2.1 OVFS Code Tree

第１章簡介

回顧行動通訊網路的發展進程，從服務型態來看，在傳統語音服務需求之 外，數據服務也日趨重要。從數據服務的進展來看，傳輸速度由第二代 GSM 9.6Kbps、2.5 代 GPRS 171.2Kbps，進展到第三代 UMTS 2Mbps，使得數據服

務內容可以愈多元化，且讓需要高頻寬的多媒體應用更加成熟。實體層多重存取 技術( Multiple Access )也從第一代 AMPS 網路之 FDMA ( Frequency Division Multiple Access ) 、第二代 GSM/GPRS 網路之 TDMA ( Time Division Multiple Access ) 與 cdmaOne( IS-95 ) 之 CDMA ( Code Division Multiple Access )，進展到 第三代 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。目前研發中的行動通訊網路幾乎

全是CDMA 的天下。

第三代行動通訊網路可以支援高傳輸速率 ( High Data Rate ) 與可變傳輸速 率 ( Variable Data Rate) 服務。當使用者處在較高的移動環境，數據傳輸速率在 144Kbps 至 384Kbps 之間；反之，則速率可達 2Mbps。在 IMT-2000 ( International Mobile Telecommunications in years 2000 )多項草案規格中，以 IMT-DS 最被看好

能夠成為未來的主流，即WCDMA [1]。

WCDMA 採用了 DS-CDMA ( Direct Spread Code Division Multiple Access )無 線傳輸技術，每個傳輸通道都使用了彼此間具有正交 ( Orthogonal )的通道碼 ( Channelization Codes )，使得不同實體通道間可以使用相同的頻率而不互相干

擾。根據3GPP( 3^rd Generation Partnership Project )規格書 [2] 所描述，通道碼是 根據OVSF ( Orthogonal Variable Spreading Factor ) Code Tree，以不同的展頻因子 ( Spreading Factor，SF ) 所產生的。不同展頻因子的通道碼提供不同傳輸速率的 通道，以滿足需要不同資源的應用。3GPP 規格書定義三種 DS-CDMA 傳送機制 ( transmission schemes) [4]：多碼 ( Multi-Code ) [5][6]、單碼 ( Single-Code ) [7]

及混合型 ( hybrid ) [8][9]。單碼傳送機制是指使用者只能用一個通道碼來傳送 資料，而多碼就是使用者可以同時使用多個通道碼；至於混合型即結合上面兩種 機制，對於較低頻寬需求使用單碼傳送機制，對於較高頻寬需求則使用多碼傳送 機制。

關於 OVSF Code 的管理，一般可分為三個議題：分配 ( Assignment ) [10-12]、配置 ( Placement ) [13] 與重配置 ( Replacement ) [14]。分配決定滿 足使用者速率需求之通道碼。配置指決定通道碼後，該如何於OVSF Code Tree 中配置可用的碼。此兩種機制的主要目標皆在於減少使用者需求被拒絕的次數

（即阻斷）。一般而言，阻斷發生的原因有二：系統頻寬不足與碼碎裂 ( Code Fragment )。所謂碼碎裂是指系統現有的碼數 ( Rake Combiner ) 超過使用者的碼 數要求上限，即便系統頻寬是多於使用者的頻寬要求；重配置即透過換碼的動 作，來降低碼碎裂情形，讓原來的使用者依舊擁有相同的頻寬但配置不同的碼，

且新使用者能夠配置到所需的碼，使得使用者被阻斷的機會也跟著降低。在滿足 降低阻斷率的主要目標前提下，這些機制也設法來提高碼的使用率。

在本論文中，我們在多碼傳送環境下討論了下列三個議題：

z 嘗試在多碼傳送環境下，提出能夠有效降低阻斷率的通道碼 ” 延時分 配 ” 機制，以不改變要求順序 ( Request Order ) 為前提，透過向前觀 察 ( Look-Forward ) 的策略，選擇阻斷率較低的碼分配結果。實驗顯示

