Performance Evaluation of Capacity Based CoMP

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1 Performance Evaluation of Capacity Based CoMP
4/24/2019 Performance Evaluation of Capacity Based CoMP Handover Algorithm for LTE-Advanced 報告人：李家瑜　MA490202 班級：碩資管一甲 指導老師：陳偉業老師 老師，各位同學大家好， 我是資管一甲的李家瑜，我要報告的主題是評估在LTE-A系統下基於容量的CoMP切換算法。 Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC), th International Symposium on Cheng-Chung Lin, Kumbesan Sandrasegaran, Xinning Zhu, and Zhuliang Xu Faculty of Engineering and Information Technology University of Technology Sydney, Australia

2 報告大綱 關於LTE-A 基於容量的CoMP切換算法 與一般CoMP切換算法的比較 結論 首先是我今天報告的大鋼，

3 關於LTE-A(1/2) LTE（Long Term Evolution）
是由3GPP（3rd Generation Partnership Project）於2009年發布的。 3GPP針對LTE系統進行強化， 提出了LTE-A（Long Term Evolution – Advanced）， 並於2010年成為國際電信聯盟正式核可的4G（4th Generation）技術。 隨著行動用戶的人口逐漸增加，網路傳輸需求持續成長。 LTE是由3GPP於2009年發布的， 而為了因應國際電信聯盟新世代行動通信系統需求，3GPP針對LTE系統進行強化，提出了LTE-A，是LTE標準的一個重大改進， 並於2010年成為國際電信聯盟正式核可的4G技術。 1

4 關於LTE-A(2/2) 提供高達1Gbps的下行鏈路跟500Mbps的上行鏈路。
正交分頻多工存取(Orthogonal Frequency Division Multiple Access,OFDMA) 正交頻分複用技術(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM) 單載波分頻多工 (Single-carrier Frequency-division Multiple Access,SC-FDMA) LTE-A實現了更高的數據速率，提供高達1Gbps的下行鏈路跟500Mbps的上行鏈路， LTE-A的下行鏈路是使用OFDMA也就是正交分頻多工存取，這是OFDM的變體，而上行鏈路則是使用SC-FDMA單載波分頻多工。 2

5 LTE-A的下行鏈路 最小傳輸單元 資源塊(Resource Blocks, RB)
可以分配給一個使用者設備(User Equipment,UE)的最小資源單位 RB = 12個子載波且持續一個時槽的時間 || 在LTE-A系統的下行鏈路中，最小傳輸單元是一對的RB，也就是資源塊，這是指可以分配給一個使用者設備的最小資源單位， 一個RB它包含了12個子載波且持續一個時槽的時間， 一個時槽持續0.5毫秒， 而每個子載波為15kHz，因此12個子載波等於占據了180kHz的頻寬。 0.5毫秒 1個子載波 = 15kHz X12 = 180kHz 3

6 LTE-A無線電架構 數據封包網路閘道器 行動管理裝置 服務閘道器 演進節點B (Evolved Node B,eNB) 4
(Packet Data Network Gateway, PDN-GW) 行動管理裝置 （Mobility Management Entity, MME） 服務閘道器 （Serving Gateway, S-GW） 接著這是LTE-A的無線電架構圖，它是由演進節點B、行動管理裝置還有服務閘道器和數據封包網路閘道器所組成的。 eNB是負責連接用戶手機和行動電話網路之間的硬體設備，是無線基地站負責執行所有無線電接口有關的功能，例如分組調度、切換機制等。 MME為核心網路的管理者，它負責UE的移動性、身分認證及安全性等管理。 S-GW是執行用戶平面訊息交換與用戶封包繞送。 PDN-GW是負責配合配置一個IP位址給用戶端手機。 在這邊核心網路會執行限制流量來防止用戶超出其協議的資料封包流量，下行的流量控制就是由S-GW或PDN-GW負責，上行的流量則是由基地台控制。 基地台之間可以經由X2介面交換訊息與傳輸用戶封包，而基地台與核心網路的演進封包核心之間則有S1介面分別與S-GW和MME相連。 演進節點B (Evolved Node B,eNB) 4

