LTE-Advanced中利用動態頻率重用及階層式群集多點協作以提升傳輸效能之研究

科技部補助專題研究計畫成果報告

期末報告

LTE-Advanced中利用動態頻率重用及階層式群集多點協作以提

升傳輸效能之研究

中　華　民　國　105　年　03　月　04　日

中 文 摘 要 ： 長期演進技術演進版本(LTE-Advanced)利用載波聚合(Carrier Aggregation)、多天線輸出輸入(MIMO)與多點協作傳輸(CoMP)技術 大幅提升上傳與下載的傳輸速率及加強基地台服務的覆蓋率。LTE-Advanced以其技術上的優勢，已儼然成為第四代行動通訊系統的主 流技術。 Femtocell是為了克服室內環境通訊品質不佳而於2009年由3GPP Rel-8訂出的標準。Femtocell具有低功率、即插即用、低成本、強 化行動寬頻網路室內覆蓋率、提升使用者傳輸效能(throughput)及 緩解Macrocell之loading等許多優點。Femtocell是用戶只要自行接 上線路就可使用的「Zero-Touch」模式。雖然設定方便，但會有以 下問題：Femtocell與Femtocell間的干擾、Femtocell與外部 Macrocell的干擾、何時需調高功率以提升訊號強度、何時需調降功 率以減少干擾等。本計劃擬提出適用於LTE Macrocell及 Femtocell的動態頻率重用技術，動態分配及重用頻段以有效提升細 胞邊緣(cell edge)及相鄰扇行區(adjacent sector)的傳輸效能。 此外，我們再搭配改良後的多點協作傳輸(CoMP)的「多點聯合處理 (JP)」與「協調式排程/波束成型(CS/CB)」，並利用多天線輸出輸 入(MIMO)通道技術來加強傳輸效能(throughput)。LTE Direct是 3GPP在Rel-12所制訂，利用現有LTE頻譜支援裝置與裝置(Device to Device，D2D)通訊的技術。LTE Direct有助於達到強化系統容量 (system capacity)及行動數據分載(mobile data offload)的目的 。LTE Direct雖然俱有技術及應用上的優勢，但因其使用現有的 LTE頻譜來傳輸資料，若共用頻譜缺乏妥善管理，D2D UE會因額外的 干擾而降低SINR。目前關於D2D頻率分配的相關研究大多屬於靜態頻 率重用，在本計劃中，我們擬研究並提出適用於LTE Direct的動態 頻率重用技術來降低干擾，以達到更高的傳輸效能。CoMP技術是 3GPP於Rel-11所制訂，適用於LTE-Advanced傳輸的多點協作傳輸技 術。CoMP可藉由協調多點傳送與接收以提升基地台服務的覆蓋範圍 及強化細胞邊緣的傳輸效能。然而若基地台的頻率重複使用，則來 自其它基地台的干擾將會影響該基地台的傳輸效能。在本計劃中 ，我們擬研究並提出階層式群集多點協作傳輸(Hierarchical Clustering based CoMP)技術，透過動態協調多個基地台以互相調 整訊號，將來自其它基地台的干擾轉成對細胞邊緣有用的訊號，以 達到最佳的傳輸效能。 總結來說，本計劃針對在LTE-Advanced結合Femtocell與LTE Direct的架構，透過動態頻率重用及階層式群集多點協作傳輸技術 達到有效分配頻譜、降低干擾、提升傳輸效能、增加系統容量的目 的。我們透過實驗與模擬兩種方法驗證本計劃中所提出之方法的有 效性。關於實驗部分，我們量測多支手機在不同LTE-Advanced基地 台內不同地理位置的干擾問題。關於模擬部分，我們透過支援LTE-Advanced、Femtocell、LTE Direct模組的網路模擬器模擬各種不同 的網路情境。 中 文 關 鍵 詞 ： 長期演進技術演進、長期演進技術演進直接通訊、毫微微蜂巢式基 地台、頻率重用、多點協作傳輸

英 文 摘 要 ： LTE-Advanced distinguishes itself as the main 4G technology because it employs Carrier Aggregation (CA), Multi Input Multi Output (MIMO) and Co-ordinated Multi-Point

Transmission (CoMP) state of the art technologies to

significantly enhance the uplink and downlink transmission performance and is able to largely extend service coverage. Femtocell, specified in 3GPP Rel-8, is used to overcome the low communication quality in indoor environment. Femtocell has the property of low power consumption, plug and play, low cost, coverage enhancement, mobile data offload, etc. Femtocell can be easily installed by end users in a ”Zero-Touch” scenario. However, it has to face the following problems: interferences between femtocell / femtocell and macrocell / femtocell, when to increase the power to enhance signal strength and when to reduce the power to prevent interference. In this research, we proposed a dynamic frequency reuse technique and hierarchical

clustering based CoMP for LTE Macrocell and Femtocell to enhance the cell edge and adjacent sector transmission performance. LTE Direct, specified in 3GPP Rel-12, uses the same LTE spectrum and is able to support Device to Device (D2D) communication. LTE Direct has the advantages in increasing system capacity and mobile data offloading. Since LTE Direct shares the same spectrum as that of LTE, spectrum management becomes one of the most important

issues. In the literature, most of the frequency allocation strategies are static, we proposed a dynamic frequency reuse technique suitable for LTE Direct in this research. CoMP, specified in 3GPP Rel-11, is used for LTE-Advanced co-ordinated multipoint transmission. CoMP is able to

extend service coverage and cell edge transmission. In this research, we proposed a hierarchical clustering based CoMP to enhance transmission performance through coordinating multiple points.

In summary, this research proposed a dynamic frequency reuse and hierarchical clustering based CoMP to optimize frequency allocation, reduce interference, and enhance transmission and system capacity under LTE-Advanced / Femtocell / LTE Direct architecture. Finally, we used both experiment and simulation to verify the effectiveness of our proposed methodology.

1

科技部補助專題研究計畫成果報告

（期末報告）

LTE-Advanced

中利⽤動態頻率重⽤及階層式群集多點協作

以提升傳輸效能之研究

計畫類別：個別型計畫

計畫編號：MOST 103－2221－E－004－012－

執⾏期間：103 年 8 ⽉ 1 ⽇⾄ 104 年 12 ⽉ 31 ⽇

執⾏機構及系所：國⽴政治⼤學資訊科學系

計畫主持⼈：張宏慶

計畫參與⼈員：⿈敬傑、張建雄、⿈麒瑋

本計畫除繳交成果報告外，另含下列出國報告，共 2 份：

□

執⾏國際合作與移地研究⼼得報告

□

出席國際學術會議⼼得報告

期末報告處理⽅式：

1.

公開⽅式：

□

⾮列管計畫亦不具下列情形，⽴即公開查詢

□

涉及專利或其他智慧財產權，□⼀年□⼆年後可公開查詢

2.

「本研究」是否已有嚴重損及公共利益之發現：□否 □是

3.

「本報告」是否建議提供政府單位施政參考 □否 □是， （請列舉提供之

單位；本部不經審議，依勾選逕予轉送）

中 華 民 國 105 年 3 ⽉ 4 ⽇

科技部補助專題研究計畫成果報告⾃評表

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期⽬標情況、研究成果之學術或應⽤價

值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進⼀步發展之可能性）、是否適

合在學術期刊發表或申請專利、主要發現（簡要敘述成果是否有嚴重損及公共利

益之發現）或其他有關價值等，作⼀綜合評估。

1.

請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期⽬標情況作⼀綜合評估

□

達成⽬標

□

未達成⽬標（請說明，以 100 字為限）

□

實驗失敗

□

因故實驗中斷

□

其他原因

說明：

2.

研究成果在學術會議發表或申請專利等情形：

論⽂：□已發表 □未發表之⽂稿 □撰寫中 □無

專利：□已獲得 □申請中 □無

技轉：□已技轉 □洽談中 □無

其他：（以 100 字為限）

研究成果發表在 International Conference on Ubiquitous and Future Networks

(ICUFN 2015), Mobile Computing Workshop (MC2015), National Symposium on

Telecommunications (NST2015),

及 National Computer Symposium (NCS 2015)。

3.

