LTE-Advanced網路中具QoS感知之D2D模式選擇 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學資訊科學系 Department of Computer Science National Chengchi University. 碩士學位論文 Master’s Thesis. LTE-Advanced網路中具QoS感知之D2D模式選政治. 立. 擇. 大. ‧ 國. 學. QoS Aware Mode Selection for LTE-Advanced D2D. ‧. Communication. er. io. sit. y. Nat. al. n. v i n Ch 指導教授：張宏慶 e n g c h i U博士研究生：詹博為撰. 中華民國一百零七年六月 Jun. 2018. DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(2) LTE-Advanced網路中具QoS感知之D2D模式選擇. QoS Aware Mode Selection for LTE-Advanced D2D Communication. 治 Hung-Chin Jang 政 Advisor: 大. 指導教授：張宏慶. 立研究生：詹博為 Student: Po-Wei Chan. ‧ 國. 學 ‧. 國立政治大學. n. 碩士論文. Ch. engchi. y. sit. io. al. er. Nat. 資訊科學系. i n U. v. A Thesis. Submitted to Department of Computer Science National Chengchi University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master In Computer Science. 中華民國一百零七年六月 Jun. 2018 DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(3) 致謝. 不知不覺碩士班的生活即將步入尾聲，在這幾年的時間裡真的經歷了很多事情，也遇到了一些挫折，好在有許多人的幫助，讓我渡過了這個時期。首先，我要感謝指導教授張宏慶博士，在完成論文的過程中給予我很大的彈性，讓我在眾多的論文議題中，逐步找到自己的方向。在生活中，老師就像是我們的大家長，總是關心我們，替我們考慮許多事情。. 政治大候能夠快速的融入，並且給我在論文上的一些建議；欣儒、建雄和你們一起相處立再來要感謝實驗室夥伴，偉迪、柏硯、思緯、華元，讓我在剛進實驗室的時. ‧ 國. 學. 討論是我在實驗室理最寶貴的時光；庭寬、隆寬、宇樵、凱勝、哲安謝謝你們在我忙碌的時候幫我蒐集資料；感謝英文系助教及許多一起工讀的夥伴們，因為認. ‧. 識了你們，可以接觸到買不起的硬體設備，讓我能旁聽不同領域的研討會，了解. sit. y. Nat. 不同學識背景的人的思維，這些對於我來說都是很珍貴的體驗；感謝我的女朋友. al. er. io. 又嫻，總是在旁邊支持我，給予鼓勵，在遇到問題時也會和我積極討論，三不五. v. n. 十也是我的 office 小幫手；謝謝我的好朋友政修，總是很相信我，並且願意當我的垃圾桶聽我吐苦水。. Ch. engchi. i n U. 最後，要感謝我的家人，在精神上與經濟上給我支持，讓我無後顧之憂，能夠專注的在學業上增進自我。對我來說，寫作論文的過程也是了解自己的過程，在面對種種問題的當下，歸納出適合自己的方式來面對問題，解決問題，相信經過這次的洗禮，在面對未來的挑戰也能愈來愈游刃有餘，愈來愈好。感謝這段時間幫助過我的所有人。. I . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(4) LTE-Advanced網路中具QoS感知之D2D模式選擇. 摘要. 在裝置對裝置(Device-to-Device,D2D)的議題中，模式選擇(Mode Selection) 被視為是用來改善 D2D 干擾的一項技術。然而，現今關於模式選擇的文獻，大多聚焦在節能的議題上，較少文獻在研究增進 D2D 頻譜使用率，而頻譜使用效. 政治大們提出一個服務品質感知的模式選擇( QoS Aware Mode Selection，QAMS) 機制，立益仍有改善空間。因此，在滿足服務品質(Quality of Service, QoS)的前提下，我. ‧ 國. 學. 其目的是根據現有 UE 分佈情形，能夠在吞吐量( throughput) 不輸給傳統的三種模式選擇下，盡可能的提升頻譜使用效率。QAMS 將傳統三種模式選擇的頻譜. ‧. 分配方式結合成一種新的頻譜分配方式。在 QAMS 方法中，頻譜分配保有傳統. sit. y. Nat. 三種模式選擇的特性，將所有頻譜分成三個區塊，每個區塊對應到一種傳統的模. al. er. io. 式選擇功能，我們再根據 QoS 來推算出最適合目前所有 UE 分佈情形的頻譜分配. v. n. 比率。實驗結果顯示，在七個細胞的模擬環境下，在吞吐量方面，QAMS 與複. Ch. engchi. i n U. 用模式( reuse mode)相比，有優於 14%的表現，和專屬模式(dedicated mode)相比，贏 4%，和中繼模式( relay mode)相比，有優於 8%的表現。在頻譜使用率方面， QAMS 與專屬模式相比，優於 34%的表現，與中繼模式相比，優於 34%的表現。. 關鍵詞：服務品質(QoS)、裝置與裝置(D2D)直接通訊、頻譜使用率、模式選擇。. II . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(5) QoS Aware Mode Selection for LTE-Advanced D2D Communication. Abstract. Mode Selection is considered a technique to improve D2D interference. In today's mode selection literature, there are few discussions about increasing spectrum. 政治大. utilization. In order to improve spectrum usage effectively, we propose a Quality of. 立. Service Aware Mode Selection (QAMS) mechanism to combine the spectrum. ‧ 國. 學. allocation methods of the traditional three modes. The goal is to improve spectrum efficiency as much as possible based on the existing UE distribution scenario with. ‧. throughput constantly higher than the traditional three modes. QAMS method. y. Nat. sit. combines characteristics of a conventional three selection modes. The spectrum is. n. al. er. io. divided into three blocks and each block corresponds to a conventional mode. i n U. v. selection function. Based on the QoS, we derive the spectrum allocation ratio that is. Ch. engchi. the most suitable for all current UE distribution scenarios. Our simulation environment is based on seven cells. As the number of cellular UEs and D2D UEs increases gradually, in terms of throughput, QAMS has better performance than 14% compared with reuse mode, and wins 4% compared with dedicated mode, which is better than 8 % in relay mode. In terms of spectrum utilization, QAMS outperforms the dedicated mode by 34%, and is better than the relay mode by 34%.. Keywords: Quality of Service (QoS), device-to-device (D2D) direct communications, spectrum utilization, mode selection. III . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(6) 目次第一章緒論 ................................................................................................ 7 1.1 背景簡介 ........................................................................................................................................... 7 1.1.1 LTE-Advanced 介紹 ............................................................................................... 7 1.2 異質網路(Heterogeneous Network) .......................................................................................... 8 1.2.1 異質網路介紹 ......................................................................................................... 8 . 政治大 1.3.1 D2D 技術概述 ........................................................................................................ 9 立 1.3.2 D2D 技術產生背景 ................................................................................................ 9 . 1.3 裝置對裝置(Device to Device, D2D)通訊................................................................................ 9 . ‧ 國. 學. 1.3.3 D2D 技術應用 ........................................................................................................ 9 1.3.4 D2D 的通訊模型 .................................................................................................. 10 . ‧. 1.3.5 D2D 的無線資源管理 ........................................................................................... 13 1.4 服務品質(Quality of Service, QoS) ......................................................................................... 14 . sit. y. Nat. io. n. al. er. 1.5 研究動機 ......................................................................................................................................... 15 . i n U. v. 1.6 論文架構 ......................................................................................................................................... 16 . Ch. engchi. 第二章相關研究 . ..................................................................................... 17 2.1 現行的行動網路流量概況 ........................................................................................................ 17 2.2 模式選擇(Mode Selection) ........................................................................................................ 18 2.2.1 結合連線品質(Link Quality)與資源塊分配(Resource Allocation) .................... 