阻斷率 （= 阻斷次數 / 頻寬要求次數 *100%） 降低約 0.5%-1.5%。

z 針對需要進行重配置狀況時，通道碼的處理順序與其換碼次數做了實驗 分析。結果顯示需要換碼時才作重配置比最先換碼或最後換碼，其換碼 次數為最少。

z 對於有多個候選通道碼情形[10]，需要進行重配置狀況時，選擇阻斷率 不會改變但換碼次數最少的通道碼。實驗結果證實此種方式可將換碼次 數減少 2%-5%。

本文的主要架構如下：第二章描述OVSF Code Tree 的背景知識與通道碼相 關議題研究。第三章則詳述本篇所提之通道碼延後分配機制。第四章我們透過模 擬來分析改進效能及重配置分析。最後是本文的結論。

第 2 章 背景知識與相關研究

本章主要是在說明通道碼的背景知識與相關研究。2.1 節描述 OVSF Code Tree 的定義與通道碼分配的問題，2.2 節則介紹通道碼相關研究。

2.1 OVFS Code Tree

在CDMA 系統中，每個傳輸通道間都使用彼此具有正交 ( Orthogonal )的通 道碼，這種特性保證了通道之間的傳輸不會互相干擾。依 3GPP 規格書[1]所定 義，通道碼是以OVSF Code 方式來實現，圖 2.1 為一 OVSF Code Tree[10]。

. . . .

C^1,0 = [1]

C2,0 = [1,1] C^2,1 = [1,-1]

C^4,0 = [1,1,1,1] C^4,1 = [1,1,-1,-1] C^4,2 = [1,-1,1,-1] C4,3 = [1,-1,-1,1]

C8,0 C8,1 C8,2 C8,3 C8,4 C8,5 C^8,6 C8,7

SF = 1

SF = 2 SF = 4 SF = 8

圖 2-1：OVSF Code Tree

圖 2.1 中，每一階層 ( Level ) 分別表示不同的展頻因子 ( Spreading Factor, SF)，同一階層中所有的節點 ( Node )，即碼 ( Code )，表示具有相同頻寬且長度

表示某個特定通道碼，n 的範圍由 0 至SF-1。每個通道碼的產生方式定義如下:

0

1

,

1

=

C

 



 −



= 

 





 −

 

= 

 





 





1 1 1 1

0 , 1

0 , 1 0 , 1

0 , 1 1

, 2

0 , 2

C C C

C C

C



















−

⋅

⋅

−

−



















⋅

= ⋅





































⋅

⋅

−

−

−

−

−

−

+ +

+ +

+ + + +

1 2 , 2

1 2 , 2

1 , 2

1 , 2

0 , 2

0 , 2

1 2 , 2

1 2 , 2

1 , 2

1 , 2

0 , 2

0 , 2

1 2 , 2

2 2 , 2

3 , 2

2 , 2

1 ), 2

0 , 2

1) ( ) 1 (

) 1 ( ) 1 (

) 1 (

) 1 (

1 (

) 1 (

n n

n n

n n

n n

n n

n n

n n n n

n n

n n

n n n n

C C

C C

C C

C C

C C C C

C C

C C C C

為了保持每個碼在不同階層間的正交關係[11]，一個碼 c 在滿足下面兩個 條件時才可以分配給使用者 ( Assignable )：(1) c 到根節點 ( root ) 之間沒有別 的碼被分配 ( Assigned ) ；(2) c 到它的所有子樹 ( sub-tree ) 沒有別的碼被分 配。因為有這項特性，在一個OVSF Code Tree 中，一條路徑 ( path ) 上只有一 個 碼 可 以 被 分 配 給 使 用 者 ， 也 就 是 說 ， 在 路 徑 上 的 其 他 的 碼 無 法 被 使 用 ( Unassignable )，因此，降低了系統頻寬的使用率。圖 2.2 定義了 OVSF Code Tree

三 種 屬 性 節 點 [15] 。

圖 2-2：OVSF Code Tree 三種屬性節點

圖 2-2 中C_4,1是一個被分配 ( Assigned ) 的節點，為了維持正交特性使得 C_1,1、 C_2,1、C_8,1、C_8,2成為不可分配 ( Unassignable ) 的節點，而 C_4,2、C_8,3、C_8,4、 C_8,5、C_8,6是可分配 ( Assignable ) 的節點[16]。