請依學術成就、技術創新、社會影響等⽅⾯，評估研究成果之學術或應⽤價

值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進⼀步發展之可能性），如已

有嚴重損及公共利益之發現，請簡述可能損及之相關程度（以 500 字為限）

台灣⾏動寬頻業務 4G LTE 執照競標作業，截⾄ 2015 年 12 ⽉ 7 ⽇完成⼆波競

標作業。第⼀波競標作業經 393 回合競標，終於於 102 年 10 ⽉ 30 ⽇正式結

標，由中華電信、台灣⼤哥⼤、遠傳電信、亞太電信、國碁電⼦及台灣之星

六家業者，以總標⾦ 1186.6 億元買下。第⼀波標售主要為 700 MHz 頻段

(703-748MHz

四個區塊頻譜)、900 MHz 頻段(885-915MHz 三個區塊頻譜)及

1800 MHz

頻段(1710-1770MHz 五個區塊頻譜)，共計 12 個區塊頻譜，總計 270

MHz

，各家業者取得的頻寬從 10MHz 到 35MHz 不等。第⼆波競標作業於 10

⽉ 30 ⽇正式結標，由台灣之星、中華電信、遠傳電信、中華電信、亞太電信、

及遠傳電信以總標⾦ 279.25 億元買下。第⼆波釋出的 2.5～2.6GHz 頻段有部

分頻段是為 Wimax 業者所擁有。由這兩波 4G LTE 執照競標，國⼈們已意識

到 ⾏ 動 通 訊 系 統 頻 譜 的 稀 有 昂 貴 ， 得 來 不 易 。 本 研 究 特 別 針 對 在

LTE-Advanced

結合可⽀援基地台和核⼼網路⾏動數據卸載之毫微微型蜂巢

式基地台(Femtocell)與 LTE 裝置直接通訊(LTE Direct)的架構。我們透過動態

頻率重⽤(Dynamic Frequency Reuse，DFR)及階層式群集多點協作傳輸

(Hierarchical Clustering based Coordination Multi-Point Transmission

，

DC-CoMP)

技術達到有效分配頻譜、降低⼲擾、提升傳輸效能、增加系統容量

的⽬的。此研究成果將有助於各業者在提供⽤⼾ 4G ⾼頻寬、⾼服務品質的同

時，也能在有限頻譜做最有效的利⽤。

國內⾏動通訊的研發⼈才向來嚴重短缺，更況台灣有六家業者已提供

LTE-Advnaced

服務。⾯對這世代技術的交替，相關技術的學習，重要議題的

研發，其重要性不可⾔喻。透過本研究計畫的執⾏，參與計畫之⼯作⼈員對

LTE-Advanced Macrocell / Femtocel

及 LTE Direct 的頻譜劃分、降低⼲擾、提

升傳輸效能、增加系統容量等相關技術有相當深⼊的瞭解及掌握，有助於培

養爾後 LTE-Advanced 或邁向 5G 實際部署及維運(OAM)所需之技術⼈才。

報告內容

(

⼀) 研究計劃之背景及⽬的。

1.

背景及⽬的

⾧期演進技術演進版本(Long Term Evolution–Advanced，LTE-A)利⽤載波聚合(Carrier Aggregation，CA) 與多天線輸出輸⼊(Multi Input Multi Output，MIMO)通道技術⼤幅提升上傳與下載的傳輸速率，並加⼊ 多點協作傳輸(Co-ordinated Multi-Point Transmission，CoMP)加強基地台(BS)服務的覆蓋率及傳輸效 能。LTE-Advanced 以其技術上的優勢，已儼然成為第四代⾏動通訊系統的主流技術。然⽽隨著數據爆 炸性的成⾧，網路資源已漸漸無法滿⾜使⽤者的需求。在⾏動通訊領域，有三種⽅法可以⽤來增加系 統容量，第⼀種⽅法是透過購買頻譜或有效分配頻譜以增加系統頻寬；第⼆種⽅法是將基地台與核⼼ 網路的⾏動數據卸載(offload)到如 Picocell / Femtocell / WiFi 等 small cell，或 LTE Direct / WiFi Direct 上 以分散訊務流量；第三種⽅法是改進無線電端的傳輸技術(air interface)如 LTE-Advanced 等。對營運商 ⽽⾔，購買更多的頻譜或架設更多的基地台以滿⾜使⽤者需求已成為營運商最主要的任務。從台灣 2013 年下半年，4G 頻譜競標歷經 40 個競標⽇、393 回合，最終以總標⾦ 1186.5 億元天價劃下句號，國⼈ 們終於意識到⾏動通訊系統頻譜的稀有昂貴，得來不易。其次，架設更多基地台，雖然可提⾼

throughput，但會因此產⽣嚴重的頻率⼲擾。本研究特別針對在 LTE-Advanced 結合可⽀援基地台和核

⼼網路⾏動數據卸載(data offload)之毫微微型蜂巢式基地台(Femtocell)與 LTE 裝置直接通訊(LTE

Direct)的架構。我們透過動態頻率重⽤(Dynamic Frequency Reuse，DFR)及階層式群集多點協作傳輸 (Hierarchical Clustering based Coordination Multi-Point Transmission，HC-CoMP)技術達到有效分配

頻譜、降低⼲擾、提升傳輸效能、增加系統容量的⽬的。我們透過實驗與模擬兩種⽅法驗證本計劃中 所提出之⽅法的有效性。關於實驗部分，我們量測多⽀⼿機在不同 LTE-Advanced 基地台內不同地理位

置(cell center、cell edge、cell outside、overlapping area of adjacent sectors)的⼲擾問題。關於模擬部分， 我們透過⽀援 LTE-Advanced、Femtocell、LTE Direct 模組的網路模擬器模擬各種不同的網路情境。

1.1 LTE Macrocell and Femtocell

毫微微型蜂巢式基地台(Femtocell)是為了克服室內環境通訊品質不佳⽽於 2009 年由 3GPP Rel-8 訂出的 標準，是⼀種有效範圍約 50 公尺的⼩功率基地台。就功能⽽⾔，類似 Wi-Fi AP，差別在於 Femtocell 發射的是 3G、WiMAX 或 LTE 等有認證頻譜的訊號，⽤來強化這些訊號在室內的收訊品質。Femtocell 具有低功率、即插即⽤、低成本、強化⾏動寬頻網路室內覆蓋率、提升使⽤者傳輸效能(throughput)及 緩解 Macrocell 之 loading 等許多優點。與傳統蜂巢式網路不同，Femtocell 的⽤⼾端⾃⾏完成安裝後， 從監控配置到後端管理都須⾃動完成並由⾏動業者(operator)進⾏遠端管理。Femtocell 遵循 3GPP OAM (Administration, Maintenance and Operations) [1]所使⽤的 TR-069 [2]協定來完成服務開通、功能設定、 系統檢測及⾃我管控等。因為 Femtocell 是⽤⼾只要⾃⾏接上線路就可使⽤的「Zero-Touch」模式。雖 然設定⽅便，但會有以下問題：Femtocell 與 Femtocell 間的⼲擾、Femtocell 與外部 Macrocell 的⼲擾、 何時需調⾼功率以提升訊號強度、何時需調降功率以減少⼲擾等。⼀般⽤於 Femtocell 頻譜分配的⽅式 有兩種：⼀種是劃分⼀段 Femtocell 的專⽤頻譜；另⼀種是利⽤頻率重⽤(Frequency Reuse)的技術與

Macrocell 共⽤頻譜。劃分 Femtocell 的專⽤頻譜，在系統資源的利⽤上較缺乏彈性；⽽在⽬前的

Frequency Reuse⽅法中，當 cell 的 UE (User Equipment)過多或過少時會發⽣頻譜無法充分利⽤的問題。 FFR [6]雖然可解決 cell 中 sector 間的⼲擾問題，但會犧牲整體系統的 throughput，及可能導致 Femtocell 因分配過多頻譜⽽造成浪費。在本研究中我們提出適⽤於 LTE Macrocell 及 Femtocell 的動態頻率重⽤

(Dynamic Frequency Reuse，DFR)技術，根據 cell 內相鄰扇⾏區(adjacent sector)間 UE 數量的多寡(負

載量)，動態分配及重⽤頻段以有效提升細胞邊緣(cell edge)及相鄰扇⾏區(adjacent sector)的傳輸效 能。此外，我們參考[5]及[6]的頻譜分配⽅式，再搭配多點協作傳輸(CoMP)的「多點聯合處理(Joint