18 2.2.2 聯合模式選擇與資源分配(Joint Mode Selection and Resource Allocation , JMSRA) .......................................................................................................................... 19 2.3 聯盟賽局(Coalitional Game)來做模式選擇[1] .................................................................... 20 2.3.1 賽局理論(Game theory) ....................................................................................... 20 2.3.2 模式選擇在賽局理論之應用 .............................................................................. 20 2.3.3 演算法說明 .......................................................................................................... 21 . . 1 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(7) 第三章研究方法 . ..................................................................................... 23 3.1 問題分析 ......................................................................................................................................... 23 3.1.1 D2D 頻譜使用效益 .............................................................................................. 23 3.1.2 D2D 模式選擇 ...................................................................................................... 23 3.2 方法論............................................................................................................................................. 26 3.2.1 頻譜分配 ............................................................................................................... 26 3.2.2 頻譜分配順序 ....................................................................................................... 27 3.3 演算法............................................................................................................................................. 27 3.3.1 分配頻譜 ............................................................................................................... 27 3.3.2 QAMS (QoS Aware Mode Selection)演算法 ....................................................... 28 . 治政 3.4 流程圖（flow chart） ................................................................................................................. 30 大立 ‧ 國. 學. 第四章 . ...................................................................................................... 33 模擬實驗與分結果 . ................................................................................... 33 . ‧. 4.1 實驗環境與假設 ........................................................................................................................... 33 評估指標 ............................................................................................................ 33 . 4.1.2. 模擬環境 ............................................................................................................ 35 . sit. y. Nat. 4.1.1. er. io. 4.2 實驗分析 ......................................................................................................................................... 36 . al. n. v i n Ch 4.2.2 實驗二（Throughput） ........................................................................................ 88 engchi U 4.2.3 實驗三（Spectrum utilization） ....................................................................... 100 4.2.1 實驗一(SINR 值) .................................................................................................. 36 . 第五章結論與未來研究 . ........................................................................ 102 5.1 結論 ...............................................................................................................................................102 5.2 未來研究 ......................................................................................................................................103 . 參考文獻 . ................................................................................................ 104 . . . 2 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(8) 圖次圖 1-1 異質性網路環境示意圖 .............................................................................................................. 8 圖 1-2 D2D 主要應用比例圖[2] ............................................................................................................ 10 圖 1-3 D2D 通訊在蜂巢式網路中示意圖 ............................................................................................ 11 圖 1-4 D2D 複用資源塊的干擾示意圖 ................................................................................................ 12 圖 2-1 行動流量成長示意圖[17] .......................................................................................................... 17 圖 2-2 D2D 三種模式選擇資源示意圖[3] ............................................................................................ 18 圖 2-3 相關研究演算法[1] .................................................................................................................... 21 圖 3-1 (B)頻譜分配示意圖 .......................................................... 24 . 圖 3-1 (A)頻譜分配示意圖. 圖 3-2 D2D 模式選擇的頻譜示意圖[3] ................................................................................................ 25 圖 3-3 混合式的頻譜分配示意圖 ........................................................................................................ 25 圖 3-4 可用頻譜分配示意圖 ................................................................................................................ 26 . 政治大. 圖 3-5 系統流程圖 ................................................................................................................................ 30 圖 3-6 頻譜分配優先順序 .................................................................................................................... 31 . 立. 圖 4-1 模擬環境圖 ................................................................................................................................ 35 . ‧ 國. 學. 圖 4-1 SINR CDF OF CELLULAR UE (100 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR) ................................................ 38 圖 4-2 SINR CDF OF D2D UE (100 CELLULAR UE, 50 PAIR D2D UE) ................................................... 39 . ‧. 圖 4-3 SINR CDF OF CELLULAR UE (100 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR) .............................................. 40 圖 4-4 SINR CDF OF D2D UE (100 CELLULAR UE , 100 D2D PAIR UE) ................................................ 41 . y. Nat. 圖 4-5 SINR CDF OF CELLULAR UE (100 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR) .............................................. 42 . sit. 