第一章 緒論
1.7 論文架構
法(Hierarchical Adaptive Clustering for CoMP ，HACC)，具有上層的控制單位在 叢集生成的過程中扮演管理者的角色，底層基地台負責收集邊緣使用者的相關資
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第三章 研究方法
分析所提出的動態 CoMP Cluster 演算法，設計一使用於 LTE-A 環境下使 用 CoMP 於 Downlink 端協助傳輸與提升頻譜使用率的分法
第四章 模擬實驗
第五章 結論與未來研究 參考文獻
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SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)值並降低干擾。由於使用 CoMP 傳輸技術需要基地台之間傳輸資料溝通，除了地底下的實 體光纖網路，空中傳輸介面的部分也有訊號傳輸、發送，為了避免溝通訊息太多 造成傳輸資料的頻寬減少或是溝通時間太長而造成傳輸延遲，在實作中通常會限 制協作集合的大小以控制參與 CoMP 傳輸的基地台數量。
原則上，規劃基地台參與 CoMP 傳輸叢集的分組可分為靜態(static)與動態 (dynamic)兩類演算法。靜態的叢集分組演算法主要是依照基地台的地理位置為 分組考量，將鄰近的基地台編為同一叢集，將整個系統內的合作叢集事先定義好。
動態的叢集分組演算法則是依據使用者裝置(User Equipment，UE)的分布與需求 為考量，根據 UE 當時的地理位置與無線電射頻(Radio frequency，RF)使用情況 做為分組考量，在定義的單位時間內與當下形成的叢集使用 CoMP 傳輸技術。 重疊分組叢集(non-overlap clustering)。
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SON)的概念，在既有的基礎架構中加入 CoMP 控制中心(CoMP Central Unit，
CCU)，有利於基地台之間的協調與排程以節省人力成本。
實際路測(field trial)成本，加上針對基地台做最佳化，這將是日以繼夜不間斷的 工作。
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2.1.2 調適性 CoMP
使用調適性的 CoMP 可因應當前的網路環境、UE 所在處、UE 的移動性以 及系統負載等具時效性的參數，建立協作集合，比靜態的叢集產生演算法效果更 加。
首先，系統內的所有 UE 會傳送 radio quality 給其 serving cell，傳送的內容 包含 RF、MRMS(Measurement Report Messages)、RSRP(Reference Signal Receiving Power)，以及從 UE 所在處測得對其他基地台之訊號強度。而各個基地台收集其 服務範圍內所有 UE 的回傳資訊後，會將資訊統整交給 CCU 集中處理，對收集 到 的 資 訊 運 算 處 理 ， 形 成 CoMP 傳 輸 的 協 作 集 合 ( 圖 2.2) 。
圖 2.2 使用 CCU 於 Adaptive CoMP Clustering[9]
在 LTE-A 的 架 構 中 ， CCU 可 視 為 是 SON 概 念 中 OAM (Operation&
Maintenance) 的伺服器(server)，基地台之間也藉由實踐 ANR(Automatic Neighbor Relation)自動建立臨近基地台之間的溝通以促進彼此的訊息交換，有助於調適性 的叢集生成運算在 CoMP 傳輸上有更好的效果。
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Hongbin et al. [10]提出分散式的 CoMP 叢集架構，以細胞的 sector(扇形區域) 為單位組成叢集，使用 PF(Proportional Fairness) 排程演算法，提升細胞邊緣使用 者的傳輸率與系統整體的頻譜資源使用率。使用者將服務請求、所在地理位置、
2.2.1 UE-specific 與 network-defined 之 CoMP 叢集架構
規劃 CoMP 傳輸群組可從系統管理者或使用者的觀點出發，依據不同觀點 形成的傳輸群組具有不同特性並各有其優缺點，從系統管理的觀點出發生成的叢
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集視為 network-defined cluster，從使用者的觀點產生的分組稱為 UE- specific cluster。