Processing，JP)」與「協調式排程/波束成型(Coordinated Scheduling / Beamforming，CS/CB)」，並利

⽤多天線輸出輸⼊(Multi Input Multi Output，MIMO)通道技術來加強傳輸效能。

1.2 LTE Direct

在傳統的通訊網路，UE 間若要互相傳送資料，會想到 Ad Hoc 網路的傳輸模式。然⽽在 Ad Hoc 網路 中，UE 往往需花費更⾼的功率與更多的時間尋找(discover)分佈於網路中的其它節點。為解決此問題， 裝置與裝置(Device to Device，D2D)通訊的概念便應運⽽⽣。D2D 通訊的應⽤包括公共安全(Public Safety)、社群應⽤(Social Proximity)、適地服務(Location-Based Service)、⾏動數據分載(Mobile Data

Offloading)等，D2D 通訊有助於達到強化系統容量(system capacity)的⽬的。⽬前兩個較被看好的技術

有 LTE Direct 與 WiFi Direct。就部署範圍來說，LTE BS 的部署及通訊範圍較為廣闊。原本透過 BS 傳 輸的 UE 若改為利⽤ LTE Direct 傳輸(⽬前正在 3GPP Rel-12 制定中)，因其傳輸資料可以不需經過 BS， 將可舒緩 BS 的訊務量，也可降低 UE 與 UE 間的傳輸延遲及 UE 的傳輸功率。LTE Direct 利⽤現有 LTE 基地台與頻譜尋找其它可能的 D2D UE，再視情況將它們配對。其裝置(Device)搜尋能⼒及搜尋效⼒ (effectiveness)都遠遠勝過 Wi-Fi Direct；其傳輸距離也較 Wi-Fi Direct 為佳。LTE Direct 雖然俱有技術 及應⽤上的優勢，但因其使⽤現有的 LTE 頻譜來傳輸資料，若共⽤頻譜缺乏妥善管理，D2D UE 會因 額外的⼲擾⽽降低 SINR。因此如何分配 D2D 所使⽤的頻譜是⼗分重要的研究議題。⽬前關於 D2D 頻 率分配的相關研究⼤多屬於靜態頻率重⽤，在本計劃中，我們研究並提出適⽤於 LTE Direct 的動態頻 率重⽤技術來降低⼲擾，以達到更⾼的傳輸效能(throughput)。

1.3 多點協作傳輸(Coordinated Multipoint Transmission，CoMP)

CoMP技術是 3GPP 於 Rel-11 所制訂，適⽤於 LTE-Advanced 下⾏(downlink)傳輸的多點協作傳輸技術。

然⽽在 BS 的部署中，若 BS 的頻率重複使⽤，則來⾃其它 BS 的⼲擾將會影響該 BS 的傳輸效能。在 本計劃中，我們研究並提出動態群組多點協調(Dynamic Clustering based Coordination Multi-Point，

DC-CoMP)技術，透過動態協調多個 BS 以互相調整訊號，將來⾃其它 BS 的⼲擾轉成對細胞邊緣有⽤

的訊號，以達到最佳的傳輸效能。

2.

國內外相關研究

國內外相關研究分(A) LTE-Advanced Macrocell / Femtocell 頻率重⽤，(B) LTE Direct 頻率重⽤，(C) 多 點協作傳輸(CoMP)三⽅⾯來探討。

2.1 LTE-Advanced Macrocell / Femtocell頻率重⽤

頻率重複使⽤(Frequency Reuse)是利⽤多個指向性天線在同⼀個 BS 內發送不同頻率，使該 BS 能使⽤ 超過⼀個完整頻帶。其⽬的在於改善 BS 邊緣⽤⼾的 SINR 值，降低邊緣⽤⼾和鄰近細胞發⽣共⽤⼦載 波機率，以提升整體系統容量(throughput)。幾個較知名的頻率重⽤機制介紹如下。

2.1.1 軟式頻率重⽤(Software Frequency Reuse，SFR) [4]

Huawei, “Soft Frequency Reuse Scheme for UTRAN LTE,” 3GPP TSG RAN WG1 Meeting #41, R1-050507, May 2005.

Huawei公司於 2006 年提出軟式頻率重⽤(Soft Frequency Reuse, SFR)[4]。SFR 中最常⾒的主⼦載波重 ⽤因⼦為 3。如圖 1 所⽰，討論範例由七個 cell 組成，先將其分為三個 group。Group 1 為 Cell 1，group

2為 Cell 2、4、6，group 3 為 Cell 3、5、7。將所有 cell 的範圍劃分兩半，靠近基地台的稱為內圈，另

⼀半稱為外圈。在頻段部分，將全部頻段分成兩組⼦載波，⼀組稱為主⼦載波，另⼀組稱為輔⼦載波。 在第⼀個時間點傳送所有主⼦載波的頻率⾄所有 cell 的內圈，⽽不傳送輔⼦載波⾄三個 group 的外圈。

第⼆個時間點只傳送所有輔⼦載波⾄三個 group 的外圈，內圈不傳送。因為 Cell 2、4、6 邊緣(⿈⾊) 與 Cell 3、5、7 邊緣(藍⾊)以及中央 cell 邊緣(紅⾊)使⽤的頻帶是以正交⽅式區隔，所以相鄰的 cell 邊 緣間不會發⽣⼲擾。利⽤此⽅法將頻率劃分後分別傳送，可減少⼲擾的發⽣。軟式頻率重⽤(SFR)的缺 點是為要避免 cell 間的⼲擾，限制每個 cell 所能使⽤的頻帶，因此在 throughput 的表現並不突出。

圖 1：SFR 頻率劃分

2.1.2 部分頻率重⽤(Partial Frequency Reuse，PFR) [5]

Siemens,“Interference Mitigation by Partial Frequency Reuse,” 3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #44, R1-060670,February 2006.

圖 2：PFR 頻率劃分

西⾨⼦(Siemens)公司於 2006 年提出部分頻率重⽤(Partial Frequency Reuse，PFR)[5]，其構想是將所有 頻段分為 F1及 F3兩部分；F3再分為 F3A、F3B及 F3C三個⼦頻段。連同 F1共有四個正交的⼦頻段(subband)，

如圖 2(左)所⽰。假設將⼀個 cell 分為三個 sector，每個 sector 所對應的頻段即為 F3A、F3B及 F3C，這三

個⼦頻段擁有相同頻寬(bandwidth)，如圖 2(右)所⽰。其中 F1定義為細胞中⼼(cell center)頻段，其重⽤

因⼦(reuse factor)為 1，此頻段僅供細胞內的中⼼ UE 使⽤，通常這些 UE 的傳輸通道品質(或 SINR)較

佳。F3定義為細胞外圍(cell outside)頻段，此頻段僅供細胞邊緣的 UE 使⽤，其重⽤因⼦為 3，通常這

些 UE 的傳輸通道品質(或 SINR)較差。此⽅法屬於靜態頻率重⽤，其頻段分配後就無法動態調整，此 為其缺點。

2.1.3 少量頻率重⽤(Fractional Frequency Reuse，FFR) - LTE Femtocell [6]

Poongup Lee, Taeyoung Lee, Jangkeun Jeong, and Jitae Shin," Interference Management in LTE Femtocell Systems Using Fractional Frequency Reuse" Feb. 7-10 2010, ICACT 2010.

Lee[6]提出的少量頻率重⽤(Fractional Frequency Reuse，FFR)可⽤於 Macrocell 及 Femtocell 的頻率劃 分。其作法是先將所有頻段均分為內圈(C1、C2、C3)及外圈(E1、E2、E3)兩部分。接著以當下 Femtocell

部署的位置，先偵測有哪些頻段已被 Macrocell 使⽤，Femtocell 所能使⽤的頻段為剩下的頻段。如圖 3 所⽰，若 UE 在 E1 的區域，Macrocell 的頻段為 B，Femtocell 可使⽤的頻段為 A、C 和 D。

圖 3：FFR 頻率劃分

N. Saquib, E. Hossain, and D. I. Kim, “Fractional Frequency Reuse for Interference Management in LTE-Advanced HetNets,” IEEE Wireless Commun., vol. 20, pp. 113-122, Apr. 2013.