圖 4-6 SINR CDF OF D2D UE (100 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR UE).................................................43. er. io. 圖 4-7 SINR CDF OF CELLULAR UE (100 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR) .............................................. 44 圖 4-8 SINR CDF OF D2D UE (100 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR UE) ................................................. 45 . n. al. i n U. v. 圖 4-9 SINR CDF OF CELLULAR UE (100 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR) .............................................. 46 . Ch. engchi. 圖 4-10 SINR CDF OF D2D UE (100 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR UE) ............................................... 47 圖 4-11 SINR CDF OF CELLULAR UE (200 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR) .............................................. 48 圖 4-12 SINR CDF OF D2D UE (200 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR UE) ................................................. 49 圖 4-13 SINR CDF OF CELLULAR UE (200 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR) ............................................ 50 圖 4-14 SINR CDF OF D2D UE (200 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR UE) ............................................... 51 圖 4-15 SINR CDF OF CELLULAR UE (200 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR) ............................................ 52 圖 4-16 SINR CDF OF D2D UE (200 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR UE) ............................................... 53 圖 4-17 SINR CDF OF CELLULAR UE (200 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR) ............................................ 54 圖 4-18 SINR CDF OF D2D UE (200 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR UE) ............................................... 55 圖 4-19 SINR CDF OF CELLULAR UE (200 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR) ............................................ 56 圖 4-20 SINR CDF OF D2D UE (200 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR UE) ............................................... 57 圖 4-21 SINR CDF OF CELLULAR UE (300 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR) .............................................. 58 圖 4-22 SINR CDF OF D2D UE (300 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR UE) ................................................. 59 3 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(9) 圖 4-23 SINR CDF OF CELLULAR UE (300 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR) ............................................ 60 圖 4-24 SINR CDF OF D2D UE (300 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR UE) ............................................... 61 圖 4-25 SINR CDF OF CELLULAR UE (300 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR) ............................................ 62 圖 4- 26 SINR CDF OF D2D UE (300 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR UE) .............................................. 63 圖 4-27 SINR CDF OF CELLULAR UE (300 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR) ............................................ 64 圖 4-28 SINR CDF OF D2D UE (300 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR UE) ............................................... 65 圖 4-29 SINR CDF OF CELLULAR UE (300 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR) ............................................ 66 圖 4-30 SINR CDF OF D2D UE (300 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR UE) ............................................... 67 圖 4-31 SINR CDF OF CELLULAR UE (400 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR) .............................................. 68 圖 4-32 SINR CDF OF D2D UE (400 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR UE) ................................................. 69 圖 4-33 SINR CDF OF CELLULAR UE (400 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR) ............................................ 70 圖 4-34 SINR CDF OF D2D UE (400 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR UE) ............................................... 71 圖 4-35 SINR CDF OF CELLULAR UE (400 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR) ............................................ 72 . 政治大. 圖 4- 36 SINR CDF OF D2D UE (400 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR UE) .............................................. 73 圖 4-37 SINR CDF OF CELLULAR UE (400 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR) ............................................ 74 . 立. 圖 4-38 SINR CDF OF D2D UE (400 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR UE) ............................................... 75 . ‧ 國. 學. 圖 4-39 SINR CDF OF CELLULAR UE (400 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR) ............................................ 76 圖 4-40 SINR CDF OF D2D UE (400 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR UE) ............................................... 77 . ‧. 圖 4-41 SINR CDF OF CELLULAR UE (500 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR) .............................................. 78 圖 4-42 SINR CDF OF D2D UE (500 CELLULAR UE, 50 D2D PAIR UE) ................................................. 79 . y. Nat. 圖 4-43 SINR CDF OF CELLULAR UE (500 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR) ............................................ 80 . sit. 圖 4-44 SINR CDF OF D2D UE (500 CELLULAR UE, 100 D2D PAIR UE) ............................................... 81 . er. io. 圖 4-45 SINR CDF OF CELLULAR UE (500 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR) ............................................ 82 圖 4- 46 SINR CDF OF D2D UE (500 CELLULAR UE, 150 D2D PAIR UE) .............................................. 83 . n. al. i n U. v. 圖 4-47 SINR CDF OF CELLULAR UE (500 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR) ............................................ 84 . Ch. engchi. 圖 4-48 SINR CDF OF D2D UE (500 CELLULAR UE, 200 D2D PAIR UE) ............................................... 85 圖 4-49 SINR CDF OF CELLULAR UE (500 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR) ............................................ 86 圖 4-50 SINR CDF OF D2D UE (500 CELLULAR UE, 250 D2D PAIR UE) ............................................... 