當使用者所提出的頻寬請求被阻斷時，稱為碼阻斷 ( Code Blocking ) 。碼 阻斷發生的原因通常為頻寬不足或碼碎裂 ( Code Fragment )。當使用者的頻寬要 求多於系統剩餘頻寬時，即為頻寬不足；所謂碼碎裂，以每一SF 來看，被選擇 的通道碼碼數超過系統現有碼數。一個好的通道碼分配演算法可以有效地降低阻 斷率[10-12]。然而，這些演算法皆以循序方式 ( FCFS，First Come First Serve )

處理使用者的頻寬請求。例如現在依序有三個頻寬請求Req1、Req2、Req3 分別 為 100、40、60 且系統剩餘頻寬為 120，若以循序處理方式處理，Req1 可以成 功被分配，而 Req2 和 Req3 因系統頻寬不足而被阻斷服務。假使我們可以得知 頻寬請求的實際順序，那麼我們就可以有效地降低阻斷率。以此例而言，如果我 們阻斷Req1 使得 Req2 和 Req3 可以成功被分配，顯然能夠得到較低的阻斷率。

另一方面，對於碼碎裂問題已有學者提出重配置演算法[14]來改善此一問題，且 在[3]將重配置方針分為主動 ( proactive ) 與被動 ( reactive )。

本論文將針對通道碼的延時分配提出我們的改善方法，並透過模擬的方式來 驗證我們的方法能夠有效地降低阻斷率。

2.2 相關研究

圖 2-3：多碼頻寬&碼數請求之流程

圖 2-3 說明了多碼頻寬與碼數請求之流程。一般而言，對如何管理通道碼的 研究可分為三個議題進行討論：分配、配置、重配置。在這一小節中，我們將針 對一些學者所提相關研究作簡略的說明及討論。為了能夠清楚地表示系統中的 OVSF Code 的配置情形，我們首先定義一些使用到的項目與表示法[10]。定義 SF ＝(4,8,16,32,64,128,256) 表示 OVSF Code Tree 上有效的 SF 碼數目，每 個SF＝256 碼的頻寬為 1 個單位頻寬。令 C＝( a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 ) 為一有序數 對的Codeword，其中 a1≤ 4，a2≤ 8，a3≤ 16，a4≤ 32，a5≤ 64，a6≤ 128，a7≤ 256。

Codeword C 的總頻寬以 W(C) 表示：

W(C) ＝ a1•2⁶＋a2•2⁵＋a3•2⁴＋a4•2³＋a5•2²＋a6•2¹＋a7 Codeword C 所擁有碼的數目定義為 N(C)：

N(C) ＝ a1＋a2＋a3＋a4＋a5＋a6＋a7

Ct＝( a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7 ) 與 Ct’ ＝( a1’, a2’, a3’, a4’, a5’, a6’, a7’ )表示在分配碼給使

用者前後，系統所擁有的Codeword。

K 則表示使用者所配置的 Rake Combiner 數目，即使用的碼數。

2.2.1 多碼分配 ( Multi-code Assignment )

通道碼分配的方法可分為單碼 ( Single-Code ) 分配及多碼 ( Multi-Code ) 分配兩種，當使用者只分配一個碼數 ( Rake Combiner) 時，只能使用一個通道

碼來傳輸資料，因此只要在 Code Tree 上找出一個能夠滿足頻寬需求的節點配置 即可。在多碼分配方面，由於使用者分配了兩個以上的碼數，可以使用兩個以上 的通道碼進行資料的傳輸，因此在進行通道碼分配時就較單碼分配有彈性。

在[10]中，作者 ( Ming-Chun Tsou，Li-Hsing Yen；TY) 透過 Dynamic Programming 的技術找出所有適合的 Codeword，再依據最小碎裂碼原則從這些 Codeword 中挑出最佳 Codeword 進行配置，若分配結果一樣，則選擇使用碼數較 少者。表 2-1 為T(r, k)的 Codeword 表，r 表頻寬，k 表碼的個數。

1 2 3 4 5 6 ^…

1 (0,0,0,0,0,0,1) (0,0,0,0,0,1,0) - (0,0,0,0,1,0,0) - - …

2 - (0,0,0,0,0,0,2) (0,0,0,0,0,1,1) (0,0,0,0,0,2,0) (0,0,0,0,1,0,1) (0,0,0,0,1,1,0) …