Saquib [7]提出⼀種 reuse factor 為 6 的少量頻率重⽤(FFR)⽅法，其頻譜劃分及配置如圖 4 所⽰。作者 先將 cell 分為內圈及外圈，內圈(cell center)的區域 Macro A 使⽤同⼀個頻段，⽽外圈(cell outside)均分 為六等份，依順時鐘依序編號為 Macro B 到 Macro G。頻段分配⽅式是利⽤最佳化的⽅法先分配內圈 的頻段 A，將剩下的頻段均分為六等份，依序分配給 Macro B 到 Macro G。Femtocell 頻段的分配⽅式 與上述相同，即先偵測當下位置所使⽤的頻段，再決定 Femtocell 所能使⽤的最⼤頻譜。當過多 UE 聚 集在同⼀區塊時，此⽅法容易因為將頻譜劃分的太細，使 Macrocell 無法適當調配頻段，⽽造成頻段 的浪費，導致該⽅法在 throughput 上輸給上述[6]的 FFR。 圖 4：FFR 頻率劃分 2.2 LTE Direct頻率重⽤ 2.2.1 D2D通訊之少量頻率重⽤(D2D Communication based on FFR) [8]

C. Hyang Sin, et al., “Radio Resource Allocation Scheme for Device-to-Device Communication in Cellular Networks using Fractional Frequency Reuse,” in Communications (APCC), 2011 17th Asia-Pacific Conference on, 2011, pp. 58-62.

圖 5：D2D 通訊的 FFR 頻率劃分

Sin[8]提出⼀種在蜂巢式網路中 D2D 的資源分配機制。作者認為在 reuse factor 為 1 的情況下，可提升

頻譜效率。然⽽在此情況下，在不同 cell edge 交界處可能會因為使⽤相同頻段⽽產⽣⼲擾。作者提出 他們所設計的 FFR 頻率分配機制，可減少 BS UE 與 D2D UE 的⼲擾。在 FFR 中的 D2D UE 會先利⽤ 與該區域正交的頻段，再使⽤ BS 剩餘的頻段。D2D 傳輸原本可藉由頻率重⽤提升整體系統容量，但 BS UE和 D2D UE 也可能會因為彼此⼲擾⽽造成 throughput 下降。為降低 BS UE 和 D2D UE 間的⼲擾， 作者提出根據 D2D UE 所在區域選擇使⽤⼲擾較低的頻段來降低⼲擾。然⽽ D2D 通訊在[8]中邊界區的 ⼲擾較⼤，以及 FFR 在某些頻譜不⾜的區域無法動態調整頻率，皆為其缺點。 2.2.2 D2D上傳之少量頻率重⽤(D2D uplink based on FFR) [9]

P. Bao, et al., “Novel Frequency Reusing Scheme for Interference Mitigation in D2D Uplink Underlaying Networks,” Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC), 2013 9th International,

1-5 July 2013, pp. 491-496.

Bao在[9]所提出的⽅法同樣是利⽤ FFR 進⾏ D2D 傳輸，並利⽤ SINR 值及中斷率將 D2D UE 的範圍以

中央為圓⼼分為內部區域與外部區域。實驗結果顯⽰，他們所提出的⽅法較 Random Resource Allocation

(D2D可在任意位置利⽤任意頻譜)為佳。然⽽ D2D 通訊在[9]使⽤的頻譜⽐[8]少，且 D2D UE 須被限制

做動態頻率調整。

2.3 多點協作傳輸(Coordinated Multipoint Transmission，CoMP)

2.3.1 群集式多點協作傳輸(Clustering based CoMP) [11]

Ralf Weber, Andrea Garavaglia, Matthias Schulist, Stefan Brueck, and Armin Dekorsy, “Self-Organizing Adaptive Clustering for Cooperative Multipoint Transmission,” 2011 IEEE 73rd Vehicular Technology Conference (VTC Spring), pp. 1-5, 2011.

多點協作傳輸(CoMP)是 LTE-Advanced 可⽤以提升 BS 服務覆蓋範圍及強化細胞邊緣(cell edge)傳輸效 能的重要技術。當前的研究議題為如何群集(clustering)屬於同⼀個多點協作傳輸的 BS 及後續管理。 Weber[11]提出加⼊ LTE-Advanced 中⾃我組織網路(Self-Organizing Network，SON)的概念，在既有的 基礎架構中加⼊ CoMP 控制中⼼(CoMP Central Unit，CCU)。UE 先將服務請求、所在地理位置、量測 到的訊號品質等資訊傳給 BS。BS 再將這些資訊傳給 CCU，此時 CCU 可對 CoMP 傳輸的組成與資源 進⾏分配與規劃(圖 6)。其優點為透過 CCU 規劃 CoMP 傳輸群集，基地台的⼯作量減少；缺點則是

CCU的計算量⾼，要處理的資料量太⼤。

2.3.2 分散群集式多點協作傳輸(Distributed Clustering based CoMP) [12]

Hongbin Li, Hui Tian, Cheng Qin, and Yushan Pei, “A Novel Distributed Cluster Combination Method for CoMP in LTE-A system,” 2012 IEEE 15th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), pp. 614-618, 2012.

Li [12]提出分散式的 CoMP 群集架構，以細胞的 sector 為單位組成群集。UE 將服務請求、所在地理位

置、量測到的訊號品質等資訊傳給 BS。BS 依照 UE 的地理位置與量測到的訊號判斷需要使⽤ CoMP 的 UE 個數及各鄰近細胞訊號對其⼲擾的程度。BS 透過與鄰近 BS 交換資料後，彼此衡量是否要將對 ⽅的 sector 與⾃⼰的 sector 合作傳輸。此⽅法的缺點是該系統須倚賴 BS 間的溝通，再組成多點協作傳 輸的群組，看似計算量低但組成群集的溝通過程繁雜，容易造成系統延遲。

2.3.3 動態群集多點協作傳輸(Dynamic Clustering based CoMP) - [13]

Huan Sun, Xiaobo Zhang, and Wei Fang, “Dynamic Cell Clustering Design for Realistic Coordinated Multipoint Downlink Transmission,” 2011 IEEE 22nd International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), pp. 1331-1335, 2011.

Sun[13]將 19 個細胞預設為⼀個 CoMP 的傳送群組，選定 19 個細胞中⼼ BS 為代表，預先將 57 個 sector

規劃為 CoMP 傳送群組，再依照 UE 的分布與需求選擇適當的群集模式傳輸。此⽅法的優點是群集中 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群集組成運算；缺點是由於 UE 的可 移動性，UE 的實際分布情形可能不在預設的情境中，導致沒有符合 UE 需求的群集，因此系統所能提 供的協作傳輸群集未必能為⼤多數的 UE 提供最好的服務。

(

⼆) 研究⽅法及進⾏步驟

本研究⽅法分以下三個部分進⾏：(1) LTE-Advanced Macrocell / Femtocell 頻率重⽤，(2) 階層式群集多 點協作傳輸(Hierarchical Clustering based CoMP) (3) LTE Direct 頻率重⽤。我們特別針對 LTE-Advanced

結合可⽀援基地台和核⼼網路⾏動數據卸載之 Femtocell 與 LTE Direct 的架構，透過動態頻率重⽤

(Dynamic Frequency Reuse，DFR)及階層式群集多點協作傳輸(Hierarchical Clustering based CoMP， HC-CoMP)技術達到有效分配頻譜、降低⼲擾、提升傳輸效能、增加系統容量的⽬的。關於動態頻率

重⽤，我們研究動態頻率重⽤的⽅法，根據 cell 內 adjacent sector、cell edge 之 UE 數量的多寡(負載量)， 及 cell outside 是否有剩餘頻段可借給 cell center 等情形，動態分配及重⽤頻段以有效提升 adjacent sector 及 cell edge 的傳輸效能。關於多點協作傳輸，階層式群集多點協作傳輸架構雖然細胞群集的分布不如 分散式的細胞群集有彈性，但透過上層的控制單位發送控制訊息與妥善的細胞群集規劃可減少底層 BS 間資訊交換與計算的複雜度。相反地，分散式細胞群集架構雖然可依照細胞邊緣 UE 的分布情況規劃 CoMP的合作群集，但合作的 BS 間資訊交換以及計算複雜度會隨著群集內 BS 的數量⽽遽增。關於 LTE Direct，我們考慮到 D2D UE 在該區使⽤正交頻譜時邊緣的 D2D 傳輸可能會對 BS UE 產⽣⼲擾，因此 我們藉由妥善分配邊緣區的 D2D UE 與相交區正交的頻譜以降低⼲擾，並利⽤動態頻率重⽤(FFR)調整 頻段需求以達到系統更⾼的傳輸效能(throughput)。