87 圖 4-51 100 CELLULAR 與不同 D2D UE 數量關係圖 ........................................................................... 88 圖 4-52 200 CELLULAR 與不同 D2D UE 數量關係圖 ........................................................................... 89 圖 4-53 300 CELLULAR 與不同 D2D UE 數量關係圖 ........................................................................... 90 圖 4-54 400 CELLULAR 與不同 D2D UE 數量關係圖 ........................................................................... 91 圖 4-55 500 CELLULAR 與不同 D2D UE 數量關係圖 ........................................................................... 92 圖 4-56 50 D2D PAIR UE 與不同 CELLULAR UE 數量關係圖 ............................................................... 93 圖 4-57 100 D2D PAIR UE 與不同 CELLULAR UE 數量關係圖 ............................................................. 94 圖 4-58 150 D2D PAIR UE 與不同 CELLULAR UE 數量關係圖 ............................................................. 95 圖 4-59 200 D2D PAIR UE 與不同 CELLULAR UE 數量關係圖 ............................................................. 96 圖 4-60 250 D2D PAIR UE 與不同 CELLULAR UE 數量關係圖 ............................................................. 97 . . . 4 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(10) 圖 4-61 頻譜使用率與 UE 數量關係圖 ............................................................................................. 100 . 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 5 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(11) 表次表 3-1 根據 D2D PAIR 距離給定預設的 D2D MODE ........................................................................... 31 表 4-1 模擬環境參數 ............................................................................................................................ 35 表 4-2 SINR CDF 圖與 UE 數量關係整理表 ....................................................................................... 37 表 4-3 THROUGHPUT 比較表 .................................................................................................................. 98 表 4-4 SPECTRUN UTILIZAION 與各個 CASE 比較表 ............................................................................. 101 . 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. . i n U. v. 6 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(12) 第一章緒論. 1.1 背景簡介 1.1.1 LTE-Advanced 介紹第三代合作夥伴計畫(3rd Generation Partnership Project, 3GPP)在 2008 年第. 政治大了長期技術演進升級版(LTE-Advanced, LTE-A)的標準。LTE-A 為 3GPP 為符合立四季提出了長期演進技術(Long Term Evolution, LTE)的標準，更在 2011 年完成. ITU-R1所提出的 IMT-Advanced2下世代傳輸標準所制定的協定，以能向下相容符. ‧ 國. 學. 合 LTE (Release 8 及 Release 9)、 2G 與 3G 以下的 GSM 傳輸系統為原則。同時. ‧. LTE-A 可與 LTE 共用頻段。在頻寬為 100MHz 的靜止狀態時，LTE-A 的傳輸速. y. Nat. 率在下載端為 1Gbps、上傳端速率為 500Mbps。在時速 120Km 移動的狀態時傳. er. io. sit. 輸速率為 100Mbps，並在時速 350Km 狀態下保持連線不會中斷。根據傳播路徑的不同基地台(Base Station, BS)的涵蓋範圍也不相同，直線傳. al. n. v i n Ch 播(Line of sight, LOS)時，BS 涵蓋範圍最大可達到 100km，非直線傳播(Non Line engchi U. of sight, N-LOS)時，BS 涵蓋區域根據不同規格及參數大約為 500M 至 2Km 的範圍。和 LTE 相比，LTE-A 允許使用更大的頻帶(bandwidth)，其範圍最低限制為 20MHz，最大為 100MHz；有別於其他 3G 以下規格大多使用低頻譜區頻 (1GHz~3GHz 區段頻譜)，LTE-A 所需求頻帶大多屬於高頻譜區頻帶(3~5GHz 區 1. 國際電信聯盟無線通訊分部。︒｡. 2. IMT-Advanced 是國際電信聯盟為 4G 所制定的技術標準。︒｡其關鍵技術要求對包括固定式或低移. 動性的⽤用⼾戶提供⾼高達 1Gbit/s 的資料傳輸速率(data rate)；對於⾼高速移動的⽤用⼾戶則能提供⾼高達 100Mbit/s 的傳輸速率；⽀支援最⾼高使⽤用頻寬為 100MHz；具有⾼高度的網路互通性，可以跟其他通訊系統合作(inter working)的功能；廣泛⽀支援全球漫遊各項服務及應⽤用等部分。︒｡ . . 7 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(13) 段頻譜)，因此有較嚴重的衰減(Fading)，也因為如此 LTE-A 發展出許多技術來解決頻譜不足及訊號衰減的問題。. 1.2 異質網路(Heterogeneous Network) 1.2.1 異質網路介紹在 LTE 的網路環境裡，由於在 Macro cell 裡的使用者設備(User Equipment, UE)只能被所屬的基地台(Base Station, BS)所服務，所以當許多 UE 位於同一個 BS 所服務的範圍內，就會顯得系統容量(Capacity)不足。為解決上述問題，在. 政治大 Macro cells BS、Pico cells立 BS、Femto cells BS、Relay BS 如圖 1-1 所示。其目的 LTE-A 提出了異質網路的概念，也就是容許不同服務範圍的 BS 同時存在，如. 量。. ‧. ‧ 國. 學. 是將 Macro cell 的流量(traffic) 有效卸載(offload)給 Pico cell 藉此增加系統的容. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 1-1 異質性網路環境示意圖. 其中 Pico cell 的服務範圍約幾十公尺，具有細胞範圍縮放(Cell Range Expansion, CRE)的功能及發送功率較低的特性；而 Femto cell 服務範圍約幾公尺，大多建佈在建築物內，其發送功率最低，不具有 CRE 功能，其存取控制方式又可分為開放式存取(Open access)、封閉式存取(Closed access)和混合式存取(Hybrid access)等。. . . 8 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(14) 1.3 裝置對裝置(Device to Device, D2D)通訊 1.3.1 D2D 技術概述 3GPP 在 Release 12 的版本中提出 D2D ，其主要功能為，在沒有基礎網路設施的情形下，利用小範圍的資源，裝置與裝置之間，只要在適當的距離內，可以直接進行溝通與連線，而不需要透過 BS 介接服務。 D2D 也被視為一種增加系統整體吞吐量(throughput)、有效利用頻譜(spectrum) 和節能(energy saving)的技術之一。在此技術外，尚有許多相似的技術：如藍牙 (Bluetooth)和 Wifi-Direct。這些技術使用非授權頻段(Unlicense Spectrum )，而 D2D. 政治大. 是使用授權頻段(License Spectrum)，與之相比，D2D 在干擾議題上有較佳的控制. 立. 學. ‧ 國. 性。. 1.3.2 D2D 技術產生背景. ‧. 近幾年來隨著行動裝置的普及，如筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機等使. sit. y. Nat. 用者裝置(User Equipment, UE)，加上行動服務的需求增加及改變，現有的無線通. al. n. 一個迫切解決的問題。. er. io. 訊技術已經漸漸無法滿足使用者的服務需求，如何有效使用有限的頻譜資源成為. Ch. engchi. i n U. v. D2D Communication 被視為一種可提高頻譜利用率的一種技術，它能有效降低終端發射功率、減少電池消耗、延長手機的續航時間。. 1.3.3 D2D 技術應用 D2D 的主要應用議題可以分為四大類，包含公共安全(public safety)、社群網路(social proximity)、適地服務(location-based service)及網路分流(network offloading) 等,其中公共安全及社群網路應用受到較多關注。圖 1-2 為四大類別各佔比例分配圓餅圖。. . . 9 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(15) 政治大. 圖 1-2 D2D 主要應用比例圖[2]. 1.3.4 D2D 的通訊模型. 立. ‧ 國. 學. D2D 技術可以應用於移動式蜂巢式網路(cellular network)來提高資源的利用. ‧. 率及網路的容量(capacity)。每一個 D2D 的鏈路(link)與每一個 cellular link 使用資源塊(resource block)是相等的。在 BS 的控制下 D2D 通訊將會得到所需資源和傳. y. Nat. n. al. er. io. 的干擾。. sit. 輸功率，然而，在 D2D link 與 Cellular link 共享資源的情形下，會帶來一定程度. Ch. i n U. v. 圖 1-3 為 D2D 通訊在蜂巢式網路中的的示意圖，圖中右邊小區代表 D2D 通. engchi. 訊，左邊小區代表 BS 與 cellular UE 之間直接溝通，右邊小區橢圓形部分為可能發生干擾的區域。. . . 10 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(16) 立. 政治大. ‧ 國. 學. 圖 1-3 D2D 通訊在蜂巢式網路中示意圖. ‧. 在 D2D 可使用的通道(channel)資源中主要可分為兩類，空閒資源和複用. y. Nat. io. sit. (reuse)資源。空閒資源是指除了正在通訊的蜂巢式網路 UE 使用的資源外，所剩. n. al. er. 下的資源。複用資源是指與正在通訊的蜂巢式網路 UE 使用相同的通道資源。若. i n U. v. D2D 被分配到空閒資源，則不會有干擾的情形發生，因為 LTE 通道資源本身以. Ch. engchi. 正交的方式交錯。若 D2D 被分配到複用資源，則 D2D 通訊將會對蜂巢式鏈結造成干擾。. . . 11 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(17) 干擾情形如圖 1-4 所表示，圖中有兩條通訊的鏈結，一條是演進節點 B (E-UTRAN Node B, eNodeB)與 UE，另一條是兩個 UE 之間的 D2D 鏈結，閃電符號表示通訊鏈結，虛線表示干擾信號。. 政治大. 學圖 1-4 D2D 複用資源塊的干擾示意圖. Nat. io. sit. y. ‧. ‧ 國. 立. n. al. er. D2D 通訊如果是複用上行鏈路的資源時，BS 會受到 D2D 通訊干擾。BS 可. i n U. v. 以藉由調整 D2D 發送功率來降低干擾。在此同時，D2D 通訊的發送功率需降低. Ch. engchi. 至一個門檻值(threshold)以確保上行鏈路的信噪干擾比(Signal to Interference plus Noise Ratio, SINR )大於目標 SINR。 D2D 通訊如果是複用下行鏈路的資源時，則下行鏈路 UE 會受到 D2D 通訊的干擾，而受干擾下行 UE 取決於 BS 當時的資源分配，因此受到 D2D 干擾的 UE 可能是小範圍中的任何一個 UE。