Network-defined cluster 具有不重疊(non-overlap)的特性，分組的基本傳輸單 位只屬於一個 cluster，通常屬於靜態生成叢集的演算法，由系統業者事先規劃好 CoMP 傳輸的叢集。在此架構下，使用者使用 CoMP 傳輸時只能加入其 serving BS(基地台，Base Station)所屬於的傳輸群組，即使對 UE 而言鄰近的基地台對其 訊號影響較大使用 CoMP JP 的傳輸增益可能比現在隸屬的叢集還大，UE 也不可 跨區使用 CoMP 傳輸。
UE-specific cluster 則是具有重疊(overlap)的特性，分組的基本傳輸單位屬於 一個或以上的 cluster，通常屬於動態生成叢集演算法，由 UE 自己選擇系統中的 量，Hongbin et al.[10] 提出了 Distributed Non-overlapping Cluster Combination Method，對於傳輸叢集的規劃與行程由基地台負責，但是以 UE-specific 的觀點 為前提，以符合多數 UE 為前提形成協作傳輸叢集。
以圖 2.3 為例，假設 sector 編號 3、9、10 為一個 CoMP 的傳輸叢集，UE 編號 1~8 則是代表此傳輸叢集中屬於細胞邊緣的使用者，即參與 CoMP 傳輸的 UE。
圖中箭頭符號指出的方向代表 UE 主要受到的干擾源，以 UE1 為例，UE1 屬於
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sector3 的服務範圍，在 UE1 的位置所接收到的訊號干擾中來自 sector6 的訊號干 擾程度最強。Sector3 中 UE1 的訊號干擾主要來自 sector6，UE3、UE4 與 UE5 的 訊號干擾主要來自 sector10；sector10 中 UE2 的訊號干擾主要來自 sector9，UE6、
UE7 與 UE8 的訊號干擾主要來自 sector14。
圖 2.3 Cell-edge UE 主要受到的干擾源
由圖 2.3 可發現，若單純以 network-defined 方式定義 sector 編號 3、9、10 號為傳輸叢集，然而 UE1、UE6、UE7 與 UE8 的主要干擾源並非此傳輸叢集之 成員，則此傳輸叢集中八個屬於細胞邊緣的 UE 有一半的 UE 無法與主要干擾源 合作形成理想的傳輸叢集，UE 編號 1、6、7、8 號對於參與此傳輸叢集所能提升 的傳輸品質有限。
因此 Hongbin et al. [10]提出形成 CoMP 傳輸叢集應該將 UE 的回報訊息加入 討論，形成的合作傳輸叢集成員以符合多數細胞邊緣使用者的干擾源為原則，才 能真正有效提升傳輸品質。由 serving BS 收集其服務範圍內各細胞邊緣使用者受 到其他相鄰基地台的干擾程度資訊，統計服務範圍中細胞邊緣使用者主要是受到 哪一個基地台的 sector 干擾程度最大，並與之合作形成傳輸叢集，由基地台擔任
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配合 PF scheduling，Hongbin et al.[10]在模擬中設定兩種叢集大小模擬，以 最多三個或六個 sector 為一個協作集合，當兩個子叢集結合超過預設的叢集大小 便不予以合併為一個叢集。並且將模擬結果與單純 network-defined cluster 與 UE-specific cluster 相比，雖然傳輸效益不及 UE-UE-specific cluster 的系統，但與 network-defined cluster 方法相比其傳輸效益有顯著提升。其中以六個 sector 為最大合作 叢集的傳輸效益又比三個 sector 為上限者更為優異，但是在基地台彼此溝通上複
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心預先設定 CoMP 可能使用的傳輸群組，減少實際傳輸前所需的叢集組成運算，
但由於使用者的可移動性，提供的協作傳輸叢集未必能為使用者提供最好的服務。
一般在研究 CoMP 合作叢集時，一個細胞由三個 sector 所組成，而一個 sector 配置一組 120∘的指向型天線，對於細胞間 sector 的設置方式如圖 2.4 所示。
圖 2.4 一個 cell 劃分為 3 個 sector
Hauan et al. [11]將 19 個基地台總共 57 個 sector 依序編號，並定義使用 CoMP 的傳輸叢集，依照當時 UE 的分布與需求選擇其中一種集合的樣式(pattern)，如 圖 2.5 即為其中一種傳輸分組方式。
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圖 2.5 CoMP 傳輸分組樣式
此演算法屬於 network-defined 的方式事先決定合作傳輸的叢集，由於使用 者的可移動性，隨著使用者的移動，細胞邊緣使用者的人數與位置分布也有所 變化，因此 Hauan et al. [11]定義了不只一種的傳輸叢集樣式，如表 2.1 所示。