1. LTE-Advanced Macrocell / Femtocell頻率重⽤

1.1 LTE-Advanced Cell頻率劃分

我們提出⼀個動態頻率重⽤的⽅法，在做整體頻率細緻規劃時，會考量頻率重複使⽤率及使⽤者位於

cell區塊的位置以避免 Femtocell 因分配到過多頻帶造成浪費。如圖 7 所⽰，我們將整段頻譜平均分成

六段(C、D、E、A1、A2、A3)。圖 8 為七個相鄰 cell 為⼀群組的⽰意圖，每個 cell 分為三個 sector，並

分為內外區。Cell 的內部區對應到圖 7 的頻段以反時鐘⽅向依序為 A1、A2、A3。Cell 的外部區對應到

圖 7 的頻段以反時鐘⽅向依序為 C、D、E。若以七個相鄰 cell 為⼀群組來看，中間為 Cell 1，其餘 cell 以逆時鐘⽅向依序編號，如圖 8 所⽰。

圖 7：LTE-Advanced Macrocell 的初步頻率劃分

圖 8：七個相鄰 cell 為⼀群組的頻率分配

圖 9 為對每個 cell 的細部頻率劃分，我們先做如下定義：靠近 cell 中⼼標⽰”⿈⾊斜紋"的部份稱為 cell center；外圍的⼩弧形範圍由本 cell 與鄰近 cell 共同涵蓋的範圍標⽰為"藍⾊全塗滿"的部份稱為 cell edge；介於 cell center 與 cell edge 中間的區域，標⽰為"⿊⾊⽅格"，"⿊⾊⽅格"+"藍⾊全塗滿"的部份稱 為 cell outside。

1.2 Macrocell內相鄰 sector 間⼲擾消除 若在相鄰兩個 sector 發送相同頻率會發⽣嚴重⼲擾。以圖 10 為例，若區塊 C 與 D 的兩個指向性天線 發送相同頻率，則在交界的陰影區將會造成嚴重⼲擾。為避免此⼀問題發⽣，我們特別從分配給每個 區塊的頻段(圖 7)中再各劃分⼀定⽐例的「保留頻段」給在陰影區的 UE 使⽤(圖 11)。 圖 10：Macrocell 內相鄰兩個 sector 間的⼲擾及使⽤保留區間的頻段 圖 11：考量相鄰 sector ⼲擾消除的頻率劃分

由於 LTE Femtocell 與 LTE cell 共享同樣的頻段，每個 Femtocell 可透過⾃⼰的收發天線得知⽬前該區 域 Microcell 已使⽤了哪些頻段，⽽ Femtocell 可使⽤的就是剩餘的頻段。假設 Femtocell 位於如圖 12 所標⽰的位置，Femtocell 偵測到已使⽤的頻段為 C 所劃分的保留區間的頻段，則該 Femtocell 可以使 ⽤的頻段為 D、E 所劃分的保留頻段。

1.3 Cell outside剩餘頻段的動態分配

我們設計⼀個動態頻段分配的演算法，當 cell outside 的頻段尚有剩餘時，可借給 cell center，以有效提 升系統整體 throughput。如圖 13 所⽰，若區塊 D 有剩餘頻段，可借給 cell center 的 A2、A3或 A1。設

計該演算法的重點是剩餘頻段的⾨檻是多少？

圖 13： Cell outside 剩餘頻段的動態分配

圖 14：Cell 內可外借頻譜法於 Femtocell 架構

假設 Femtocell 位於如圖 14 所標⽰位置，當 cell edge 的頻段可外借給 cell center 時，即 C 的部份頻段

可借給 A1。Femtocell 偵測到已使⽤頻段為 A1加上 C 所外借的頻段，因此 Femtocell 能使⽤的頻段為全

圖 15：應⽤ CoMP 於 Femtocell 架構

假設 Femtocell 位於如圖 15 所標⽰位置，且 cell edge 存在許多 UE，此時可利⽤ CoMP/JP 的⽅法(圖 16)。 Cell 2的 sector D 偵測到已使⽤的頻段為⽤ C (幫助 Cell 1 的 cell edge)、A2、D (本⾝ cell outside 的頻

段)、E (幫助 Cell 3 的 cell edge)，所以 Femtocell 可發送的頻段為 A1、A3 (或上述 C、E 沒有完全幫助

所剩下的頻段都可以使⽤)。假設 Femtocell 位於同樣如圖 15 所標⽰位置，並且 Cell 2 sector D 的 UE 數⼤於 Cell 1 sector C 的 UE 數加上 Cell 3 sector E 的 UE 數，此時可利⽤ CoMP/ (CS/CB)的⽅法(圖 17)。 因為 Cell 2 的 sector D 幾乎使⽤了整個頻段，所以 Femtocell 能發送的就是 A1、A3的頻段。Cell 1 與

Cell 3的頻率分配⽅式相同，以 Cell 1 為例，假設 Cell 1 的 Femtocell 架設在 A1的 sector，則 Femtocell

可以發送的頻率為 A2、A3、D、E。上述 Cell 1 的 sector C 與 Cell 3 的 sector E 因為加起來的 UE 數⽐

Cell 2 sector D的 UE 數少。所以對 Cell 1 與 Cell 3 ⽽⾔，頻譜是夠⽤的。此外，若頻譜不夠⽤，則可

在該區架設多個 Femtocell，做為 cell 之間的協調 。

2. 階層式群集多點協作傳輸(Hierarchical Clustering based CoMP)

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

3. LTE Direct動態頻率劃分與頻率重⽤

我們在劃分 LTE Direct 頻段時將 cell 的範圍分為中央區與外圍區(如圖 21)，外圍區域再分為三等分。

若中央區的頻譜不⾜，可向外圍區借⽤剩餘的頻段。若外圍區頻譜不⾜，可將中⼼頻帶分為 A1、A2、

A3三等分(如圖 22)，當有需要時可將頻譜借給外圍區域。D2D UE 先使⽤與該區域正交的頻譜，再使

⽤ BS 有多餘的頻譜，這是因為若先使⽤該區 BS 頻譜會使得 BS UE 可使⽤的資源減少。利⽤正交頻 譜則可能在邊界區影響到其他 UE，若是該 cell 在邊界區有 Rrelay Station (RS) (cell 分為中⼼區域與邊 緣區，邊緣區分為六個⼩區，⼩區中⼼有 RS)，D2D UE 可利⽤ RS 來偵測是否靠近邊界的區域(RS 需 在該區域的中⼼)。D2D UE 若是在邊界區，則可分配較不易重疊的頻譜，或是降低邊緣區 D2D UE 的 功率以降低可能發⽣的⼲擾。以下為我們對 LTE Direct 動態頻率劃分與頻率重⽤⽅法的初步設計。

2. (a) 依照基地台 UE 的需求來分配頻譜，基地台分為中央區(A)與外圍區，外圍區域再三等分(B、C、 D) (如圖 21)。在分配頻譜時，若有 UE 欲進⾏ D2D 傳輸但⽬前占⽤ BS 頻譜，則先不列⼊計算(視 為未佔⽤頻譜)。 圖 21：LTE Direct 頻段劃分 圖 22：中央頻段細分為 A1、A2、A3三等份 (b) 統計 BS UE 的使⽤情形，若中央 BS UE 頻譜不敷使⽤，則根據其它三區的頻譜使⽤率考慮借 ⽤頻譜，先借⽤頻譜使⽤率較低的區域。 (c) 若邊緣區的頻譜不⾜則將中央區原本所使⽤的頻段分為 A1、A2、A3三等分(如圖 22)，邊緣區 則使⽤相對應的頻段(B、C、D)。若是全區不⾜，則根據頻譜使⽤率來分配頻段。實際計算時，會 先將全頻段的剩餘部份歸給中央區，再計算外圍區是否有頻譜不⾜的情形。由於中央區所能分給 邊緣區的頻段最多為原本中⼼頻段的三分之⼀，若外圍區所需頻譜量超過也只能以此為上限。

圖 23：頻譜分配計算式 (d) 在中⼼區計算出所有剩餘頻譜後則統計其它外圍區所需要的頻譜量。若”中央區所需使⽤的頻 譜量”加上”外圍區所需的頻譜量”⼤於”⽬前中央頻譜量”，則優先讓中央區的 UE 使⽤頻譜，外圍 所要求的頻段到最後才會分配，若有剩餘頻譜則再分給外圍不⾜的區域。因此頻譜不⾜的外圍區 只能使⽤原本⾃⼰的頻譜(若得到分配也會處於”頻譜不⾜”的狀態)。中央區則使⽤⾃⾝頻譜與外圍 區借來的頻譜。若”中央區所需頻譜數量”加上”外圍區所需頻譜數量”⼩於”⽬前中央區頻譜的數量” 則優先將頻譜分配給外圍區，中央區則使⽤剩餘頻譜。剩下的頻譜若是屬於外圍區的頻譜則全數 還給該外圍區。此⽅法在外圍區有多餘頻譜時，能間接借給其它外圍頻譜不⾜的區域。由於外圍 區直接將頻譜借⽤給其它外圍區會造成頻譜重疊並產⽣⼲擾，因此必須讓中央區使⽤外圍區多餘 的頻段。 3. 在分配所有 BS 的頻譜時，分配 BS UE 頻譜的⽅式為從左⾄右，分配 D2D UE 頻譜的⽅式為由右⾄ 左(圖 24)。此⽅法的優點是盡可能避免 BS UE 與 D2D UE 所使⽤的頻譜重複使⽤。若 BS UE 與 D2D UE使⽤到同⼀段頻譜，BS UE 會優先考慮使⽤ D2D UE 使⽤機率較低的頻段；反之 D2D UE 也會 優先使⽤ BS UE 使⽤機率較低的頻段。 圖 24：⼦載波排程⽅向