3 ^{- -} (0,0,0,0,0,0,3) (0,0,0,0,0,1,2) (0,0,0,0,0,2,1) (0,0,0,0,1,0,2) (0,0,0,0,0,3,0)

…

4 ^{- - -} (0,0,0,0,0,0,4) (0,0,0,0,0,1,3) (0,0,0,0,0,2,2) …

… … … - … … … …

表 2-1：T(r,k) 的 Codeword 表

例如：當使用者提出Req(6, 3)的請求且 Ct＝( 0, 0, 0, 0, 1, 3, 1 )，透過表 2-1 可求 得S＝{( 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0 ), ( 0, 0, 0, 0, 1, 0, 2 ), ( 0, 0, 0, 0, 0, 3, 0 )}，在表 2-2 中則 顯示所有可能的碼配置情形，由於Codeword ( 0, 0, 0, 0, 0, 3, 0 )的配置結果 N(Ct’)=2，而另外兩組 N(Ct’)分別為 3 和 4，因此很明顯的( 0, 0, 0, 0, 0, 3, 0 )即為 最後所要選擇的Codeword。

r k

Codeword C^t’ N(C^t’) (0,0,0,0,1,1,0) (0,0,0,0,0,2,1) 3 (0,0,0,0,1,0,2) (0,0,0,0,0,2,1) 3 (0,0,0,0,0,3,0) (0,0,0,0,1,0,1) 2

表 2-2：Req(6,3) 與 Ct = ( 0, 0, 0, 0, 1, 3, 1) 的所有可能配置情形

在[11]中，作者 ( Fenfen Shueh，Zu-En Liu，Wen-Shyen Chen ；SLC ) 主

要是針對使用者所要求的碼數目進行Codeword 的調整，以確保整個運算過程中 Codeword 所需碼的數目不會超出碼的數目上限。

在[12]中，作者 ( Ray-Guang Cheng，Phone Lin ；CL ) 提出了一種快速的 通道碼配置演算法，並且依照使用者要求的碼數作相對應的調整，最後得到可以 分配給使用者的通道碼。

2.2.2 配置 ( Placement )

在經過多碼分配演算法[10][11][12]挑選出通道碼後，這個通道碼該配置在 OVSF Code Tree 中的哪個節點中，也將關係著系統使用率的問題。

在[13]中，作者提出三種單碼配置策略，若要應用在多碼配置環境，則反覆 ( Recursively ) 執行單碼配置策略，以下為三種策略的簡述：

(1) 隨機配置 ( Random )：從 OVSF Code Tree 相符 SF 中任選一空節點來 使用。

(2) 最左優先配置 ( Leftmost )：從 OVSF Code Tree 相符 SF 中最左邊的空

節點開始配置。

(3) 擁擠優先配置 ( Crowded-first )：從 OVSF Code Tree 相符 SF 中挑選一 空節點其祖先節點的子樹所擁有的空節點數目最少。

由[13]的模擬結果得知使用效果優劣依序為：擁擠優先、最左優先、隨機。

在[3]中，作者為每個節點紀錄一權重值 ( weight )，其數值意義為該節點其 祖先節點是空節點的個數，當要配置某一SF 的節點，則挑選權重值最小者，若 有兩個以上相同最小權重值，則挑選其祖先節點的子樹所擁有的空節點數目為最 小者，此法的效果近似[13]所提的擁擠優先配置策略。以圖 2-4 為例，要配置一 SF=8 的節點，按上述演算法會挑選 C_8,6。

圖 2-4：配置一SF=8 的節點

2.2.3 重配置 ( Replacement )

當OVSF Code Tree 被使用一段時間後，使得 Tree 中的碼分佈處在相當碎裂

( fragment )的狀況，此時，雖然系統頻寬足夠，使用者卻因碼碎裂而遭受阻斷服 務，透過重配置策略可降低因碼碎裂而造成阻斷發生。

在 [3] 中 ， 作 者 將 重 配 置 執 行 時 機 分 成 主 動 ( proactive ) 與 被 動 ( reactive )。所謂主動是指當下一個新要求進來之前或某一個碼被釋放，系統就 進行碼重配置策略；所謂被動是指系統缺乏該要求所需的碼，才進行碼重配置策 略。

