者做同步用外，同時告知所有使用者資料傳 輸區的大小。

AP 為了避免在資料傳輸區傳送資料時產生碰撞，會紀錄每一組配對上載連結或是 下載連結的起始時間，並且透過第二個信標告知使用者。計算起始時間的方式為：

(2-18)

其中ts 為第_p p 組配對的起始時間，t_data^dl 為下載連結的時間，t_data^ul 為上載連結的時間，當

=1

αp 時表示第 p 組配對為下載連結，當α_p =0表示第 p 組配對為上載連結， K 則是總 配對數，因此從(2-18)式可以看到，目前配對的連結的起始時間為前一組配對的起始時 間加上前一組配對的連結時間，如果前一組配對為上載連結，則加上上載連結的時間，

反之，則加上下載連結的時間。上載連結和下載連結的時間計算方式為控制訊號的傳送 時間加傳送資料所需要的時間t ，再加上所花的時間間隔，在圖 6 中以下載連結為例，_d 所需要花的時間為：

(2-19)

其中 DIFS 為分散式訊框間隔(Distributed Inter-Frame Space, DIFS)，SIFS 為短訊框間隔 )

1

( ₁

1

1 − −

− + ⋅ + ⋅ −

= _{p data}^dl _p ^ul_{data p}

p ts t t

ts α α _p=1,2...,K

d dl

data DIFS GRTS CTS ACK SIFS t

t = + +2 +2 +5 +

(Short Inter-Frame Space, SIFS)[4]。AP 等一個 DIFS 時間後，傳送 GRTS(Group RTS)給 配對成功的兩個使用者，兩個使用者收到後分別回傳 CTS 給 AP，完成 RTS 和 CTS[4]

交換後，AP 同時傳送資料給這一組配對的兩個使用者，兩個使用者成功收到資料後各 自回傳 ACK 給 AP，便完成下載連結。除了一開始須等 DIFS 的時間外，其他訊息交換 的間隔皆為 SIFS 的長度。另外以圖 6 中的上載連結為例，所花的時間為：

(2-20)

要上載連結的使用者會先等一段 DIFS 的時間後，傳 RTS 給 AP，AP 收到後會傳送同樣 是 RTS 給另一個使用者，也就是 AP 所找的另一個使用者，此使用者收到 RTS 後，回 傳 CTS 給 AP，接下來 AP 便會送出 GCTS(Group CTS)給兩個使用者，完成這些動作後，

兩個使用者就可以同時上載資料給 AP，AP 收到後資料後，分別對兩個使用者回傳

ACK，以確認資料正確接收。

傳送資料的方式是採用封包連續(Packet Concatenation, PAC)的方式[6]，也就是連續 傳送多個封包後，接收端才回傳一個 ACK，此方法的優點為減少 ACK 封包的傳送以及 等待 SIFS 時間所造成的吞吐量的下降，另外為了讓每一個使用者存取 AP 的時間都相 同，以便達到公平性，因此規定每個使用者最多可以連續傳送的封包數為：

(2-21)

d ul

data DIFS RTS CTS GCTS ACK SIFS t

t = +2 + + +2 +6 +

⎥⎦

⎢ ⎥

⎣

⎢

base i

R R

取最大整數值(floor function)，就是每個使用者最多可以傳送的封包數[7]。兩個使用者 配成一對後，AP 針對每一組配對的總資料傳輸時間以最長的傳輸時間為依據，如下式 所示：

(2-22)

E(l)為一個封包的平均長度，i 和 j 表示一組配對中的兩個使用者。每一組配對在資料傳

輸區間將資料傳輸完畢後，就會進入睡眠狀態，直到下一個信標區間的 ATIM 區間才會 醒來。

當使用者的緩衝區(buffer)裡的封包數沒有超過(2-21)式所規定的最大值時，會讓 AP 處在閒置的狀態，直到t 結束為止，但是如果根據使用者的緩衝區裡有多少封包就_d 計算有多長的傳輸時間，便會失去公平性。為了讓 AP 能減少閒置的時間，本論文不探 討公平性的問題，因此提出的演算法和模擬的過程中不考慮(2-21)式定義的最大可傳輸 的封包數。此外，由於 PSM-MIMO/OFDM 在選擇配對時只考慮到(2-17)式的最大載量 和(2-15)式，並沒有考慮子載波上最小 SINR 實際可行的資料速率，因此在吞吐量和能量 使用效率方面仍有改進的空間，在下一章裡針對提出的演算法如何達到提升系統的吞吐 量和省電的目的，做詳細的分析。

} / )

( , R / )

(

max{ _j

base j i

base i

d R

R l R R E

l R E

t ⎥

⎦

⎢ ⎥

⎣

⋅⎢

⎥⎦

⎢ ⎥

⎣

⋅⎢

=