4. BS和 RS 根據分別得知與 UE 的距離，可透過交叉⽐對得到 UE ⼤致上的位置。舉例來說，同⼀個 cell中的 BS 和 RS，兩者距離 1000 公尺，中央區半徑範圍為 500 公尺，外圍區半徑範圍為 500 公 尺。若 UE 距離 BS 與 RS 均為 500 公尺，則可知 UE 位於中央區與外圍區的交界處。若距離 BS 1500 公尺，距離 RS 500 公尺，則可知 UE 正處於 cell 的邊緣部分。 圖 25：頻譜不同的交界處為邊界區域 5. 得知 D2D UE 的位置資訊後，開始分配 D2D UE 所使⽤的頻譜。D2D UE 優先使⽤正交的頻譜，假

定中央區所使⽤的頻段為 A(內部再細分為 A1、A2、A3)，外圍區分為 B、C、D。在中央區 D2D UE

與在邊緣區交界處，使⽤正交頻譜可能會產⽣⼲擾。舉例來說，在未進⾏動態調整頻譜時，中央區 的 D2D UE 可使⽤ B、C、D 正交頻譜，雖然 D2D 傳輸功率較低，但在與 B 區交界處使⽤ B 頻譜 可能會產⽣⼲擾，因此可優先在相鄰 B 邊界區分配 C、D 的頻譜給 D2D UE。以此類推，與 C 相鄰 的區域分配 B、D 頻譜給 D2D UE，與 D 相鄰的區域分配 B、C 頻譜給 D2D UE。⽽在外圍區的部 份，同個 cell 在外圍區的交界處，B 與 C 交界處就優先分配 D 頻譜，B 與 D 交界處就優先分配 C 頻譜，C 與 D 交界處就優先分配 B 頻譜，在外圍區與不同 cell 的交界處也是以此原則分配。若以 動態分配，則觀察兩邊區域所使⽤的頻譜，分配給交界處 D2D UE 的頻譜不能與此兩區域重疊。若 是給 D2D UE 的頻譜仍不夠，再考慮使⽤ BS UE 所剩餘的頻譜。最後才使⽤本區域 BS UE 的頻譜，

不過需要額外偵測使⽤此頻譜的 BS UE 位置，⾜夠遠才能分配給 D2D UE 使⽤。 6. 經過⼀段時間後，或當某區域頻譜不⾜，則再次進⾏動態頻譜分配。在動態頻率重⽤的環境下進⾏ D2D 傳輸，可視 UE 多寡來分配頻譜，增加頻譜使⽤效率，進⽽增加 throughput。本計劃針對 UE 較多的環境⽐較動態與靜態頻率重⽤的差別。 我們的⽅法能將中⼼區的頻譜外借，以提⾼ D2D 所能使⽤的頻譜；與 SFR 相⽐也較能讓外圍區的 BS UE 使⽤更多的頻譜。相較於[8,9]，我們的⽅法考慮單純使⽤正交頻譜所造成邊緣的⼲擾，並進⾏動態頻 率調整，能再進⼀步降低⼲擾並提升頻譜使⽤率。在[8]所提到的⽅法中，作者提出 D2D 在 FFR 環境 下所分配的頻譜為正交頻譜，若使⽤ BS UE 剩餘頻譜，會影響原本使⽤ BS 的 UE，使⽤正交頻譜能降 低該區的⼲擾以提⾼系統效能。然⽽在 FFR 的環境下，會有靜態頻率重⽤的缺點，若是使⽤ BS 的 UE 集中在 FFR 的中央區域，FFR 也無法重新進⾏頻譜分配，讓中央區使⽤外圍區閒置的頻段。[9]所提出 的⽅法還有另外⼀個缺點，在邊緣區使⽤ D2D 傳輸可能會造成⼲擾。舉例來說，D2D UE 若是在外圍 區，所使⽤的正交頻譜同時也包含中央區的頻譜，因此有可能對中央區使⽤ BS 的 UE 產⽣⼲擾。若是 要在動態頻率重⽤的環境下使⽤ D2D 傳輸，D2D UE 不能直接使⽤與該區正交的頻段，因為頻段會隨 著 UE 需求⽽變動。因此若直接分配給該區域正交的頻譜給 D2D 使⽤，該頻段可能會與該區的 BS UE 所使⽤的頻段重疊。因此，分配給 D2D 的頻段需要由 BS 控制以確保正交性。換⾔之 D2D UE 在會對 其它 UE 造成較⼤⼲擾的時候需要改變現有使⽤的頻譜。由於在 FFR 的情形下，若有許多 UE 集中在 某⼀區域，也無法調整頻譜以滿⾜使⽤者需求，因此期望能在動態頻率重⽤的環境中研究 D2D 的傳輸 ⽅式。 4. 實驗與模擬

我們介紹階層式群集多點協作傳輸強化 downlink 傳輸效能的實驗模擬與其結果。模擬環境為都市環 境，細胞內的 UE 隨機佈置。整體頻帶為 20MHz，每個單載波佔 12kHz，18 個單載波在⼀個 slot 時間 單位即為⼀個 Resource Block。在同⼀ slot 時間內共有 25 個可⽤的 Resource Block。每個傳輸時間間隔

(TTI)包含兩個 slot，共佔 1ms。整個模擬環境由 19 個細胞所組成，⼀個細胞可分成三個扇形區，⼀個

扇形區佈建兩個⼩型中繼站，共計 19 個基地台、114 個⼩型中繼站。在實驗模擬中，本論⽂所提出的 演算法以 HACC (Hierarchical Adaptive Clustering for CoMP)代稱，分別與不採⽤ CoMP 傳輸(以 non-CoMP表⽰)、傳統 CoMP 傳輸(以 network-defined 表⽰)以及 Li [12]所提出之動態的 CoMP 傳輸模 式等⽅法⽐較。在動態 CoMP 傳輸的模擬實驗⽅⾯，根據 CoMP 叢集規模⼤⼩，訂定⼀個叢集最多由 三個或六個扇形區所組成，觀察 CoMP 傳輸叢集⼤⼩與 CoMP 傳輸效益之關聯。本論⽂所提出的動態

CoMP傳輸演算法分以 HACC3 及 HACC6 表⽰，Li [12]所提出的動態 CoMP 傳輸演算法以 DC3、DC6

表⽰。圖 26 顯⽰系統整體共 19 個細胞內所有使⽤者的平均 throughput，以⼀個細胞內 30 個 UE 為例， non-CoMP、network-defined、DC3、HACC3、DC6、HACC6 六種模擬情境的 throughput 分別為 17、 19.4、20.3、21.06、21.05、21.09 Mbps。由實驗結果發現，未使⽤ CoMP 傳輸之使⽤者的 throughput 明顯低於使⽤ CoMP 傳輸的 throughput，⽽動態的 CoMP 傳輸效益⼜⽐靜態的 CoMP 傳輸效益來的⾼。 此外，可發現無論是本論⽂所提出的動態 CoMP 傳輸演算法(HACC3、HACC6)或 Li [12]所提出的動態

CoMP傳輸演算法(DC3、DC6)，皆是以六個扇形區為叢集⼤⼩上限之架構。其 throughput ⽐以最多三

個扇形區組成叢集之架構的 throughput ⾼。

圖 27 顯⽰系統整體共 19 個細胞內位於細胞邊緣使⽤者的平均 throughput。以⼀個細胞內 30 個 UE 為例，non-CoMP、network-defined、DC3、HACC3、DC6、HACC6 六種模擬情境的 throughput 分別為