在[14]中，作者提出進行碼重配置策略時，找出一個碼重新配置所需花費代 價最少且又符合頻寬需求的節點，即換碼次數愈少愈好。

在[10]中，作者透過查表方式找尋最佳通道碼，在需要進行重配置策略時，

選擇最小碎裂碼的通道碼，其換碼次數卻未必為最少。

第 3 章 我們的方法

在這個章節中主要詳述我們所提出的通道碼延時分配機制。我們的方法假設 多碼環境，且能夠得知使用者實際的頻寬要求順序。

3.1 方法 1 ( M1 )

程序

當系統收到某Request A，則：

狀況 1. 有足夠頻寬與碼數可分配於此Request A ，依下列幾種處理原則整理於 表 3-1。

Queue 處理方式 空 將此Request A 暫存於 Queue 中

有可分配的Request B 配置 Request B 所需之碼，並將此 Request A 暫存於 Queue 中

有頻寬不足或碼碎裂的 Request B

嘗試新排程的可能性

表 3-1：M1 有足夠頻寬可分配於 Request 之處理原則

狀況 2. 發生頻寬不足或碼碎裂，依下列幾種處理原則整理於表 3-2。

Queue 處理方式 空 阻斷服務

有可分配的Request B 將此 Request A 暫存於 Queue 中 有頻寬不足或碼碎裂的

Request B

將此Request A 暫存於 Queue 中

表 3-2：M1 頻寬不足或碼碎裂之處理原則

關於嘗試新排程的方式，即將 Queue 中第一個可分配的 Request 作強制阻 斷，然後重新計算新排程的阻斷次數、重配置次數及剩餘頻寬。重新計算完後將 Queue 完全清空。判斷新排程是否較佳的方法如下：

(1) 阻斷次數 ( blocking rate )較小為佳。

(2) 若前後阻斷次數結果一樣，換碼次數較小為佳。

(3) 若換碼次數一樣，剩餘頻寬較多為佳。

(4) 若剩餘頻寬一樣，碎裂碼個數較小為佳。

(5) 若上述皆相同，則取原結果。

舉例

下面例子中的 ok、er1、er2、er3 分別代表可分配、頻寬不足、碼碎裂、強

制阻斷。使用者編號 120 要求頻寬 126 且系統剩餘頻寬 256，結果為可分配並暫 存於Queue 中。使用者編號 121 要求頻寬 127 且系統剩餘頻寬 128，結果為可分 配，則配置使用者編號 120 所需之碼並將使用者編號 121 暫存於 Queue 中。使 用者編號 122 要求頻寬 72 且系統剩餘頻寬 0，結果為頻寬不足並暫存於 Queue 中。接下來的使用者 123、124、1、2 皆因頻寬不足並暫存於 Queue 中。使用者 編號 121 釋放頻寬 128，使得系統剩餘頻寬為 128。使用者編號 3 要求頻寬 112 且系統剩餘頻寬 128，結果為可分配並暫存在Queue 中。此時，嘗試新排程的可 能性。將使用者編號 121 作強制阻斷，然後重新計算新排程，結果阻斷次數由原 先 5 次降為 4 次，則我們取新排程結果。

使用者編號 要求/釋放 要求碼數 系統剩餘頻寬 結果 新排程 新結果 頻寬 剩餘頻寬

120 Req 126 2 256 ok

*121 Req 127 2 128 ok 128 er3 122 Req 72 4 0 er1 128 ok 123 Req 62 2 0 er1 56 er1 124 Req 19 3 0 er1 56 ok 1 Req 19 1 0 er1 37 ok 2 Req 48 2 0 er1 5 er1 121 Release 128 0 5

*3 Req 112 2 128 ok 5 er1

3.2 方法 2 ( M2 )