7 LTE-A的主要功能 1.載波聚合（Carrier Aggregation,CA） 2.下行鏈路和上行鏈路空間複用的增強
3.多點協調接取合作傳輸（Coordinated Multipoint,CoMP） 4.中繼節點 5.異質網路干擾協調技術 改善細胞邊緣的吞吐量和系統吞吐量。 1.聯合處理模式（Joint Processing,JP） 2.協調排程/協調波束形成（Coordinated Scheduling/Beamforming, CS/CB） LTE-A的主要功能包含了載波聚合、下行鏈路和上行鏈路空間複用的增強以及多點協調接取合作傳輸和中繼節點和異質網路干擾協調技術。 CoMP是在LTE-A中的關鍵技術，主要是改善細胞邊緣的吞吐量和系統吞吐量。而CoMP技術主要可以分為聯合處理模式跟協調排程/協調波束形成兩種模式。 聯合處理模式是傳輸給用戶的資料分佈在整個CoMP 協作集合中的每一個傳輸節點，而CS/CB是傳輸給用戶的資料只分佈在主服務區傳輸細胞/基站。 5

8 越區切換 硬越區切換 軟越區切換 是從一個正在進行呼叫或會話過程中，從一個基地轉到另一個基地。 是從一個扇區到同一個基地內的另一個扇區。 6
越區切換分為硬越區切換和軟越區切換， 硬越區切換是從一個正在進行呼叫或會話過程中，從一個基地轉到另一個基地， 軟越區切換則是從一個扇區到同一個基地內的另一個扇區。 也就是一個是不同基地的切換，另一個則是在同一個基地內進行切換 在LTE-A系統中是採用硬越區切換。 6

9 基於容量的CoMP切換算法(1/4) 1.服務小區、2.CoMP測量集、3.CoMP協作集、4.CoMP傳輸集
負責做出切換判決，並且保持每個UE與網路的連接， 另外任何時候一個UE只能連接到一個服務小區。 是一組單元，是UE進行週期性的信道狀態信息測量的小區集合。 （CoMP coordinating set,CCS） 是直接或間接參與物理下行共享信道信息傳輸的協作小區集合。 （CoMP transmission points,CTP） 是將數據信息直接傳輸給UE的小區集合。 基於容量的CoMP切換算法有四個要素：服務小區、CoMP測量集、CoMP協作集(CoMP coordinating set,CCS)、CoMP傳輸集(CoMP transmission points,CTP)。  服務小區負責做出切換判決，並且保持每個UE與網路的連接，另外任何時候一個UE只能連接到一個服務小區。  CoMP測量集是一組單元，是UE進行週期性的信道狀態信息測量的小區集合。  CCS是直接或間接參與物理下行共享信道信息傳輸的協作小區集合。 CTP是將數據信息直接傳輸給UE的小區集合。 7

10 基於容量的CoMP切換算法(2/4) 1.切換界限（Handover Margin,HOM）
2.觸發時間（Time To Trigger,TTT） 3.測量週期 4.RB利用值 HOM是代表服務小區和目標小區之間 參考信號接收功率(Reference Signal Receiving Power,RSRP)的差值， 幫助識別行動可以交給最適合的目標小區。 基於容量的CoMP切換算法還包含4個變量：切換界限、觸發時間、測量週期和RB利用值。 切換界限是代表服務小區和目標小區之間RSRP的差值，主要是幫助識別行動可以交給最適合的目標小區。 切換界限和觸發時間的組合可以防止不必要的切換，也就是如果同時滿足HOM跟TTT的條件可以防止所謂的兵乓效應的產生。 而測量週期是週期性檢查切換條件的時間。 測量週期是週期性檢查切換條件的時間。 8

11 基於容量的CoMP切換算法(3/4) Rbutilizationc＝RBusedc (t)/ RBmaxc (t)
一個RB利用值是計算總使用RB的比例，並描述細胞容量的當前狀態。 Rbutilizationc＝RBusedc (t)/ RBmaxc (t) RBusedc (t)表示全部RB在時間t被用於細胞c RBmaxc (t)表示小區在時間t的總資源c 一個RB利用值是計算總使用RB的比例，並描述細胞容量的當前狀態。可以用這個公式來表示 RBusedc (t)表示全部RB在時間T被用於細胞C RBmaxc (t)表示小區在時間T的總資源C 較高的RB利用值會變成飽和狀態 9