在 D2D 鏈路建立後，BS 會控制 D2D 的傳輸功率來確保 UE 之間的通訊。 BS 在分配資源給 D2D 通訊使用時，首先需要考慮有哪些 UE 需要 D2D 的傳輸、目前現有的通道狀態如何、UE 所在位置，之後決定要分配複用資源還是正交資源進行通訊。若是使用複用資源時，則需考慮是要複用上行資源或是下行 . . 12 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(18) 資源，以及複用哪個 UE 的資源。複用下行資源比複用上行資源相比來的較複雜許多，因為下行受到干擾的 UE 會不斷移動，可能會出現在小範圍中的任何位置，干擾情況較不易分析。. 1.3.5 D2D 的無線資源管理 D2D 通訊分為集中式控制和分散式控制兩種，集中式控制完全由 BS 來控制 D2D 的連接，而分散式控制由 D2D 設備自行完成 D2D 連接的建立和維持。兩種方式各有優缺點，集中式控制對於 D2D 設備來說複雜度較低，而分散式控. 政治大. 制較容易獲得 D2D 設備之間的鏈路品質訊息，但相對來多對於 D2D 設備的複雜度較高。. 立. 當 D2D 在複用小範圍資源時，會對使用相同資源塊的蜂巢式網路用戶造成. ‧ 國. 學. 干擾。若是上行端，eNodeB 會受到範圍內所有 D2D 的干擾，eNodeB 可藉由限. ‧. 制 D2D 傳輸端的最大傳輸功率來降低干擾。若是下行端，使用某指定 RB 的 UE. io. er. 個，這樣的干擾是比較不易追蹤和控制的。. sit. y. Nat. 將會由 eNodeB 演算法決定，所以發生干擾的 UE 可能是蜂巢式網路中的任何一. 由於 D2D 造成系統間干擾，可通過有效的無線電資源管理演算法來解決，. al. n. v i n Ch 主要包括功率控制、資源調度、模式選擇三種。功率控制設置合適的 D2D 發射 engchi U 功率或同時設定蜂巢式網路 UE 的發射功率，來協調 D2D 通訊所帶來的干擾。. 目前 D2D 設備傳輸功率可分成靜態設置和動態設置。資源調度根據蜂巢式網路資源的使用情況，讓相距較遠的 D2D 設備和蜂巢式網路使用相同的 RB。D2D 通訊模式可分為專屬模式(Dedicated Mode)、複用模式(Reuse Mode)和蜂巢式模式 (Cellular Mode)。其中專屬模式代表將剩餘的 RB 僅給 D2D 通訊使用不與其他人共享；複用模式代表 D2D 通訊需與蜂巢式網路 UE 共享 RB；蜂巢式模式則是代表，D2D 把 BS 當做 Relay 使用。. . . 13 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(19) 1.4 服務品質(Quality of Service, QoS) 隨著無線行動服務越來越多樣化，服務需求也不盡相同，如圖片傳輸、影音串流等，為了滿足這些不同的需求，因此有了 QoS 的概念。QoS 本身為一種控制機制，會依照不同使用者或是不同的資料流採取相應不同的優先級，讓這些資料流能夠達到一定服務水準的門檻，常見的 QoS 指標為抖動率(jitter)、延遲(delay)、頻譜使用效率（spectrum utilization）等。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. . i n U. v. 14 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(20) 1.5 研究動機隨著全球通訊技術的發展進步，加上行動裝置的普及化，行動用戶的需求也愈來愈多樣化，從圖片鈴聲下載、多媒體簡訊、多媒體網路、資訊服務、數位電視影音等都反應在行動網路的流量上。為了滿足這些大量行動網路流量的需求，在 LTE-A 網路環境上，為了滿足逐年增加的行動流量需求，因此有了異質性網路(Heterogeneous Network)的概念[1]。裝置對裝置(D2D)被視為是一種增加系統整體吞吐量(throughput)、有效利用頻譜(spectrum)和節能(energy saving)的技術之一。然而，在長 LTE-A 的環境中運. 政治大擇(mode selection)、功率控制(power control)和資源分配(resource allocation)。在立用這種技術勢必會造成干擾問題，其中降低干擾的技術主要有以下三種:模式選. ‧ 國. 學. 文獻中，有人同時採用模式選擇與資源分配的方法來解決干擾造成問題，而幾乎沒有文獻在討論模式選擇上頻譜效益的問題，本篇論文提出了一個演算法來改善. ‧. 模式選擇的方式以達到較佳的頻譜使用效率，並解決干擾(interference)所造成吞. n. al. er. io. sit. y. Nat. 吐量下降的問題。. . Ch. engchi. . i n U. v. 15 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(21) 1.6 論文架構本論文共分為五章節，其內容如下: 第一章緒論︰簡介 LTE-A 背景、異質性網路、D2D，以及研究動機與目的。第二章相關研究︰參考國內外的相關研究，討論在各種不同的網路環境下，模式選擇的不同方法。第三章研究方法︰. 政治大的推導，得出適合目前立UE 分布情形的頻譜分配方式。. 詳細分析所發現的問題，針對頻譜分配問題進行優化，最後根據演算法. ‧ 國. 學. 第四章模擬實驗與結果分析︰. 透過模擬實驗分析及觀察實驗結果，驗證所提出的方法是否能有效提升. ‧. 頻譜使用率並維持一定的吞吐量。. sit. y. Nat. 第五章結論與未來研究︰. n. al. er. io. 本論文所提出之方法改進的重點與未來的研究方向。. . Ch. engchi. . i n U. v. 16 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(22) 第二章相關研究 2.1 現行的行動網路流量概況在 2011 年 Nokia Siemens Networks White Paper[17]提到隨著行動寬頻的需求逐年增加，新的數據服務及應用推陳出新，加上筆記型電腦、智慧型手機及平板電腦等的普及化，造成行動網路流量成指數成長。圖 2-1 為行動流量成長原因的示意圖(取自 2011 年 Nokia Siemens Networks White Paper [17])。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-1 行動流量成長示意圖[17]. 此外，根據 Cisco 在 2014 年的報告[5]中指出，預計在 2018 年全球行動網路流量將增加至 190 Exabyte，為 2013 年流量的 11 倍。因此有效的資源管理成為一個很重要的指標。. . . 17 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(23) 2.2 模式選擇(Mode Selection) 常見的 D2D 通訊模式總共有三種[9]、[10]及[12]，分為專屬模式(Dedicated Mode)、複用模式(Reuse Mode)、蜂巢式模式(Cellular Mode)。許多學者在基本模式選擇上添加了不同的參考指標，進而達到預期的研究結果。. 2.2.1 結合連線品質(Link Quality)與資源塊分配(Resource Allocation) 該篇論文為2010年在IEEE Wireless Communication[3]提出，除了考慮Cellular. 政治大同的選擇模式給予不同的資源塊，如圖2-2所示。其中NorMod表示複用模式，立. UE、D2D UE、BS間的連線品質外，尚考慮到彼此之間的干擾。此外，還針對不. ‧. ‧ 國. 學. SepMod表示專屬模式，CellMod表示蜂巢式模式。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-2 D2D 三種模式選擇資源示意圖[3]. . . 18 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(24) 2.2.2 聯合模式選擇與資源分配(Joint Mode Selection and Resource. Allocation , JMSRA). 在文獻[2]中，提出了一個結合模式選擇與資源分配的演算法(Joint Mode Selection and Resource Allocation , JMSRA)，JMSRA 根據不同的使用者可以分成 DMSRA 與 UMSRA 兩個部分。DMSRA 負責處理獲得空閒資源的使用者（dedicated user）及透過 BS 轉傳的使用者(cellular user)；UMSRA 則是負責處理. 政治大. 獲得複用資源的使用者(underlay user)。. 立. 在 DMSRA 中，根據使用者不同 QoS 及 SINR 的限制，算出獲得 RB 的優先. ‧ 國. 學. 順序以取得公平性，根據優先順序的不同，分配適當的 RB 給使用者。在 UMSRA 中，為了公平性，scheduler 會記錄每個使用者平均速度與延遲，. ‧. 傳輸效果較差的使用者會有較高的優先權取得資源。取得較高優先權的 underlay. y. Nat. sit. user 尚不能馬上被分配到 RB。首先，他必須確定這些 RB 是否被 dedicated user. n. al. er. io. 使用，若無使用，則會在 cellular link 與 D2D link 之中選擇 SINR 值較高的方式. i n U. v. 傳輸；若有 dedicated user 使用 RB，則使用 underlay D2D mode, 並限制其傳輸功. Ch. engchi. 率，避免發生同頻干擾的情形。若沒有適合的 RB 可滿足所需的吞吐量，則會將 underlay mode 轉換成 dedicated mode 並且給予較高的優先權。. . . 19 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(25) 2.3 聯盟賽局(Coalitional Game)來做模式選擇[1] 2.3.1 賽局理論(Game theory) 當今天決策者(player)的決策相互影響時，透過估計對應的代價，追求自身最大的勝算或利益，我們稱之賽局理論。賽局理論具有以下特性，首先，決策者的數目為兩個以上，其次不同的賽局具有不同謀略規則，舉例來說，高爾夫球以最少杆數完成所有洞數獲勝；籃球比賽則是以得分多者為獲勝。. 政治大模式選擇是在 D2D 技術中一個很重要的無限資源管理模式，在[1]中，以聯立. 2.3.2 模式選擇在賽局理論之應用. 盟賽局理論理論(Coalitional Game)為基礎，來進行 D2D 適當的模式選擇。首先，. ‧ 國. 學. 作者將 D2D 的模式分為三種，蜂巢式模式、複用模式、專屬模式。並把這三種. ‧. 模式視為三個不同的聯盟(Coalitional)，每個 D2D 鏈路都為一個競爭者(Player)，. y. sit. io. er. 可能性。. Nat. 在鏈結建立的的時候先隨機選擇加入其中一個聯盟，接著再考慮加入其他聯盟的. 在判斷是否要加入新聯盟的時候，首先 D2D 鏈結會回傳想要加入新聯盟需. al. n. v i n C h Central Coordinator 求給 BS 中 Central Coordinator，此時會計算 D2D 鏈結加入新 engchi U. 聯盟後所需個人成本，接著會計算 D2D 鏈結加入新聯盟後整體聯盟成本，若是. 個人成本再加入新聯盟後並未小於原來的聯盟成本，則 D2D 鏈結維持原來的聯盟；若是 D2D 鏈結個人成本在加入新聯盟後小於原來的聯盟成本，此時，再比較新聯盟在 D2D 鏈結加入之後的聯盟成本，若聯盟成本在 D2D 鏈結加入後有變小，則 D2D 鏈結則確定加入新聯盟，反之，D2D 鏈結維持原來的聯盟。直到找到一個穩定的聯盟結構才會停止，即 D2D 鏈結不再改變所屬的聯盟才結束。圖 2-3 為其方法的演算法。. . . 20 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(26) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-3 相關研究演算法[1]. 2.3.3 演算法說明在圖 2-3 的演算法中，將 D2D 的三種模式視為三種不同的集合 Sc (cellular mode)、Sd (dedicated mode)、Sr (reuse mode)，每一組的 D2D 使用者在同一時間內只會存在於一個集合中，不能重複，即 D2D player ∈{Sc}∪{Sd}∪{Sr} 且 {Sc}∩{Sd}∩{Sr}＝ø ，ϒ為所有 D2D 的集合總和，{Sc}∪{Sd}∪{Sr}＝ϒ 以及 S，S’∈{ Sc，Sd，Sr }以及 S≠S’。 . . 21 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(27) uj 代表其傳輸成本，其傳輸成本包含了傳輸功率與使用子通道所要花的成本，表達公式如下：. S 代表 D2D 集合，l 代表 D2D pair 彼此之間了鏈結，j 代表不同的 UE，P 代表傳輸功率，C 代表使用子通道所要花費的成本，δj、αj 分別代表傳送功率與使用子通道成本之權重。. 政治大 step1 給予每個 D2D pair 初始值，及每組 D2d pair 預先分配到其中一種模式選擇立演算法. 當中，並將 Sc、Sd、Sr 成員組合記錄在ϒ當中。. ‧ 國. 學. Step3～Step7. D2D link j 從原來的聯盟 S 隨機挑選另一個聯盟 S’加入，並計算. ‧. 出 D2D link j 在 S 聯盟時與在 S’聯盟時的傳輸成本。. y. Nat. Step8～Step11 比較其在不同集合的傳輸成本，若是加入 S’得成本小於當時在 S. er. io. sit. 的成本，這時將 link j 加入 S’，並切將結果記錄在ϒ。. Step12～Step17 反之，若 link j 在 S 成本遠小於 link j 加入 S’成本，則ϒ不變，. n. al. C h D2D 成員組合。U n i 維持原來記錄 link j 在 S 時的所有 engchi. v. Step17～Step19 隨著時間的增加，不對比對成本公式，直到ϒ找到一個穩定的狀態。其結果ϒ，就是目前所有 D2D 的建議模式。. 根據演算法的結果，其結果再透過馬可夫矩陣得收斂，得到確切的 D2D 建議模式。