一可成功分配的Request 及一頻寬不足或碼碎裂的 Request，即 Queue 的長度為 2 時，就嘗試新排程的可能性。

程序

當系統收到某Request A，則：

狀況 1. 有足夠頻寬與碼數可分配於此 Request A，依下列幾種處理原則整理於 表 3-3。

Queue 處理方式 空 將此Request A 暫存於 Queue 中

有可分配的Request B 配置 Request B 所需之碼，並將此 Request A 暫存於 Queue 中

有頻寬不足或碼碎裂的 Request B

系統錯誤

表 3-3：M2 有足夠頻寬可分配於 Request 之處理原則

狀況 2. 發生頻寬不足或碼碎裂，依下列幾種處理原則整理於表 3-4。

Queue 處理方式 空 阻斷服務

有可分配的Request B 嘗試新排程的可能性 有頻寬不足或碼碎裂的

Request B

系統錯誤

表 3-4：M2 頻寬不足或碼碎裂之處理原則

關於嘗試新排程的方式，即將Queue 中可分配的 Request 作強制阻斷，重新 計算原先不可被分配者，若新結果變成可以被分配，則取新排程結果。重新計算 完後將Queue 完全清空。

舉例

使用者編號 120 要求頻寬 126 且系統剩餘頻寬 256，結果為可分配並暫存於 Queue 中。使用者編號 121 要求頻寬 127 且系統剩餘頻寬 128，結果為可分配，

先配置使用者編號 120 所需之碼並將使用者編號 121 暫存於 Queue 中。使用者 編號 122 要求頻寬 72 且系統剩餘頻寬 0，結果為頻寬不足並暫存於Queue 中。

此時，嘗試新排程的可能性。將使用者編號 121 作強制阻斷，然後重新計算使用 者編號 122 的頻寬要求，新結果變成可以被分配，則我們取新排程結果。

使用者編號 要求/釋放 要求碼數 系統剩餘頻寬 結果 新排程 新結果 頻寬 剩餘頻寬

120 Req 126 2 256 ok

121 Req 127 2 128 ok 128 er3 122 Req 72 4 0 er1 128 ok

第 4 章 模擬實驗與結果

本章節將分為四部分。4.1 節定義實驗環境。4.2 節模擬第 3 章所提方法的 實驗結果。4.3 節進行重配置分析。4.4 節討論有效延遲之效能分析。

4.1 實驗環境

在這章節中，我們將透過模擬實驗的方式來評估本文所提演算法之效能，並 將我們的方法 ( M1 與 M2 )與 TY [10] 、SLC [11] 及 CL [12]三種分配演算法做

比較分析。這五種方法皆須單碼配置演算法之協助，我們採用兩種配置演算法：

擁擠優先 ( CF ) 與最左優先 ( LM )。重配置演算法則採用 DCA[14]所提的方 法。在實驗一開始，我們預設OVSF Code Tree 的深度為 9。每次使用者提出請 求 ( Call Request ) 的間隔時間以蒲松分佈 ( Poisson Process ) 的方式隨機 產生，其平均的產生率 ( Mean Arrival Rate ) 為 λ。Codeword 每次被使用的時 間則假設為指數分佈 ( Exponentially Distributed ) 的隨機值且其平均值為 1/µ。q 值定義 λ/µ。每個請求 Req ( r, k )中的 r 是一個隨機變數，且其值均勻分

佈 ( Uniformly Distribution ) 於 1 至 128 間的整數。k 的值則與 r 值相關。若 1≤r≤64，k 值均勻分佈於 1 至 4 間；假若 64≤r≤128，k 值均勻分佈在 2 至 4 間。

在實驗中，我們每次將產生 50000 個請求 ( Request )，分別對所有的演算法進 行測試。我們量測的數據有：

(1) 阻斷次數百分比 ( block rate % ) = 阻斷次數 / 頻寬要求次數

*100% ，即阻斷率，其中阻斷次數為頻寬不足、碼碎裂與強制阻斷次數 的總合。

(2) 阻斷頻寬百分比 ( weighted block rate % ) = 阻斷頻寬 / 要求頻寬

*100%，其中阻斷頻寬為頻寬不足、碼碎裂與強制阻斷頻寬的總合。

(3) 重配置所需的換碼次數 ( number of code replacements )