0.33、0.39、0.42、0.45、0.474、0.49Mbps。實驗結果顯⽰，未使⽤ CoMP 傳輸之位於細胞邊緣使⽤者

的 throughput 明顯低於使⽤ CoMP 傳輸之使⽤者的 throughput。使⽤動態 CoMP 的傳輸效益⼜⽐靜態

CoMP 的傳輸效益來的⾼。這是因為使⽤動態 CoMP 叢集演算法在規劃叢集架構時會考慮當前細胞邊 緣使⽤者的分布與需求。 圖 27：細胞邊緣使⽤者之 throughput ⽐較(30UEs/cell) 我們所提出之 HACC3 及 HACC6 兩者演算法的叢集⽣成複雜度約略相當。當基地台收集範圍內邊 緣使⽤者資訊後，只需將相關資訊交由 TCH ⽣成叢集，並⾮基地台主動與相鄰基地台⼀⼀溝通⽣成合 作叢集。HACC6 與 DC3 相⽐，除了最⼤叢集規模增加，複雜度卻沒有⼤幅增加，與 DC6 的基地台間 溝通訊號明顯驟增不同。實驗結果顯⽰當有 30 個 UEs 時，HACC3 優於 DC3 7% (表 I)，HACC6 分別 優於 DC3 (16%)及 DC6 (3%) (表 II)。 表 I HACC3與 DC3 相⽐於細胞邊緣使⽤者 throughput 30 UEs Enhancement HACC3 0.45 Mbps 1 DC3 0.42 Mbps 7%

表 II HACC6與 DC3、DC6 相⽐於細胞邊緣使⽤者 throughput 30 UEs Enhancement HACC6 0.49 Mbps 1 DC3 0.42 Mbps 16% DC6 0.474 Mbps 3%

(

三) 結論

本研究提出適⽤於 LTE macrocell 及 femtocell 的動態頻率重⽤技術，根據 sector 間的⼈數(負載量)，動 態調整頻譜以協助當某些 sector ⼈數特別集中，或選擇幫助位於 cell edge 的使⽤者。此外，因為多個 相鄰的 cell sector 可能使⽤相同頻率發送訊號，我們利⽤保留區間來避免 cell sector 之間的⼲擾。⼜在

cell outside設定當頻譜分配完後仍有剩餘時，可將多餘頻譜盡量借給 cell center。我們再搭配改良後之

多點協作傳輸的「多點聯合處理」與「協調式排程/波束成型」技術，並利⽤多天線輸出輸⼊通道技術 來加強傳輸效能。我們所提出之階層式群集為基礎之多點協作傳輸乃透過調適性的 CoMP 傳輸叢集演 算法，觀察細胞邊緣使⽤者分布的密集程度，以細胞邊緣使⽤者最多的扇形區為中⼼，尋找相鄰扇形 區以組成傳輸叢集。在分組過程中，透過中央控制中⼼與分層的叢集管理，能結合集中式與分散式系 統之優點，快速掌握服務區內使⽤者的分布與需求，形成 CoMP 傳輸叢集，並維持系統內叢集不重疊。 透過動態協調多個基地台以互相調整訊號，將來⾃其它基地台的⼲擾轉成對細胞邊緣有⽤的訊號，以 達到最佳的傳輸效能

參考⽂獻

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5. Siemens,“Interference Mitigation by Partial Frequency Reuse,” 3GPP TSG-RAN WG1 Meeting #44, R1-060670,February 2006.

6. Poongup Lee, Taeyoung Lee, Jangkeun Jeong, and Jitae Shin," Interference Management in LTE Femtocell Systems Using Fractional Frequency Reuse" Feb. 7-10 2010, ICACT 2010.

7. N. Saquib, E. Hossain, and D. I. Kim, “Fractional Frequency Reuse for Interference Management in LTE-Advanced HetNets,” IEEE Wireless Commun., vol. 20, pp. 113-122, Apr. 2013.

8. C. Hyang Sin, et al., “Radio Resource Allocation Scheme for Device-to-Device Communication in Cellular Networks using Fractional Frequency Reuse,” in Communications (APCC), 2011 17th

Asia-Pacific Conference on, 2011, pp. 58-62.

9. P. Bao, et al., “Novel Frequency Reusing Scheme for Interference Mitigation in D2D Uplink Underlaying Networks,” Wireless Communications and Mobile Computing Conference (IWCMC), 2013 9th

International, 1-5 July 2013, pp. 491-496.

10. G. Fodor, et al., “Design Aspects of Network Assisted D2D Communications,” IEEE Commun. Mag., Mar. 2012, pp. 170–77.

11. Ralf Weber, Andrea Garavaglia, Matthias Schulist, Stefan Brueck, and Armin Dekorsy, “Self-Organizing Adaptive Clustering for Cooperative Multipoint Transmission,” 2011 IEEE 73rd Vehicular Technology

Conference (VTC Spring), pp. 1-5, 2011.

12. Hongbin Li, Hui Tian, Cheng Qin, and Yushan Pei, “A Novel Distributed Cluster Combination Method for CoMP in LTE-A system,” 2012 IEEE 15th International Symposium on Wireless Personal

Multimedia Communications (WPMC), pp. 614-618, 2012.

13. Huan Sun, Xiaobo Zhang, and Wei Fang, “Dynamic Cell Clustering Design for Realistic Coordinated Multipoint Downlink Transmission,” 2011 IEEE 22nd International Symposium on Personal Indoor and

研究成果論⽂發表

1. Hung-Chin Jang and Po-Yen Huang,“Adaptive Energy Saving Strategy for LTE-Advanced Networks,” The Seventh International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN 2015), Sapporo, Japan, July 7-10, 2015. (EI)

2. Hung-Chin Jang and Wei-Di Weng, “Interference Management using Frequency Reuse and CoMP for LTE-Advanced Networks,” The Seventh International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN 2015), Sapporo, Japan, July 7-10, 2015. (EI)

3. Hung-Chin Jang and Chung-Yi Wang, “Optimal Resource Allocation Using Frequency Reuse for LTE-Advanced Relay Network,”Mobile Computing 2000 The 20th Mobile Computing Workshop (MC2015), Nantou, Taiwan, August 25-26, 2015.

4. Hung-Chin Jang, Wei-Di Weng, Hsin-Ju Tsai, “Using Dynamic Frequency Reuse and Hierarchical Clustering based CoMP to Enhance Transmission Effectiveness for LTE-Advanced,” 2015 National Symposium on Telecommunications (NST2015), Taoyuan, Taiwan, Nov. 26-27, 2015.

5. Hung-Chin Jang and Hsin-Ju Tsai, “Hierarchical Adaptive Clustering for CoMP in LTE-Advanced Downlink Transmission,” 2015 National Computer Symposium (NCS 2015), Pingtung, Taiwan, Dec. 18-19, 2015.

科技部補助專題研究計畫執⾏國際合作與移地研究⼼得報告

⼀、 執⾏移地研究過程

物聯網技術是近幾年興起的⼀種新的聯網模式，因為其對社會經濟發展的巨⼤影響與推動作⽤受到政 府、企業、研究及教育等多個領域的⾼度重視；安徽省也先後有近 20 所⾼校設置了物聯網⼯程專業， 促進了物聯網⼯程專業的發展，為安徽的社會經濟發展提供更好的服務。 皖台物聯網研討會是由皖台兩地教育界、學術界及企業界等多個機構共同發起並組織的每年⼀次的系 列會議，是⼀個⾼⽔平的交流平台，旨在充分發揮兩岸各⾃的優勢，為從事物聯網相關⼯作的研究⼈ 員、教育⼯作者及企業⼈⼠提供⼀個⾼⽔平的學術與技術交流平台，並促進皖台學術界、教育界及產 業界在物聯網研究與應⽤⽅⾯的合作與交流，促進皖台在應⽤技術⼈才及職業⼈才培養⽅⾯的合作與 交流。