作者提出的演算法保有系統的傳輸選擇多樣性，同時減少形成傳輸叢集的計算 時間以及基地台之間溝通的複雜度。
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表 2.1 Cell cluster patterns
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2.4 相鄰 sector 採不同的天線配置於 CoMP 傳輸
有別於其他研究者對於 CoMP 傳輸叢集討論的系統規劃，Saley Saidou Ali 與 Navrati Saxena [12]將細胞的 sector 與相鄰的 sector 天線形成 360∘環繞，如圖 2.6 所示，模擬實驗的系統架構以 19 個基地台為例如圖 2.7 所示。
圖 2.6 相鄰 cell 的 sector 排列方式 1
圖 2.7 系統模擬之 cell 與 sector 排列方式
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圖 2.8 相鄰 cell 的 sector 排列方式 2
過去討論 CoMP 傳輸群組的相關研究，研究者多將天線以圖 2.8 的方式排 列。以圖 2.7 的方式設置細胞之間 sector 的相對位置，對於細胞邊緣的使用者來 說，由於參與 CoMP 傳輸的其他兩個 sector 的天線輻射方向與原來使用者所屬的 sector 恰形成 360∘，使用者所接收到的 SINR 值較高有較好的信號強度。但是使 用這種天線擺放方式，對於非參與 CoMP 傳輸的使用者接收來自其他 sector 干擾 影響也較大，甚至造成細胞中心的使用者由於干擾情形嚴重而導致 SINR 值下降，
資料傳輸率下降等問題。因此，使用此種天線擺放方式討論 CoMP 群組在現實生 活的應用上，可能有嚴重干擾的問題必須克服。
2.5 Inter-site CoMP 與 intra-site CoMP
於 LTE-A 的網路環境中如何應用 CoMP 傳輸技術於下載端以提升使用者的 傳輸速率為一重要課題，特別是針對 UE 的可移動性而使用的動態 CoMP 傳輸技 術，配合位於基地台服務範圍的邊緣使用者分布情形選擇相對應的傳輸群組。
Giovanni et al. [13]於 LTE-A 的網路環境下模擬使用動態 CoMP 傳輸的效益，特 別針對 inter-site CoMP 與 intra-site CoMP 所提升的效能進行比較，透過模擬實驗 的數據比較出何者對於系統與細胞邊緣使用者有較佳的傳輸效能。
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圖 2.9 Inter-site CoMP 與 intra-site CoMP
由圖 2.9 所示，編號 1、2、3 號區域均不屬於同一個基地台的服務範圍，屬 於 inter-site CoMP，編號 3、4、5 號區域屬於同一個基地台的服務範圍，屬於 site CoMP。經由模擬實驗 Giovanni et al.發現 inter-site CoMP 的傳輸效能比 intra-site CoMP 來的優異，因為 inter-intra-site CoMP 跨越原始基地台的服務範圍，與相鄰 的扇形區域形成合作傳輸群組擴大服務範圍，提升細胞邊緣 UE 的訊號強度。
2.6 異質性網路(Heterogeneous Network，HetNet)下的 CoMP 傳輸
第四代行動網路的基礎設施除了傳統的大型基地台，還增加許多小型基地 台:micro cell、pico cell、femto cell，依照發射訊號功率的大小有不同的覆蓋面積，
再加上中繼設備，使用者可藉由不同功能等級的基地台連上行動網路。CoMP 傳 輸的相關研究中，在不改變傳統靜態 CoMP 傳輸叢集的架構下，Jian et al.[14]與
Ruo et al.[15]將部分大型基地台服務範圍內的使用者轉為接受小型基地台的服務，
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減少大型基地台的傳輸量。
Jian et al.[14]提出的方法將大型基地台服務範圍內所有的小型基地台編號，
最多以兩個小型基地台為單位分組，形成一個小型的 CoMP 傳輸協作集合。在此 小型 CoMP 傳輸協作集合服務範圍內的使用者不受大型基地台的服務，將使用 者分流以減輕大型基地台的傳輸負擔。小型基地台將其服務範圍內可偵測到的使 用者人數傳送給大型基地台，大型基地台依照此資訊為考量將兩個相鄰的小型基
最多以兩個小型基地台為單位分組，形成一個小型的 CoMP 傳輸協作集合。在此 小型 CoMP 傳輸協作集合服務範圍內的使用者不受大型基地台的服務，將使用 者分流以減輕大型基地台的傳輸負擔。小型基地台將其服務範圍內可偵測到的使 用者人數傳送給大型基地台，大型基地台依照此資訊為考量將兩個相鄰的小型基