4.2 實驗結果

圖 4-1 與圖 4-2 顯示 TY、M1 與 M2 的阻斷次數百分比與阻斷頻寬百分比 的測量結果，其中圖 4-1 採擁擠優先，而圖 4-2 採最左優先。圖中右邊Y 軸為 阻斷次數百分比，以長條圖表示其數值，圖中左邊 Y 軸為阻斷頻寬百分比，以 折線圖表示其數值。我們可以看到M1 在阻斷次數與阻斷頻寬百分比都有最好的 效果；M2 在阻斷率雖較低於 TY，但其阻斷頻寬多於 TY。另外，擁擠優先配置 演算法所得之阻斷次數與阻斷頻寬百分比皆低於最左優先配置演算法。圖 4-3 顯示TY、M1 與 M2 重配置所需的換碼次數，我們可以看到 M1 搬動碼的數目最 多。另外，擁擠優先配置演算法所得之換碼次數也低於最左優先配置演算法。圖 4-4 至圖 4-9 為SLC 及 CL 的實驗結果，也得到與 TY 相同的結論。

NoReplacemnt+CF

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

1.4 1.2

1 0.8

0.6

q

block rate%

0 0.05 0.1 0.15

weighted block rate%

original M1 M2 original M1 M2

圖 4-1：TY 使用擁擠優先配置演算法所得之阻斷次數與阻斷頻寬百分比

NoReplacement+LM

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

1.4 1.2

1 0.8

0.6

q

block rate%

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

weighted block rate%

original M1 M2 original M1 M2

圖 4-2：TY 使用最左優先配置演算法所得之阻斷次數與阻斷頻寬百分比

0 100 200 300 400 500 600

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

Number of code replacement

original(CF) M1(CF) M2(CF) original(LM) M1(LM) M2(LM)

圖 4-3：TY 所需搬動碼的數目

NoReplacement+CF

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

1.4 1.2

1 0.8

0.6

q

block rate%

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

weighted block rate%

original M1 M2 original M1 M2

圖 4-4：SLC 使用擁擠優先配置演算法所得之阻斷次數與阻斷頻寬百分比

NoReplacement+LM

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

1.4 1.2

1 0.8

0.6

q

block rate%

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

weighted block rate%

original M1 M2 original M1 M2

圖 4-5：SLC 使用最左優先配置演算法所得之阻斷次數與阻斷頻寬百分比

0 100 200 300 400 500 600

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

Number of code replacement

original(CF) M1(CF) M2(CF) original(LF) M1(LF) M2(LM)

圖 4-6：SLC 所需搬動碼的數目

NoReplacement+CF

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

1.4 1.2

1 0.8

0.6

q

block rate%

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

weighted block rate%

original M1 M2 original M1 M2

圖 4-7：CL 使用擁擠優先配置演算法所得之阻斷次數與阻斷頻寬百分比

NoReplacement+LM

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

1.4 1.2

1 0.8

0.6

q

block rate%

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

weighted block rate%

original M1 M2 original M1 M2

圖 4-8：CL 使用最左優先配置演算法所得之阻斷次數與阻斷頻寬百分比

0 100 200 300 400 500 600 700

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

Number of code replacement

original(CF) M1(CF) M2(CF) original(LM) M1(LM) M2(LM)

圖 4-9：CL 所需搬動碼的數目

4.3 重配置分析

本小節分兩部分作討論。4.3.1 針對某個碼需作重配置時，該碼的處理順 序。4.3.2 針對[10]中發生重配置時，挑選通道碼與換碼次數之關係。

4.3.1 通道碼的處理順序(SF：小Æ大)與其換碼次數之分析

(1) 需要重配置時才進行處理 ( original )

(2) 需要重配置的碼優先處理 ( replacement first) (3) 需要重配置的碼最後處理 ( replacement last)

System(1,1,3)，按上述三種處理順序如下：

(1) Candidate (1,2,1)Æ(0,2,1)---Æ (0,0,1) System(1,1,3)Æ(0,1,3) R (0,2,1)Æ(0,0,1) (2) Candidate (1,2,1)---Æ(1,0,1)Æ(0,0,1) System (1,1,3) R (1,2,1)Æ (1,0,1)Æ(0,0,1) (3) Candidate (1,2,1)Æ(0,2,1)Æ(0,2,0)

System (1,1,3)Æ(0,1,3)Æ(0,1,2) R (0,2,0)

實驗結果換碼次數由少至多依序為：(1)、(2)、(3)，除了 q=1.4 外。圖 4-10 至圖 4-12 分 別 為 TY 、 SLC 、 LC 的 實 驗 數 據 。

0 100 200 300 400 500

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

Number of code replacement

original(CF) replacement last(CF) replacement first(CF) original(LM) replacement last(LM) replacement first(LM)

