📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 7周 🕸 無基地台通訊：Ad-Hoc、V2X 與 NTN 自組網
67／150單元： 分散式功率控制 🔋 節能與公平分配（Distributed Power Control, DPC）
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🎯 單元導讀
在 Ad-Hoc / MANET / VANET / NTN 自組網中，
每個節點都是傳送者＋中繼＋接收者。
這代表：
⭐ 沒有基地台統一管理功率
⭐ 彼此的功率會互相干擾
⭐ 一台車功率太大 → 全部車都 GG
⭐ 功率太小 → 根本傳不到下一跳
因此，功率控制是整個自組網的生命線。
而真正可行的方式只有一種：
⭐ 分散式功率控制（Distributed Power Control）
因為在自組網世界中：
• 沒有中心
• 沒人會替你分配 PRB
• 沒 scheduler
• 誰都可以發、誰都可能發生干擾
這個單元讓你理解：
• 功率為什麼要分散式
• 如何用簡單公式就能避免干擾雪崩
• 為什麼公平性（fairness）是必要條件
• Ad-Hoc、VANET、NTN 都必須靠 DPC 才能運作
一句話：
⭐ 功率控制，是自組網的「氧氣系統」。
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🧠 一、為什麼要做「分散式」功率控制？
在基地台世界（Cellular）中：
✔ eNB/gNodeB 控制功率
✔ UE 只需依照命令上調/下調
✔ 有 scheduler、有 PRB、有切片、有管理
但在 Ad-Hoc / MANET 中：
🚫 沒基地台
🚫 沒中央控制
🚫 沒人替你安排資源
每個 node 必須靠自己：
⭐ 主動調整功率
⭐ 避免干擾別人
⭐ 又要維持自己能傳出去
這種「每個節點自我管理」就是分散式系統。
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🔊 二、功率控制的三大目標
① 節能（Energy Saving）
車、手機、UAV、sensor 都靠電池
→ 功率太大會浪費能量
→ 在 NTN（衛星互發）更重要
② 減少干擾（Interference Control）
功率越大，覆蓋越大，但：
✔ 干擾區域也變大
✔ 鄰居 SINR 變差
✔ 整個網路 throughput 掉
③ 維持連線（Connectivity）
功率太小 → 傳不到 → 拓撲斷裂
尤其在高速 VANET
→ 一跳短了就整個連線失效
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🧮 三、DPC 核心公式：SINR-Based Power Control
分散式功率控制最常見的形式：
Pᵢ(new) = γᵢ × (Iᵢ / hᵢ)
其中：
符號 意義
Pᵢ 第 i 節點的傳輸功率
γᵢ 目標 SINR
Iᵢ 目前量到的干擾
hᵢ 通道增益
⭐ 公式的意思：
「如果 SINR 不夠 → 增加功率」
「如果太強 → 降低功率」
每個節點自己依照當下量到的干擾 Iᵢ 決定功率
完全不需要中心控制
這就是分散式的關鍵：
✔ local decision
✔ fast reaction
✔ no signaling
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🧩 四、SIR Balancing：公平性的關鍵
在自組網中，如果每個節點都只想要「自己變強」
就會出現：
• A 加功率
• B 被干擾也加功率
• C 看不見訊號也加功率
▶ 互相加功率 → 全網崩潰（power war）
這時需要公平原則：
⭐ SIR balancing
讓所有節點達到「剛好足夠」的 SIR，而不是無限制上調功率。
目的：
✔ 避免功率競爭
✔ 保護弱勢節點
✔ 全網整體 throughput 最佳化
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🕸 五、在 MANET / VANET / NTN 中的真實挑戰
① MANET：隨時有人加入/離開
拓撲常變 → 功率要一直調整
Latency 要求不高 → 算法可較複雜
② VANET：車速快到爆（80–120 km/h）
地面環境變動快
通道增益 hᵢ 一直在跳
要「極快速」功率控制
③ NTN（衛星間通讯）
距離長
遮蔽少
但：
✔ LOS 多
✔ 互相干擾大
✔ 功率成本高（衛星電池有限）
⭐ NTN 用 DPC 可以大幅延長衛星壽命
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🧠 六、工程圖解：功率 vs 干擾
SIR
^
| ● 功率太高 → 干擾區膨脹
|
| ● 功率適中 → 最佳平衡
|
| ● 功率太低 → 斷線
|
+--------------------------------> 發射功率 P
「功率不是越大越好，而是存在最佳點」
目標：
✔ 不太強
✔ 不太弱
✔ 剛剛好
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🚗 七、與 5G/6G 的連結
分散式功率控制不只是 Ad-Hoc 的東西
它也是：
• 6G cell-free
• D2D direct link
• URLLC coexistence
• Edge AI 分散調度
• NTN 衛星節點分散化
• O-RAN RIC 控制 UE 功率
未來 6G 越來越 Distributed
DPC 的重要性只會越來越高
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🧪 八、模擬題
**1️⃣ 專業題：
為何自組網不能用集中式功率控制？**
📦 答案：因為沒有基地台、沒有中心、節點拓撲常更新，集中式指令傳不及也不適用。
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**2️⃣ 應用題：
當節點感覺 SINR 降低，DPC 會採取什麼行動？**
📦 答案：增加傳輸功率 Pᵢ(new) = γᵢ × (Iᵢ / hᵢ)。
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**3️⃣ 情境題：
車輛 A 調高功率後，迫使鄰居 B、C 被干擾也調高功率，造成全網功率上升。這稱為？**
A. 路由震盪
B. Hidden Node 問題
C. Power War（功率戰） ✔
D. Geo Routing
📦 正解：C
單一節點提高功率引發鄰近節點被迫跟進，形成相互干擾、整體功率不斷上升卻效能不增反降的「功率戰（Power War）」現象。
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⭐ 九、小結：分散式功率控制是自組網的心臟
✔ 每個節點自己調功率
✔ 同時管理節能與干擾
✔ 保證連線不中斷
✔ 避免功率戰與全網崩潰
✔ 在 MANET、VANET、NTN 都是必須存在的功能
✔ 6G Distributed Network 會更依賴 DPC
一句話：
⭐ 分散式功率控制，讓自組網不靠基地台也能「平靜且有效率」地運作。
