2.1 利⽤ CoMP/JP 提升 Cell Edge 的傳輸效能
若⼀個 UE 所接收的資料只來⾃某⼀個基地台，即所謂單點傳輸(single-node transmission)，當 UE 在細 胞中⼼(cell center)靠近 BS 時，尚可保持不錯的通訊品質。但當該 UE 移動到細胞邊緣(cell edge)時，因
為距離 BS 較遠，信號較弱，再加上細胞間的⼲擾，容易因 SINR 急遽下降，影響通訊品質。CoMP 技 術可協調多個天線擷取多節點(BS、Relay Station 等)的發射與接收[3]，解決⼀個 cell 只有⼀個 BS 傳輸 的限制。CoMP 的操作模式包括「多點聯合處理(Joint Processing，JP)」與「協調式排程/波束成型
(Coordinated Scheduling / Beamforming，CS/CB)」。多點聯合處理(JP)是由多個 cell 同時傳輸相同的資料 給⽬標 UE 以提⾼其接收訊號的品質，同時降低對其它 UE 的⼲擾(圖 16)。協調式排程/波束成型(CS/CB) 則是在單⼀時間內由相鄰 BS 透過聯合操作的動態協調決定由哪個 BS 負責以波束成型的⽅式傳送資料 給⽬標 UE。對於⼀個 UE 來說，其資料並不需傳給兩個 BS，⽽是 BS 間會相互交換所需的資料(圖 17)。
圖 16：CoMP 多點聯合處理(JP) 圖 17：CoMP 協調式排程/波束成型(CS/CB)
如圖 18 所⽰，若有⼀個 UE 在 Cell 1 的 cell edge，且被分配 C 的頻段。此時可利⽤ CoMP / JP 的技術，
由其鄰近 BS 協助傳送資料給該 UE 以提升 cell edge 的傳輸效能。此例是 Cell 2 利⽤ CoMP/JP 協助 Cell
1的 UE 傳送，Cell 2 是利⽤ UE 所取得的同樣頻段傳送資料給 UE，如此 Cell 1 及 Cell 2 的 BS 都可同 時藉由 CoMP 技術使⽤ C 的部份頻段來同時傳送資料給 UE，進⽽提升該 UE 的 throughput。⾄於 BS 內部兩個 sector 重複發送相同頻段是否會互相⼲擾，因 Cell 2 在同⼀個 cell 內右上與右下的 sector 都使
⽤ C 的頻帶，所以在 cell 右上與右下 sector 之間的邊界將造成嚴重的⼲擾。我們可藉由前述"相鄰 sector 間⼲擾消除"的⽅法，避免基地台間不同指向性天線發送相同頻段所造成的⼲擾。此⽅法適⽤於 cell edge 有較多 UE 的時候，可雙⽅⾯提升 cell edge 之 UE 的 throughput。但當 UE 數量較少時，此⽅法的頻譜 重複使⽤率不⾼，可採⽤以下 CoMP / (CS/CB)的⽅法以提升 cell sector 的傳輸效能。
圖 18：Cell edge 間的 CoMP/JP ⽰意圖
2.2 利⽤ CoMP / (CS/CB)提升 Cell Sector 的傳輸效能
前述 CoMP / JP ⽅法適⽤於 cell edge 有許多 UE，這是因為 UE 必須都已分配到可⽤頻率，如此相鄰 BS 才能互相⽀援，讓在 cell edge 的 UE 可以獲得較好的 throughput。若 BS 範圍內⼈數少，且⼤多聚集在
cell edge，⼀樣可以考慮是否將頻率外借給其它 cell。以圖 18 為例，假設 Cell 1 之 sector C 的 UE 多於 Cell 2之 sector D 加上 Cell 3 之 sector E 的總 UE 數時，Cell 1 的右下⾓區域會發送 A1、C、D、E 的頻 段(此時的 C、D、E 是已扣除各⾃的保留頻段)。因有更多頻段可⽤，有助於有效提升系統整體