圖４-10：TY 的碼重配置處理順序

0 100 200 300 400 500

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

Number of code replacement

original(CF) replacement last(CF) replacement first(CF) original(LM) replacement last(LM) replacement first(LM)

圖４-11：SLC 的碼重配置處理順序

0 100 200 300 400 500 600

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

Number of code replacement

original(CF) replacement last(CF) replacement first(CF) original(LM) replacement last(LM) replacement first(LM)

圖４-12：CL 的碼重配置處理順序

4.3.2 多個候選通道碼與其換碼次數之分析

在[10]中，作者透過查表方式找尋最佳通道碼，在同時有多個候選通道碼且 需要進行重配置策略時，選擇最小碎裂碼的通道碼。我們比較三種換碼次數的選 擇：(a)最小碎裂碼 ( original )、(b)直接選最小換碼次數 ( least move ) 及(c)隨機 選擇一組候選通道碼 ( random ) 。舉例來說，使用者提出要求為 Req(92,3) ，且

系統剩餘頻寬為S( 1 0 0 2 3 2 1 )=97，經過 TY 分配演算法求得三組候選通道碼 為(1,1,0,0,0,0,0)、(1,0,2,0,0,0,0)、(0,3,0,0,0,0,0)，按上述三種處理選擇如下：

候選通道碼 S’ 換碼次數 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 (a) 1 0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 (b) 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 (c)

經實驗驗證，這種做法換碼次數卻未必為最少。我們可以直接選擇換碼次數最小 的通道碼且阻斷率不變。圖 4-13 我們比較TY 三種換碼次數的選擇。

0 50 100 150 200 250 300 350 400

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

Number of code replacement

original(CF) least move(CF) random(CF) original(LM) least move(LM) random(LM)

圖 4-13：TY 的換碼次數選擇

4.4 有效延遲之效能分析

方法一的缺點為請求戰存在 Queue 中的等待時間並無限制，結果可能造成 等待時間過長。在此我們以實驗方式探討限制等待機制的效能表現。此機制限制 每個請求之最長等待時間為 t，圖 4-14 顯示實驗結果，我們可以看到原先方法 一的Queuing delay 介於 11 至 5。隨著 t 值遞減，Queuing delay 也愈來愈小。可 是相對的，block rate 會隨之上升 ( 圖 4-15 ) 。

M1+NoReplacement+CF in TY

0 5 10 15

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

queuing delay

original t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=10 t=15

圖 4-14：方法一有效延遲之效能

M1+NoReplacement+CF in TY

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09

0.6 0.8 1 1.2 1.4

q

block rate%

original t=1 t=2 t=3 t=4 t=5 t=10 t=15 .

圖 4-15：方法一有效延遲之阻斷次數百分比

第 5 章 結論

OVSF 碼管理的目的在於減少使用者提出頻寬要求被阻斷的次數，而造成阻 斷的原因通常為頻寬不足或碼碎裂。頻寬不足只能待其它使用者釋放手上的資源 來解決，而碼碎裂可以透過碼重配置機制來改善。

過去，通道碼分配演算法皆以循序方式處理使用者的頻寬請求。假使我們可 以得知頻寬請求的實際順序，那麼我們就可以有效地降低阻斷率。在本篇論文 中，我們嘗試在多碼傳送環境下，提出能夠有效降低阻斷率的通道碼延時分配機 制，以不改變要求順序為前提，透過向前觀察的策略，選擇阻斷率較低的碼分配 結果。實驗顯示我們的機制能夠有效地降低阻斷率。

另外，關於重配置時所需的換碼次數，我們進行了兩點分析。首先，在通道 碼的處理順序與其換碼次數之分析，我們採用三種處理方式：需要重配置時才進 行處理、需要重配置的碼優先處理與需要重配置的碼最後處理，實驗結果顯示需 要換碼時才作重配置比最先換碼或最後換碼，其換碼次數為最少。另外，在多個 候選通道碼與其換碼次數之分析，我們比較三種換碼次數的選擇：最小碎裂碼、

直接選最小換碼次數及隨機選擇一組候選通道碼，經實驗驗證，我們可以直接選 擇阻斷率不會改變但換碼次數最少的通道碼。

參考文獻

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