由於此文獻[1]著重於節能的部份，並沒有著重於增加吞吐量與頻譜使用效益的議題上，賽局理論的概念，在未來研究中，可以適用，因此把這篇論文加入在相關研究中，希望在未來研究上，可以透過賽局理論，更進一步精進實驗的結果。. . . 22 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(28) 第三章研究方法 3.1 問題分析 3.1.1 D2D 頻譜使用效益現今的模式選擇的相關議題大多著重於功率控制與資源分配上，較少文獻討論頻譜使用效益，本篇論文提供的演算法，能夠根據目前 UE 分佈情形，推導出. 政治大統的 D2D 模式選擇且具有較好的頻譜使用率。立. 適合目前 UE 分佈情形的頻譜分配方式。本篇論文預期在吞吐量上不會遜色於傳. ‧ 國. 學. 3.1.2 D2D 模式選擇. ‧. 根據 [9]、[10]及[12]文獻得知，常見 D2D 模式為以下三種，reuse mode、. y. Nat. dedicated mode 及 relay mode。reuse mode 將頻譜資源分配給 cellular UE 與 D2D. er. io. sit. UE 共同使用，所以當 cellular UE 與 D2D UE 使用相同的頻譜時會發生干擾，圖 3-1(a)用來示意，cellular UE 與 D2D UE 發生干擾時的頻譜示意圖。從圖 3-1(a). al. n. v i n 可以觀察到，若 cellular UE 與CD2D UE 採取同樣的方式獲取頻譜資源 ex.同時由 hengchi U. 上至下或是同時由下至上取得頻譜資源時，容易造成彼此之間互相干擾且有空的頻譜資源沒有使用到，進而造成頻譜資源浪費。反之，若是 cellular UE 與 D2D UE 採取不同獲取頻譜支援的方式 ex.一個使用 top-down 取得頻譜，另一個用 bottom-up 方式取得頻譜，如圖 3-1(b)所示，這樣不僅能夠有效的使用空閒頻譜資源，也能降低乎相干擾的情形。. . . 23 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(29) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 圖 3-1 (b)頻譜分配示意圖. 學. 圖 3-1 (a)頻譜分配示意圖. Dedicated mode 中，我們將一半的頻譜資源只給 cellular UE 使用，另外一半. y. Nat. io. sit. 的頻譜資源只給 D2D UE 使用，cellular UE 與 D2D UE 不能使用不屬於自身分配. n. al. er. 的頻譜資源。dedicated mode 好處是，對於 UE 來說有較好的傳輸品質，因為不. Ch. i n U. v. 管對於 cellular UE 與 D2D UE 來說，使用不同的頻段，不會有干擾問題。但是以. engchi. 缺點來說，頻譜使用率比 reuse mode 來的差。. Relay mode 中，由於 D2D pair 間的距離過於遙遠，所以 D2D 必須透過 BS 的幫忙才能把訊息傳至 D2D 的接收端，以 throughput 與頻譜使用率來說，都來的比 dedicated mode 來的不好。圖 3-2 為 D2D 模式選擇的示意圖。. . . 24 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(30) 立. 政治大. 圖 3-2 D2D 模式選擇的頻譜示意圖[3]. ‧. ‧ 國. 學. 在本篇論文中，提出一個混合式的頻譜分配方式，將三種傳統模式選擇. n. al. er. io. sit. y. Nat. 組合成新的一種頻譜結構，如圖 3-3 所示。. Ch. engchi. i n U. v. 圖 3-3 混合式的頻譜分配示意圖. . . 25 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(31) 3.2 方法論 3.2.1 頻譜分配有別於一般的傳統三種 D2D 模式選擇，提出一個混合式的 D2D 模式，其頻譜分配方式如圖 3-3 所示分為幾個部分，做 reuse 功能的頻段這邊代稱為 A、做 dedicated 功能的頻譜代稱為 B 及做 relay 功能的頻譜代稱為 C，如圖 3-4 所示。從圖 3-4 可以發現，B 又可分為 B1、B2，C 又可再分為 C1、C2、C3。在此分配中，cellular UE 可使用的頻段為：A、B1、C1；D2D UE 可使用的頻段為：A、 B2、C2、C3。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 3-4 可用頻譜分配示意圖. 根據需求的不同我們可以決定要分配的頻譜順序。舉例來說，若 UE 的需求為不要有干擾，那麼我們分配頻譜的順序依序為 B、C、A；同理，若需求為傳輸距離越遠越好，那麼分配頻譜的順序就改為 C、B、A。以本篇論文來說，我們希望有比較好的吞吐量，因此我們頻譜的分配順序為， B、C、A。. . . 26 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(32) 3.2.2 頻譜分配順序本篇論文採用 3.2.1 的頻譜結構，將頻譜分為 A、B1、B2、C1、C2 及 C3 六個部分，cellular UE 可使用的頻段為：A、B1、C1；D2D UE 可使用的頻段為： A、B2、C2、C3。為達到吞吐量提高的目的，當 D2D UE 需要使用頻譜資源時，優先分配作 dedicated 與 relay 功能的區域，也就是 B2、C2 及 C3，直到 B2、C2 及 C3 的頻譜資源使用完畢，再分配可能會造成干擾的 A 頻段。此方法與其他傳統的 D2D mode selection 比較時，預期可以達到，隨著 UE 數目的增加，提出的. 政治大比不會差距太大，在與 reuse mode 能夠贏過 10%~20%；在頻譜使用效率能夠贏立. 方法，這裡簡稱 QAMS，在 throughput 上與傳統的 dedicated mode 與 relay mode 相. 過 dedicated mode 與 relay mode，由於重複使用到的頻譜資源來的比傳統的 reuse. ‧ 國. 學. mode 來的少，所以預期在頻譜使用率會輸給傳統的 reuse mode。. al. er. io. sit. y. Nat. 3.3.1 分配頻譜. ‧. 3.3 演算法. n. spectrum() Begin 1. UE need resource //A,B,C is array of resource block 2. if (B(length) !=NULL ) 3. then UE gets B’s resource; 4. B(length)=B(length)-1; 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. End . Ch. engchi. i n U. v. elseif(B==NULL&&C!=NULL) then UE gets C’s resource ; C(length)=C(length)-1; elseif (B==NULL && C==NULL&&A!=NULL) then UE gets A’s resource ; A(length)=A(length)-1; else then UE gets no resource;. . 27 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(33) 頻譜分配順序如3.2.2所提到，為達到吞吐量提高的目的，當D2D UE需要使用頻譜資源時，優先分配作dedicated與relay功能的區域，圖3-4所示，B2、C2及 C3，直到B2、C2及C3的頻譜資源使用完畢，再分配可能會造成干擾的A頻段。. 3.3.2 QAMS (QoS Aware Mode Selection)演算法本篇論文中，提出了 QAMS 演算法，主要是想針對目前現有的 UE 分佈情形，找出適合的頻譜分配比例。在演算法中，我們根據吞吐量及頻譜使用率當作我們的判斷指標，透過比較各個不同頻譜使用率所算出對應的吞吐量及頻譜使用. 政治大. 率，從中找出最佳的頻譜分配，並回傳結果，推薦給系統。. 立. ϒ表示目前的頻譜分配比率, threshold:該頻譜分配比率的吞吐量門檻值與頻. ‧ 國. 學. 譜使用率的門檻值。S 代表頻譜使用率，T 代表吞吐量，我們事先建立各種頻譜分配比率的矩陣，裡面總共存取不同的頻譜分配比率，總共有 index 筆資料，count. ‧. 代表目前 threshold 對應到ϒ的第幾筆資料。. y. Nat. io. 2. Loop 3. spectrum( ϒ（i）); 4. calculate T(i)、S(i)、T(i+1)、S(i+1);. n. al. 5. 6.. Ch. engchi. sit. i=0 ; ϒ（0）＝1/3 A、1/3B、1/3C ; threshold=[T(0) S(0)] ;. er. Begin 1. initialize. i n U. v. if (T(i+1)>T(i) && S(i+1)>S(t)) threshold=[T(i+1) S(i+1)]; count = i ; 7. else 8. threshold = threshold ; 9. end 10. i=i+1; 11. when the i=index then end loop 12. End 13. Return ϒ（count）// return the ratio of spectrum utilization (Ex. A: 40% B:40% C:20% ); QAMS(Quality of Service Aware Mode Selection)，主要是根據兩個指標系統整. . . 28 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(34) 體 throughput 及系統頻譜使用率，來進行篩選，其最終目的是從眾多的頻譜分配比率中，選擇出適合目前 UE 分佈情形的頻譜分配比率。. 演算法解釋如下： step1: 預設 A、B、C 三個加總起來為全部的頻譜，給定一個初始頻譜比率，並將目前比率 throughput 與 spectrum 值記錄在 threshold，ϒ為一個陣列，裡面儲存了目前的頻譜分配比率。 step2: 我們用 i 表示在ϒ裡不同的索引值. 政治大 step4: 計算 T(i)、S(i)、T(i+1)、S(i+1) 。立 step3: 執行 3.3.1 的頻譜分配方式。. step5~9: 比較各個頻譜比率的吞吐量與頻譜使用率，當頻譜使用率與吞吐量同時. ‧ 國. 學. 比 threshold 內儲存的值來得高，將目前得到頻譜使用率與吞吐量的值更新. ‧. threshold；反之，則不更新 threshold。. y. Nat. Step10~13:。直到比對完每一筆的頻譜分配比率的吞吐量與頻譜使用效率，回傳. n. al. er. io. sit. count所對應到的最佳頻譜分配比率(Ex. A: 40% B: 40% C: 20% )。. . Ch. engchi. . i n U. v. 29 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(35) 3.4 流程圖（flow chart）. 1. Determine all D2D UEs locations . 2. According to D2D pair’s distance, get the Initialize D2D Mode . 學. 3.Use QAMS Algorithm to calculate the data(throughput、spectrum utilization) of all UEs. . ‧. n. Ch. engchi. er. io. al. 4.Obtain the better ratio of frequency . sit. y. Nat. NO . ‧ 國. 立. 政治大. i n U. v. YES . 5. End . 圖 3-5 系統流程圖. . . 30 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(36) Step 1. LTE-A中我們藉由BS找出潛在且能進行配對的D2D UEs，並對D2D UEs 進行配對。根據傳輸距離的遠近，我們首先判斷是否要進行D2D的傳輸。根據傳輸距離決定是否使用D2D傳輸，短距離的D2D傳輸具有較多優點，因此若距離夠短則會優先選擇使用D2D mode。. Step 2. 根據D2D pair之間的距離，我們給定一個初始的D2d模式，若是D2D pair 之間的距離在五十公尺內，我們分配複用模式。若是D2D pair之間距離介於五十公尺至一百公尺之間，我們預設為專屬模式。若是D2D pair間距離介於一百公尺. 政治大. 至一百五十公尺之間，我們預設為中繼模式。如表3-1所示。. 立. 預設D2D Mode. 0~50. 50~100. 100~150. Reuse. Dedicated. 學. ‧ 國. D2D pair 距離(公尺). Relay. ‧. 表3-1 根據D2D pair距離給定預設的D2D Mode. sit. y. Nat. n. al. er. io. 其次，因為我們想要擁有較佳的吞吐量，因此我們採用分配頻譜的順序為B. v. 頻段，其次C頻段，當B與C頻段沒有多餘的頻譜資源可以分配時，我們才分配A. Ch. engchi. i n U. 頻段給UE。其目的是為了減少干擾的發生。頻譜分配順序如圖3-6所示. 圖 3-6 頻譜分配優先順序. Step 3. 我們利用演算法去記錄各種頻譜分配百分比所得到的資料，包含吞吐量、頻譜使用效率等。 . . 31 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(37) Step 4. 我們利用一個陣列儲存step3的各種數值(throughput與spectrum utilization)，並從這些數值中挑選出數值最佳的頻譜比例組合，直到挑選的組合不再變動時，則將此組合視為最符合目前所有UEs的結果。反之，再回到Step3重複執行。. Step 5. 根據目前的最佳的資料值，Return 其所佔的頻譜分配比率。(Ex. A: 40% B: 40% C: 20% ). 