TWI231721B - Method using probability density function to predict base station number in wireless communication network - Google Patents

Description

1231721 玫、發_分日曰 1 一、發明所屬之技術領域】 本發明係關於無線诵％ i通成網路之技術領域，尤指一 種於無線通訊網路中以趟φ ^ 赵今 T以機率密度函數推估行動台個 數之方法。 【一、先前技術】 近年來由於無線通訊迅 , 、逐發展，無線通訊網路已 遂漸普及，人們不止期待盔绐 …、線通訊網路提供多樣化且 不同服務品質，更期待1狳福％如 …、、、泉通訊網路能迅速提供服 然而’當無線通訊網路中許多行動台欲鏈結至該 ·.、、線通訊網路要求服務時’該行動台需先登錄至-位 於該無線通訊網路中的基地台’而該基地台同一時槽 内只允許一行動台登錄，當同一時槽有許多行動台^ 進行登錄時，各行動台利用一上行鏈結傳送欲登錄之 資料至該基地台，由於各行動台所傳送之訊號間互相 干擾、重璺等因素，該基地台接收到一些難以辨識的 訊號，因此，該基地台利用一下行鏈結傳送一碰撞訊 號至各行動台’而各行動台需再進行一隨機程序（例 如：Controlled Slotted-Aloha， CS-Aloha)以決定 下一時槽是否進行登錄，若下一時槽欲登錄之行動台 個數亦不為1而再次產生碰撞時，則必須番族 /只至攸上述程 序，由於該基地台無法正確地估測欲昝铋 _ 且环 < 仃動台個 數’當有許行動台欲登錄時會反覆進行該隨機程序， 將使得無線通訊網路之效率不彰，而右早〜 乃J M iSC進之必 要0 6 1231721 發明人爰因於此，本於積極發明之精神，亟思一 種可以解決上述問題之「於無線通訊網路中以機率密 度函數推估行動台個數之方法」，幾經研究實驗終至 完成此項發明。 【三、發明内容】 本發明之主要目的係在提供一種可於無線通訊 網路中以機率密度函數推估行動台個數之方法，俾能 正確推估同時要求登入該無線通訊網路之行動台個 數。 依據本發明之一特色，係提出一種由於無線通訊 網路中以機率密度函數推估行動台個數之方法，該無 線通訊網路包含至少一基地台，其中，該基地台分別 預存有1至N個行動台同時要求登入該無線通訊網路 所造成的各式混合訊號之機率密度函數的分佈曲 線，該方法包括下述步驟：（A )計算該基地台所接 收到實際訊號之波封；（B )求取該波封之機率密度 函數的分佈曲線；（C )將該波封之機率密度函數的 分佈曲與該預存之機率密度函數的分佈曲線進行適 配比對處理，以推估目前同時要求登入該無線通訊網 路之行動台個數。 由於本發明構造新穎，能提供產業上利用，且確 有增進功效，故依法申請發明專利。 【四、實施方式】 7

4M-H 1231721 為使貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、 特徵及其目的，茲附以較佳具體實施例之詳細說明如 后： 有關本發明之於無線通訊網路中以機率密度函 數推估仃動台個數之方法的較佳實施例，請先參照第 1圖所示之實施本發明之方法的系統架構圖，該無線 通訊網路包含至少一基地台10，其中，該基地台1〇 分別預存有1至N個行動台丨丨同時要求登入該無線通 訊網路之機率密度函數的分佈曲線，本發明之實施例 的N值為5，當該i個、2個、…或5個行動台同時要求 登入該無線通訊網路時，該基地台丨〇依據預存之機率 密度函數的分佈曲線之比對處理，以推估目前同時要 求豆入XJ亥無線通訊網路之行動台個數。 第2圖所不係本發明之於無線通訊網路中以機率 密度函數推估行動台個數之方法的實施示意圖，其係 在該基地台10之内，以一波封/相位偵測產生器2〇、 一分佈圖產生器30、一最佳比對器4〇及一資料庫5〇 所實現，該波封/相位偵測產生器2〇係將該基地台丄〇 所接收到之訊號轉換產生一對應之正規化波封/相 位，該分佈圖產生器30將該正規化之波封/相位轉換 成一分佈圖，該資料庫5〇預存1至5個行動台同時要求 登入该無線通訊網路時之機率密度函數的分佈曲 線，該最佳比對器4 0比對該資料庫5 〇預存的分佈曲線 與該波封/相位轉換分佈圖，以推估目前同時要求登 入該無線通訊網路之行動台個數。 κ 1231721 則述1至5個行動台同時要求登入該無線通訊網 路時之機率密度函數的分佈曲線可在離線求得，並預 存於負料庫5 0 ’如假設傳輸通道為附加白高斯雜訊 (Additive White Gaussian Noise，AWGN)通道，則 基地台所接收訊號R(t)在AWGN通道中係表示為： 盆 ’ ， （1 ) 八中’ Z為同時要求登入該無線通訊網路之行動台個 數 &為弟i個行動台在該基地台1〇處之功率平方 根’/〃為載波頻率，决仍為第i個行動台調變後之波形， 為平均值為〇、變異數為％之高斯雜訊。為方便 °兒明’假設各行動台之功率均相同，亦即A = s，令 吖U為#㈠之實數部分，故該 之特徵函數為： /ν(0 = e~{cxy,1) = J0L(St)e~{ay/2) /=1 , (2) 其中，Λ、4為第一類零階及第L類零階貝索函數 (Bessel function of the first kind and L kind 〇f order zero) ，為該接收訊號吖〇之波封函 數，故其機率密度函數為： 、"