throughput。雖然在 cell edge 可能會有頻帶間⼲擾的問題，但使⽤ CoMP (CS/CB)可區隔兩邊 UE 使⽤
的頻譜以降低⼲擾。
2.3 階層式群集多點協作傳輸(Hierarchical Clustering based CoMP) / JP 強化 Downlink 的傳輸效能
因應⼿持裝置的可移動性，動態調整的 CoMP 會較靜態的 CoMP 更能有效改善 cell edge 的頻譜使⽤率 及 UE 的傳輸效能。調適性細胞分群基本上可分為 network-defined 與 UE-specific 兩類。Network-defined 是以 BS 為出發點，細胞群集範圍不重疊(non-overlapping cluster)，UE 同時最多只能加⼊⼀個群集參與
CoMP 傳輸。UE-specific 是以 UE 為出發點，選擇相鄰細胞作為 CoMP 傳輸的結點。細胞群集的範圍 可以重疊(overlapping)，細胞群集的成本與計算複雜度較⾼。這⼀部分的研究重點著重於 LTE-Advanced 的 downlink 傳輸效能，我們採⽤多點聯合處理 CoMP / JP 的傳輸模式(圖 16)。在 CoMP / JP 的模式中，
傳送給 UE 的資料會在這些傳輸點聯合預先處理，資料分佈在整個 CoMP 協作集合中的每⼀傳輸節點，
在某⼀時間點可由數個傳輸節點傳送資料給 UE。CoMP / JP 可提⾼接收訊號的品質，同時也減⼩對其 它 UE 的⼲擾。
我們會以 network-defined 的概念，設計出⼀種階層式的群集架構。先將多個 BS 定義為⼀個⼤的細胞 群集，⼀個⼤的群集⼜可分為多個⼩的群集，再於每個⼩群集中選出⼀個代表的 BS (cluster head)，負 責將群集內 CoMP 的架構及頻譜的使⽤情形回報給上層的群集代表 BS (cluster head)。階層式的群集管 理可以減少底層架構之間的資訊傳遞，減少控制資訊的頻譜使⽤，增加 UE 資料傳輸可使⽤的頻譜，
也可提⾼資料傳輸效能(throughput)。接著我們從 UE-specific 的觀點，考慮細胞邊緣 UE 的分布與需求，
規劃 CoMP 協作傳輸的群集。期望規劃出的 CoMP 傳輸群集能貼近 UE 的服務需求，提升細胞邊緣 UE 的資料傳輸效能(throughput)。
我們先依照地理環境將 19 個 cell 組成⼀個⼤型的 cluster (圖 19)，並取位於中⼼的 cell 作為 cluster 的代 表(head)，由其規劃管理此群集內的 BS 組成⼩型的 CoMP 傳輸集合。對於群集底層的規劃依據各個細 胞中 UE 的數量及分布的位置⽽定，⼀個細胞由三個 sector 組成(圖 20)。藉由 UE 傳送其所量測的 SINR 值給其負責的基地台，判別各個 UE 是屬於細胞中⼼或細胞邊緣。使⽤ UE 測量的 SINR 值作為判斷標 準⽐單純以地域性劃分細胞中⼼或細胞邊緣更能實際給予 UE 傳輸上的協助。各個 BS 取得其服務範圍 內的 UE 資訊後將這些資訊傳給上⼀層的群集代表 BS。群集代表 BS 根據其管理的 BS 所傳遞的資訊，
以細胞的 sector 為單位合併產⽣ CoMP 傳輸的合作群集。合併 sector 會以 UE 量測的⼲擾為參考依據，
UE 回傳的資訊中會列出對其具⼲擾的 sector，並根據量測的⼲擾強度依序排列。因此 BS 代表(cluster head)可得知各 sector 的服務範圍內 UE 受到其它 sector 的⼲擾程度，將⼲擾最為嚴重的 sector 選為 CoMP downlink JP的合作節點。
圖 19：19-cell 群集 圖 20：19-cell 57-sector 群集