計畫編號

MOST 103

－2221－E－004－012－

計畫名稱

LTE-Advanced

中利⽤動態頻率重⽤及階層式群集多點協作以提升傳

輸效能之研究

出國⼈員

姓名

張宏慶

服務機

構及職

稱

國⽴政治⼤學資訊科學系

出國時間

104

年 7 ⽉ 12 ⽇⾄

104

年 7 ⽉ 14 ⽇

出國地

點

中國安徽省滁州

出國研究

⽬的

□

實驗 □⽥野調查 □採集樣本 □國際合作研究 □使⽤國外研究設施

皖台物聯網研討會由滁州學院、淡江⼤學等多所⼤學共同發起的⼀個⾼⽔平的學術交流平台，⾸屆會 議已經於 2014 年 8 ⽉ 18 ⽇⾄ 20 ⽇在台灣淡江⼤學成功舉⾏。 2015 年第⼆屆會議於 7 ⽉ 12 ⽇⾄ 7 ⽉ 14 ⽇在安徽滁州召開，會議中邀請國際知名物聯網專家舉辦⾼⽔平學術講座，並圍繞物聯網及無線 傳感器網絡研究與應⽤、應⽤型⼈才培養模式改⾰、基於 MOOCs 的課程教學改⾰及皖台⾼校合作交 流等多個主題進⾏專題研討。 會議主題主要包括以下幾個⽅⾯： 1. 物聯網理論基礎、體系結構及服務提供機制 2. 物聯網在安全、農業及⽼⼈健康關照等領域中的應⽤ 3. 無線傳感器網絡應⽤ 4. 雲計算與⼤數據 5. 基於 MOOCs 的課程教學 6. 物聯網專業⼈才培養模式 7. _{物聯網專業實踐教學體系} 8. 兩岸物聯網研究及⼈才培養的合作與交流 9. 兩岸信息化系統合作與交流

此次研討會專業內容⼗分紮實，⼀共有⼗場 Keynote Speech 及 33 篇論⽂發表，其中 Keynote Speech 由 兩岸及美國、⽇本專家學者主講，演講內容如下：

1. 宜蘭⼤學校⾧趙涵捷教授：Towards 5G Mobile Communication Technology

2. ⼤陸清華⼤學林闖教授：電腦系統和網路的性能評價

3. _{臺灣清華⼤學許健平教授：物聯網與穿戴式裝置應⽤}

4. Illinois Institute of Technology 李向陽教授:Internet of Things: Sensor Networking, RFID and Beyond 5. 美國 Rutgers ⼤學張燕詠教授:WellMon: Wellness Monitoring for Old People through Unobtrusive

Methods

6. ⽇本函館未來⼤學/滁州學院姜曉鴻教授：Data Center Network (DCN) Vulnerability under Region Failure

淡江⼤學張志勇教授：The opportunities and challenges from the Perspective of IoTs，Cloud computing and Big data

7. ⼤陸清華⼤學⾺強副教授：基於感測器的⼿機應⽤探討

8. 程曦集團張榮貴總經理：雲端及物聯網新世代的客⼾服務變⾰

9. 東 華 ⼤ 學 吳 秀 陽 教 授 :Dynamic Aggregate: An Elastic Framework for QoS-Aware Distributed Processing of RFID Data on Enterprise Hierarchy

10. 滁州學院楊斌博⼠：物聯網中的 D2D 通信

第⼆屆皖台物聯網研討會會議議程

2、臺灣宜蘭⼤學校⾧趙涵捷教授：Towards 5G Mobile Communication Technology (40 分鐘） 主持⼈：顧乃傑教授 3、清華⼤學林闖教授：電腦系統和網路的性能評價(40 分鐘） 主持⼈：吳先良教授 4、臺灣清華⼤學許健平教授：物聯網與穿戴式裝置應⽤（40 分鐘） 主持⼈：姜曉鴻教授

5、美國 Illinois Institute of Technology (IIT)⼤學李向陽教授:Internet of Things: Sensor Networking, RFID and Beyond (40 分鐘） 主持⼈：熊焰教授 (⼆)7 ⽉ 13 ⽇下午(14:20-18:00) 地點：滁州學院會峰校區⾏政樓⼆樓報告廳 參加⼈員：全體參會代表 第⼀階段(14:20-16:20)：主題報告

1、美國 Rutgers ⼤學張燕詠教授:WellMon: Wellness Monitoring for Old People through Unobtrusive Methods (30 分鐘）

主持⼈：陳宗禧教授

2、⽇本函館未來⼤學/滁州學院姜曉鴻教授：Data Center Network (DCN) Vulnerability under Region Failure (30分鐘)

3、臺灣淡江⼤學張志勇教授：The opportunities and challenges from the Perspective of IoTs，Cloud computing and Big data (30 分鐘）

主持⼈：羅永⿓教授 4、清華⼤學⾺強副教授：基於感測器的⼿機應⽤探討(30 分鐘） 主持⼈：吳⾦雄教授 茶歇(16:20-16:30) 第⼆階段(16:30-18:00)：主題報告 5、臺灣張榮貴總經理：雲端及物聯網新世代的客⼾服務變⾰(30 分鐘） 主持⼈：蘇本躍教授

6、臺灣東華⼤學吳秀陽教授:Dynamic Aggregate: An Elastic Framework for QoS-Aware Distributed Processing of RFID Data on Enterprise Hierarchy (30分鐘)

主持⼈：張宏慶教授 7、滁州學院楊斌博⼠：物聯網中的 D2D 通信(30 分鐘） 主持⼈：吳世琳教授 (三) 7 ⽉ 14 ⽇上午（8:30-12:00） 第⼀階段(8:30-10:00) 分會場⼀：物聯網專業建設與教學改⾰論壇

地點：滁州學院⾏政樓⼆樓報告廳 主持⼈：⽅群教授 1、臺灣中央⼤學楊鎮華教授：臺灣 MOOCs 課程發展現況與展望(30 分鐘) 2、中國⼈民⼤學楊⼩平教授：教育資源分享平臺建設(20 分鐘) 3、臺灣淡江⼤學郭經華教授：2015 MOOCs/SPOCs 的挑戰與契機(20 分鐘) 4、臺灣清華⼤學楊叔卿教授：清華⼤學 MOOCs 建設情況(20 分鐘) 分會場⼆：皖台物聯網中⼼發展論壇 地點：滁州學院會峰校區信息樓 參加⼈員：部分參會代表，另⾏徵求意⾒後通知。 1、物聯網專業實驗室建設 主持⼈：陳桂林教授 2、皖台物聯網中⼼⼯作計畫討論 主持⼈：張志勇教授 第⼆階段(10:20-12:00)：兩岸⾼校互動與交流發⾔ 主持⼈：郭經華教授

⼆、研究成果

三、建議

建議政府未來多編列充⾜預算，⿎勵國內學者有更多機會與對岸產官學界物聯網的研

發團隊及學校有交流的機會。

四、本次出國若屬國際合作研究，雙⽅合作性質係屬：(可複選)

□

分⼯收集研究資料

□

交換分析實驗或調查結果

□

共同執⾏理論建⽴模式並驗証

□

共同執⾏歸納與⽐較分析

□

元件或產品分⼯研發

□

其他 (請填寫) _______

1

科技部補助專題研究計畫出席國際學術會議⼼得報告

⽇期：105 年 3 ⽉ 4 ⽇

⼀、參加會議經過

本⼈於 104 年 7 ⽉ 7 ⽇⾄ 7 ⽉ 10 ⽇參加由 IEEE、IEEE Communications Society、IEICE Communications Society、Springer 及 KICS 等單位主辦，在⽇本北海道札幌市舉辦的

The Seventh International

Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN 2015)

在 此 次 會 議 中 ， 本 ⼈ 有 兩 篇 論 ⽂ 報 告 ， 論 ⽂ 題 ⽬ ⼀ 為 Adaptive Energy Saving Strategy for

計畫編號

MOST 103

－2221－E－004－012－

計畫名稱

LTE-Advanced

中利⽤動態頻率重⽤及階層式群集多點協作以提升傳

輸效能之研究

出國⼈員

姓名

張宏慶

服務機構

及職稱

國⽴政治⼤學資訊科學系

會議時間

104

年 7 ⽉ 7 ⽇⾄

104

年 7 ⽉ 10 ⽇

會議地點

⽇本北海道札幌市

會議名稱

(

中⽂) 第七屆普適及未來網絡國際研討會

(

英⽂) The Seventh International Conference on Ubiquitous and Future

Networks (ICUFN 2015)

發表題⽬

(a)

利⽤頻率複⽤和協調多點於 LTE-Advanced 網路的⼲擾管理

Interference Management using Frequency Reuse and CoMP for

LTE-Advanced Networks

(b) LTE-Advanced

網路的調適性節能策略

2

LTE-Advanced Networks，另⼀為 Interference Management using Frequency Reuse and CoMP for LTE-Advanced Networks。此次會議有兩場 Keynote Speech，分別由 Prof. Ramjee Prasad (Aalborg Univ., Denmark)及 Prof. Hiroyuki Morikawa (The University of Tokyo, Japan)主講。