Py(y) = f ytJ〇{yt)mdt^ ytJ0(yt)j0\st)e-^2^dt9 y>0 (3) 故該波封函數之正規化波封函數之機率密度函數為：

Px(xH.A + \)x[te 1 2 ’ （4) 其中，心&=眞、L為目前同時要求登入之行動台個 數、Λ、4為第一類零階及第[類零階貝索函數，故依 據公式（4 )可離線計算該波封之機率密度，第、 1231721 3B圖即分別在訊號雜訊比（Signabt〇jQise

Ratio SNR)為l〇dB及20 dB時，1至5個行動台同時要 求登入該無線通訊網路時之正規化波封函數之機率 密度分佈圖，並將該1至5個行動台同時要求登入該無 Λ I汛、’周路時之正規化波封函數之機率密度分佈圖 預存至該資料庫5 〇中。 而右傳輸通道為窄頻多重路徑衰減（narr〇wband multipath fading)通道，則基地台1〇所接收訊號#幻 在窄頻多重路徑衰減通道中係表示為： _ =〜2例(’)小+公/e· } +吨)e^ 1 " J · ( 5) 八中Z為同時要求登入該無線通訊網路之行動台個 數’ &為第i個行動台在該基地台丨〇處之功率平方 根’ ^為載波頻率’辦0為第i個行動台調變後之波形， 為平均值為〇變異數為β之高斯雜訊，S = ， 我=^-4 ’故該接收訊號之相位機率密度分佈函數為： Ρβ^β I ^,) = Je^p