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. . i n U. v. 32 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(38) 第四章模擬實驗與分結果 4.1 實驗環境與假設在 LTE-A 網路中使用 D2D 技術常造成 cellular UE 與 D2D UE 之間彼此干擾，為降低干擾使得吞吐量下降問題，QAMS 透過優化傳統模式選擇技術來降低干擾的發生。有別於傳統 D2D 模式選擇，我們將傳統的三種模式選擇組合成新的. 政治大. 一種頻譜分配結構，並透過 QAMS 的演算法推導出適合頻譜分配比例。最後再. 立. 與傳統的模式選擇進行比較，其比較指標包含 SINR 值、吞吐量與頻譜使用率。. ‧ 國. 學. 實驗使用 Matlab R2016a 模擬器。並引用前述第三章節的方法，來驗證本篇論文所提出的頻譜分配結構是有助於增加頻譜使用效率及增加吞吐量的。. ‧ sit. y. Nat. 評估指標. io. n. al. er. 4.1.1. i n U. v. 本實驗使用了三個評估指標，用來探討我們的方法與其它方法之間的優劣比較。其幾個指標如下：. Ch. engchi. 【Throughput】 Throughput（吞吐量）指的是單位時間內使用者所傳輸的量。傳輸的量愈多，代表使用者在一定的時間內，接收到的資料量愈大，所花費全部資料的傳輸時間相對變短。反之，當傳輸的量愈少，則代表使用者在一定的時間內，接收到的資料量愈少，所花費全部資料的傳輸時間相對較多。公式如下：. . . 33 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(39) 𝑇ℎ𝑟𝑜𝑢𝑔ℎ𝑝𝑢𝑡 =. 𝑆𝑢𝑚 𝑃𝑎𝑐𝑘𝑒𝑡𝑠 ∗ 𝑃𝑎𝑦𝑙𝑜𝑎𝑑 𝑆𝑖𝑧𝑒 (𝑏𝑖𝑡𝑠/𝑠𝑒𝑐) 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑖𝑚𝑒𝑠. 【頻譜使用率】在本論文所提到的「頻譜使用率」表示目前所使用到的 RB(Resource Block) 數量與所有可提供使用 RB 的比值。以正常的基地台來說，每個基地台將可以分配到 100%的 RB，若有重複傳送，那頻譜使用率將超過 100%。但對每一個使用者而言，得到更多的 RB 並不代表該使用者的 throughput 就會高於得到較少 RB. 政治大. 的使用者，主要還是要視使用者離基地台的遠近，來決定它所使用的 modulation. 立. 機制。. ‧ 國. 學. 【信號雜訊干擾比（SINR）】. SINR值為發送信號與干擾之間的比值，數值愈高代表收訊的品質愈好。D2D. ‧. 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑒＋𝑁𝑜𝑖𝑠𝑒. n. al. 𝑆𝑖𝑔𝑛𝑎𝑙. Ch. sit. io. 𝑆𝐼𝑁𝑅 =. er. Nat. y. 相關研究經常會將SINR值視為訊號品質的重要指標。公式如下：. engchi. i n U. v. 在模擬環境中，D2D UE會與cellular UE有機會使用相同的頻譜，導致cellular UE與D2d UE之間相互干擾，因此SINR可用以評估加入D2D後所產生的影響。關於訊號強度的計算方式，我們先將UE功率轉換為dBm，再計算天線增益，最後考慮path loss所造成的減益。path loss根據UE的不同，又可在分為PLcellular與PLD2D，其中PLcellular表示cellular UE的path loss而PLD2D表示D2D UE的path loss。公式如下： PLD2D = 40 log10 d + 30 log10 fc +79 PLeNB = 36.7 log10 d + 40.9 + 26 log10 ( fc/5.0 ). . . 34 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(40) 4.1.2. 模擬環境. 本模擬環境由七個細胞組成如圖 4-1 所示。每個 BS 半徑為五百公尺，cellular UE 與 D2D UE 以隨機的方式分佈其所在位置，在此環境中，我們比較上述三個指標的吞吐量、頻譜使用率及 SINR 值。表格 4-1 列出了在模擬環境中各個參數的設定值。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. al. Cell radius Carrier frequency System bandwidth Bandwidth per UE Thermal noise density (N0) Path loss exponent (n) Antenna gain BS Number of LTE-A UE Number of D2D UE BS transmission power Cell layout D2D pair distance. . Value. y er. io. Parameter. sit. Nat. 圖 4-1 模擬環境圖. i n U. v. 500 m 2.4 GHz 100 MHz 1.4MHz -174 dBm/Hz 3 6dBi 100,200,300,400,500 ( 5 cases) 50,100,150,200,250 ( 5 cases) 43dBm hexagonal 7 cell 0~150 m 表4-1 模擬環境參數. Ch. engchi. . 35 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(41) 4.2 實驗分析本篇論文總共採用四種不同的方法進行分析，第一種方法 cellular UE 與 D2D UE 採用複用模式、第二種方法 cellular UE 與 D2D UE 採用專屬模式、第三種方法 cellular UE 與 D2D UE 採用轉傳模式及最後一種方法採用混合式的頻譜分配結構 QAMS。實驗中採用三組 UE 數目不同的數據進行分析，如表 4-1 所示，實驗結果可分為三個部分，實驗一比較不同方法的 SINR 值。實驗二比較不同方法所得到的 throughput 值。實驗三比較不同方法的頻譜使用率。藉由分析上述的三個指標，. 政治大 throughput 表現上比專用模式與轉傳模式來的好。立. 預期 QAMS 隨著 UE 數目的增加，雖然在頻譜使用率低於複用模式，但是在. ‧ 國. 學 ‧. 4.2.1 實驗一(SINR 值). sit. y. Nat. 實驗一是以 UE 的 SINR 值為指標來比較不同 D2D 模式選擇所產生的結果。. al. er. io. 由於 D2D 的加入會讓 cellular UE 與 D2D UE 的干擾程度增加，因此我們採用. v. n. SINR 來當做實驗指標，也會依據不同的 UE 數量與對應比例的情境來進行分析。. Ch. engchi. i n U. 我們總共分析了二十五組的實驗數據，每一組數據會產生兩種不同的 SINR 累積分佈圖，分別為 cellular UE 的 SINR 累積分佈圖與 D2D pair UE 的 SINR 累積分佈圖。我們將二十五組 case 與圖片關係整理在表 4-2。. . . 36 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(42) D2D 50. D2D 150. D2D 200. D2D 250. Case1 ,. Case2,. Case3,. Case4,. Case5,. 100. 圖 4-1,4-2. 圖 4-3,4-4. 圖 4-5,4-6. 圖 4-7,4-8. 圖 4-9,4-10. Cellular. Case6,圖. Case7,圖. Case8,圖. Case9,圖. Case10,圖. 200. 4-11,4-12. 4-13,4-14. 4-15,4-16. 4-17,4-18. 4-19,4-20. Cellular. Case11,圖. Case12,圖. Case13,圖. Case14,圖. Case15,圖. 300. 4-21,4-22. 4-23,4-24. 4-25,4-26. 4-27,4-28. 4-29,4-30. Cellular. Case16,圖. Case20,圖. 400. 4-31,4-32. Cellular. Case21,圖. 治 Case19,圖政 Case18,圖 4-33,4-34 4-35,4-36 大4-37,4-38 立. 500. 4-41,4-42. Case17,圖. 4-39,4-40. Case22,圖. Case23,圖. Case24,圖. Case25,圖. 4-43,4-44. 4-45,4-46. 4-47,4-48. 4-49,4-50. 學. ‧. ‧ 國. Cellular. D2D 100. 表4-2 SINR CDF圖與UE數量關係整理表 . n. er. io. sit. y. Nat. al. . Ch. engchi. . i n U. v. 37 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(43) [Cellular UE 100]. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 er. io. sit. y. Nat. al. n. v i n 圖 4-1 SINR CDF ofC cellular cellular UE, 50 D2D pair) h e nUEg(100 chi U 圖 4-1 的環境為一百個 cellular UE 五十組 D2D pair UE。QAMS 以綠色表示， reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示， relay mode 以黑色表示。圖 4-1 的 cellular UE SINR CDF 累積機率分佈圖可以得知，所使用的頻譜數量遠小於系統所提供的頻譜數目時，其四種比較方法所呈現的 cellualr SINR CDF 累積機率分佈曲線是重疊的。也就是說當今天 UE 數目是很小的時候，QAMS 與另外三種模式選擇相比是完全相同的。. . . 38 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(44) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-2 SINR CDF of D2D UE (100 cellular UE, 50 pair D2D UE). Ch. engchi. i n U. v. 由圖 4-2 為 50 D2D pair UE 組成，由於 cellular UE 與 D2d UE 樣本數過小，同樣造成四種方法 D2D CDF 曲線重疊；QAMS 與另外三種模式選擇相比在 SINR CDF 上曲線是完全相同的。. . . 39 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(45) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. Nat. er. io. sit. 圖 4-3 SINR CDF of cellular UE (100 cellular UE, 100 D2D pair). al. 圖 4-3 為一百個 cellular UE 一百組 D2D pair UE 的 cellular UE SINR CDF 累. n. v i n Ch 積機率分佈圖。圖中可以得知，所使用的頻譜數量遠小於系統所提供的頻譜數目 engchi U 時，其四種比較方法所呈現的 cellualr SINR CDF 累積機率分佈曲線是重疊的。也就是說當今天 UE 數目是很小的時候，QAMS 與另外三種模式選擇相比是完全相同的。. . . 40 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(46) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. al. er. io. sit. y. Nat. 圖 4-4 SINR CDF of D2D UE (100 cellular UE , 100 D2D pair UE). i n U. v. 由圖 4-4 為一百組 D2D pair UE 組成，由於 UE 樣本數過小，同樣造成四種. Ch. engchi. 方法 D2D CDF 曲線重疊；QAMS 與另外三種模式選擇相比在 SINR CDF 上曲線是完全相同的。. . . 41 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(47) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. Nat. er. io. sit. 圖 4-5 SINR CDF of cellular UE (100 cellular UE, 150 D2D pair). al. 圖 4-5 的環境為一百個 cellular UE 及一百五十組 D2D pair UE。QAMS 以綠. n. v i n Ch 色表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated i U以紅色表示，relay mode 以黑 e n g c hmode 色表示。觀察圖 4-5 可以得知，在 cellualr UE SINR 表示上，QAMS、reuse mode 及 dedicated mode 的曲線分佈是重疊的，relay mode 在部分的 SINR 值表現上，比其他三種方法略好一點。. . . 42 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(48) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. io. er. 圖 4-6 SINR CDF of D2D UE (100 cellular UE, 150 D2D pair UE). al. n. v i n C UE 組成，從圖U4-6 可以發現，隨著 D2D pair 由圖 4-6 為一百五十組 D2Dhpair engchi UE 數量的增加，逐漸可以看出各種方法的 SINR 值差異；因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。