Sxrzo%6 rdr， (6) 其中’相位0值介於—冗及冗之間，系第一類零階 夕 P白貝索函數（zero-th order modified Bessel function 〇f the f irst kind)，以 w取代《，公式 (6 )可改寫為： _Λ/) = ά》ΧΡ；{夸+ ΣΛ，-ν^>—) fl/0(V2A/ +4ΛΛ,· -4A,^co^) rdr. ^ ^ ^ 去除公式（7)中的條件機率，公式（7)可改寫成： —)=f ...f _ 八抓).··ΜΛ 少八丨為， (8) 10 1231721 其中，/7(Λ,·)係接收訊號之訊號雜訊比的機率密度分佈 函數，ρ(θ)為目前同時要求登入之行動台個數及訊號 雜訊比之函數’故依據公式（8 )可離線計算該相位 之機率密度’第4A、4Β圖係分別在訊號雜訊比 (Signal-to - Noise Rati〇, SNR)為 1〇dB&2〇dB時，i 至5個行動台同時要求登入該無線通訊網路時之相位 函數之機率密度分佈圖，並將該1至5個行動台同時要 求登入該無線通訊網路時之相位函數之機率密度分 佈圖預存至該資料庫5 0中。 本發明之於無線通訊網路中以機率密度函數推 估行動台個數的流程圖可見於第5圖，首先，於步驟 S 3 0 1中’該基地台1 〇接收多個行動台同時所傳送要求 登錄之訊號。 若傳輸通道為附加白高斯雜訊通道，則求取該基 地台所接收到訊號之正規化波封機率密度函數的分 佈曲線’於步驟S 3 0 2中，該波封/相位偵測產生器2 〇 係將該基地台1 0所接收到之訊號轉換產生一相關之 波封，並產生一正規化之波封，於步驟s 3 〇 3中，該分 佈圖產生器3 0將該正規化波封轉換成一分佈圖。 於步驟S 3 0 4中，該最佳比對器4 〇比對該資料庫5 〇 預存的分佈曲線與該波封轉換分佈圖，以推估目前同 時要求登入該無線通訊網路之行動台個數上。 若傳輸通道為窄頻多重路徑衰減通道，則求取該 基地台所接收到訊號之相位機率密度函數的分佈曲 線，於步驟S 3 0 2中，該波封/相位偵測產生器2 〇係將 該基地台1 0所接收到之訊號轉換產生一相關之相 11 4M4 1231721 位，於步驟S 3 Ο 3中，該分佈圖產生器3 0將該相關之相 位轉換成一分佈圖。 於步驟S 3 0 4中，該最佳比對器4 0比對該資料庫5 0 預存的分佈曲線與該相位轉換分佈圖，以推估目前同 時要求登入該無線通訊網路之行動台個數i。 於步驟S 3 0 4中，該最佳比對器4 0所使用之比對方 法可為最小平方法、權重最小平方法、最大概似法或 Maximum a Posteriori法中之任何一種。 由上述說明可知，本發明之無線通訊網路中以機 率密度函數推估行動台個數之技術由於預存之機率 密度函數分佈曲線而能估測1至5個行動台同時要求 登入該無線通訊網路之行動台個數。 綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在 在均顯示其週異於習知技術之特徵，為無線通訊網路 行動台個數推估之設計上的一大突破，懇請 貴審 查委員明察，早曰賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。 惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而 舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利 範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。 1231721 【五、圖式簡單說明】 第1圖係一無線通訊網路使用示意圖。 第2圖所示係本發明之於無線通訊網路中以機率密度 函數推估行動台個數之方法的實施示意圖。 第3A、3B圖係本發明分別於SNR=10dB及SNR = 20dB時1 至5個行動台同時要求登入該無線通訊網路時之正規 化波封函數之機率密度分佈圖。 第4A、4B圖係本發明分別於SNR=10dB及SNR = 20dB時1 至5個行動台同時要求登入該無線通訊網路時之相位 函數之機率密度分佈圖。 第5圖係本發明推估方法之流程圖。 【圖號說明】 基地台 10 行動台 11 波封/相位偵測產生器 20 分佈圖產生器 30 最佳比對器 40 資料庫 50

Claims (1)

1231721 拾、申請專利範圍 1 · 一種於無線通訊網路中以機率密度函數推估 行動台個數之方法，該無線通訊網路包含至少一基地 台，其中，該基地台分別預存有1至N個行動台同時要 求登入該無線通訊網路之機率密度函數的分佈曲 線，該方法包括下述步驟： (A )計算該基地台所接收到訊號之波封； (B )求取該波封之機率密度函數的分佈曲線； (C )將該波封之機率密度函數的分佈曲與該等 預存之機率密度函數的分佈曲線進行適配度比對處 理，以推估目前同時要求登入該無線通訊網路之行動 台個數。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，於 步驟（B )中，該波封之機率密度函數於附加白高斯 CO 雜訊通道中為· px(x) = (L· A + l)xjte 4 JQ{xt^h· K + \)J^{t4h)dt ’ ο 其中、L為目前同時要求登入之行動台個數、 2σΛ2 Λ、為第一類零階及第L類零階貝索函數。 3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，於 步驟（C )中，於適配度比對處理可為下列方法之一： 最小平方法、權重最小平方法、最大概似法、Max i mum a Posteriori法 。 4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該N 值為5。 14 1231721 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，於 步驟（A )中，該波封係經過正規化。 6. —種於無線通訊網路中以機率密度函數推估 行動台個數之方法，該無線通訊網路包含至少一基地 台，其中，該基地台分別預存有1至N個行動台同時要 求登入該無線通訊網路之機率密度函數的分佈曲 線，該方法包括下述步驟： (A )計算該基地台所接收到訊號之相位； (B )求取該相位之機率密度函數的分佈曲線； (C)將該相位之機率密度函數的分佈曲與該等 預存之機率密度函數的分佈曲線進行適配度比對處 理，以推估目前同時要求登入該無線通訊網路之行動 台個數。 7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，於 步驟（C )中，於適配度比對處理可為下列方法之一： 最小平方法、權重最小平方法、最大概似法、Max i mum a Posteriori法。 8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，該N 值為5。 9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中，於 步驟（A )中，該波封係經過正規化。 15