觀察圖 4-6 可以得知，在 SINR 值表現上 QAMS 與 reuse mode 是最佳的，其次是 dedicated mode，最後是 relay mode。. . . 43 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(49) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 y. Nat. er. io. sit. 圖 4-7 SINR CDF of cellular UE (100 cellular UE, 200 D2D pair). al. 圖 4-7 的環境為一百個 cellular UE 及兩百組 D2D pair UE。QAMS 以綠色表. n. v i n Ch 示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated 以紅色表示，relay mode 以黑色表 e n gmode chi U. 示。因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。. . . 44 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(50) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. v. 圖 4-8 SINR CDF of D2D UE (100 cellular UE, 200 D2D pair UE). Ch. engchi. i n U. 由圖 4-8 為兩百組 D2D pair UE 組成，從圖 4-8 可以發現，隨著 D2D pair UE 數量的增加，逐漸可以看出各種方法的 SINR 值差異；因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。觀察圖 4-8 可以得知，在 SINR 值表現上 QAMS 與 reuse mode 是最佳的，其次是 dedicated mode，最後是 relay mode。. . . 45 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(51) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-9 SINR CDF of cellular UE (100 cellular UE, 250 D2D pair). Ch. i n U. v. 圖 4-9 的環境為一百個 cellular UE 及兩百五十組 D2D pair UE。QAMS 以綠. engchi. 色表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示，relay mode 以黑色表示。從圖 4-9 可以觀察到，隨著 D2D pair UE 數量的增加，reuse mode 與 QAMS 有部分區間 SINR 值是來的比較差的，在 cellulsr UE SINR 值的表現上，realy mode 與 dedicated mode 是來得較好一些，其次是 QAMS 與 reuse mode。. . . 46 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(52) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-10 SINR CDF of D2D UE (100 cellular UE, 250 D2D pair UE). Ch. engchi. i n U. v. 由圖 4-10 為兩百五十組 D2D pair UE 組成，從圖 4-10 可以發現，隨著 D2D pair UE 數量的增加，逐漸可以看出各種方法的 SINR 值差異；觀察圖 4-10 可以得知，在 SINR 值表現上 QAMS 與 reuse mode 是最佳的，其次是 dedicated mode，最後是 relay mode。. . . 47 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(53) [Cellular UE 200]. 政治大. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. i n U. v. 圖 4-11 SINR CDF of cellular UE (200 cellular UE, 50 D2D pair). engchi. 圖 4-11 的環境為兩百個 cellular UE 及五十組 D2D pair UE。QAMS 以綠色表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示，relay mode 以黑色表示。因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。從圖 4-11 得知，在 SINR 值表現上，dedicated mode 與 relay mode 表現最好，其次才是 QAMS 與 reuse mode。. . . 48 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(54) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. er. io. 圖 4-12 SINR CDF of D2D UE (200 cellular UE, 50 D2D pair UE). al. n. v i n C 組成，由於 D2D 由圖 4-12 為五十組 D2D pairhUE e n g c h i U pair UE 樣本數過小，同樣造成四種方法 D2D CDF 曲線重疊；QAMS 與另外三種模式選擇相比在 SINR CDF 上曲線是完全相同的。. . . 49 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(55) 政治大. 立. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-13 SINR CDF of cellular UE (200 cellular UE, 100 D2D pair). Ch. i n U. v. 圖 4-13 的環境為兩百個 cellular UE 及一百組 D2D pair UE。QAMS 以綠色. engchi. 表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示，relay mode 以黑色表示。因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。從圖 4-13 得知，在 SINR 值表現上，dedicated mode 與 relay mode 表現最好，其次才是 QAMS 與 reuse mode。. . . 50 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(56) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-14 SINR CDF of D2D UE (200 cellular UE, 100 D2D pair UE). Ch. engchi. i n U. v. 由圖 4-14 為一百組 D2D pair UE 組成，因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。從圖 4-14 可以發現，在 SINR 值表現上，dedicated mode 表現最好，其次是 QAMS 與 reuse mode，最後是 relay mode。. . . 51 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(57) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-15 SINR CDF of cellular UE (200 cellular UE, 150 D2D pair). Ch. i n U. v. 圖 4-15 的環境為兩百個 cellular UE 及一百五十組 D2D pair UE。QAMS 以. engchi. 綠色表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示，relay mode 以黑色表示。從圖 4-15 得知，在 SINR 值表現上， relay mode 表現最好，其次是 dedicated mode 最後才是 QAMS 與 reuse mode。. . . 52 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(58) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-16 SINR CDF of D2D UE (200 cellular UE, 150 D2D pair UE). Ch. engchi. i n U. v. 由圖 4-16 為一百五十組 D2D pair UE 組成，因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。從圖 4-16 可以發現，在 SINR 值表現上，dedicated mode 表現最佳，其次是 QAMS，最後則是 relay mode 與 reuse mode。. . . 53 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(59) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-17 SINR CDF of cellular UE (200 cellular UE, 200 D2D pair). Ch. i n U. v. 圖 4-17 的環境為兩百個 cellular UE 及兩百組 D2D pair UE。QAMS 以綠色. engchi. 表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示，relay mode 以黑色表示。從圖 4-17 得知，在 SINR 值表現上，relay mode 表現最好，其次是 dedicated mode 最後才是 QAMS 與 reuse mode。. . . 54 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(60) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. io. er. 圖 4-18 SINR CDF of D2D UE (200 cellular UE, 200 D2D pair UE). al. n. v i n C 組成，因為 reuse 由圖 4-18 為兩百組 D2D pairhUE e n g c h i U mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。從圖 4-18 可以發現，在 SINR 值表現上，QAMS 表現最佳，其次是 reuse mode，最後則是 dedicated mode 與 relay mode。. . . 55 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(61) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. n. al. er. io. 圖 4-19 SINR CDF of cellular UE (200 cellular UE, 250 D2D pair). Ch. i n U. v. 圖 4-19 的環境為兩百個 cellular UE 及兩百五十組 D2D pair UE。QAMS 以. engchi. 綠色表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示，relay mode 以黑色表示。因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。從圖 4-19 得知，在 SINR 值表現上，relay mode 表現最好，其次是 dedicated mode 最後才是 QAMS 與 reuse mode。. . . 56 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(62) 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學 sit. y. Nat. io. n. al. er. 圖 4-20 SINR CDF of D2D UE (200 cellular UE, 250 D2D pair UE). i n U. v. 由圖 4-20 為兩百五十組 D2D pair UE 組成，從圖 4-20 可以發現，在 SINR. Ch. engchi. 值表現上，reuse mode 表現最佳，其次是 QAMS，最後則是 dedicated mode 與 relay mode。. . . 57 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.

(63) [Cellular UE 300]. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. i n U. v. 圖 4-21 SINR CDF of cellular UE (300 cellular UE, 50 D2D pair). engchi. 圖 4-21 的環境為三百個 cellular UE 及五十組 D2D pair UE。QAMS 以綠色表示，reuse mode 以淺藍色表示，dedicated mode 以紅色表示，relay mode 以黑色表示。因為 reuse mode 與 QAMS 的 SINR 值是一樣的，所以在同圖上僅呈現 QAMS。從圖 4-21 得知，在 SINR 值表現上， relay mode 表現最好其次 dedicated mode，最後才是 QAMS 與 reuse mode。. . . 58 . DOI:10.6814/THE.NCCU.CS.009.2018.B02.