12 基於容量的CoMP切換算法(4/4) RSRPT_CTP>RSRPS +HOM
當UE與服務小區連接後，切換算法就會開始進行小區選擇或重新選擇。 UE會從測量組接收到RSRP測量值，並將測量結果回報給服務小區。 選取RSRP 最大的小區作為目標小區，判斷該小區在整個TTT內是否滿足 RSRPT_CTP>RSRPS +HOM 服務小區要求原CoMP傳輸集內所有小區取消當前的數據傳輸， 並向UE發送切換命令，指示UE切換到目標小區即新的服務小區， 接著UE就會斷開與原服務小區的連接，然後與新服務小區保持連接。 當UE與服務小區連接後，切換算法就會開始進行小區選擇或重新選擇。 UE會從測量組接收到的RSRP測量值，並將測量結果回報給服務小區。 選取RSRP 最大的小區作為目標小區，判斷該小區在整個TTT內是否滿足這個公式， 若滿足將觸發切換，服務小區要求原CoMP傳輸集內所有小區取消當前的數據傳輸， 並向UE發送切換命令，指示UE切換到目標小區即新的服務小區， 接著UE就會斷開與原服務小區的連接，然後與新服務小區保持連接； 若不滿足公式，CoMP傳輸集開始向UE傳輸數據，直到下一個測量週期過期。 那在這個公式中RSRPT_CTP是代表CoMP傳輸集中 RSRP最大的小區也就是目標小區 RSRP的值 而RSRPS是服務小區的RSRP值 這個算法通過了CoMP協作集和CoMP傳輸集的兩重優選，先後考慮了小區RB利用值、RSRP、RSRQ等， 確保最後切換後的小區既有較小的負載又有較強的信號強度和比較好的信號質量 CoMP傳輸集開始向UE傳輸數據，直到下一個測量週期過期。 10

13 兩種切換算法比較(1/3) 11 這張圖是基於容量的CoMP切換算法和一般CoMP切換算法的吞吐量數據圖
可以看到在15個用戶數的時候，黑色的是13.16MB而灰色則是14.53MB 在30個用戶數的時候，黑色則是24.62MB，灰色是28.96MB， 之後不論是50、80還是100個用戶數，都明顯是灰色的吞吐量較高， 因為在基於容量的CoMP切換算法中用戶切換到的目標小區不僅具有較低的負載還有具有較強的信號強度和較好的信號質量， 而一般的CoMP切換算法只能保證目標小區有較強的信號強度而已。 11

14 兩種切換算法比較(2/3) 12 而這張圖是關於兩個切換算法的系統延遲，以毫秒為單位來看，
一樣灰色的是代表基於容量的CoMP切換算法，而黑色則是一般的CoMP切換算法， 在15個用戶數的時候，灰色的系統延遲僅有 毫秒而黑色的卻有 毫秒， 接著在30個用戶數的時候，灰色的系統延遲為 毫秒，黑色的則是 毫秒， 很明顯可以看到說基於容量的CoMP切換算法的系統延遲時間比一般的CoMP切換算法來的短， 這是因為基於容量的CoMP切換算法它透過UE做決策時移交到較低的飽和單元的關係，減少了系統延遲。 12

15 兩種切換算法比較(3/3) 13 最後這張圖是兩個切換算法在一個的時段內移交的數量， 在15個用戶數的時候，兩個切換算法的數量都是12，
但是到30個用戶數的時候，灰色的移交數量為26個，但黑色的移交數量只有23個， 之後的50、80及100個用戶數也都是灰色的移交數量較多，。 這是因為透過安排UE會移交給較低的飽和單元，但也導致了很多的量被切換到多個小區重新選擇。 13

16 結論 基於容量的CoMP切換算法的目的是提高系統容量，以及確保無線資源 能在系統中有效的使用。
統吞吐量，並且減少系統延遲，但是有移交數目較高的副作用，因此還 需要想辦法改善這個問題。 14

17 參考文獻 戴玲玲、李橋、廖晨吟， LTE-A and Beyond 技術發展趨勢，2014 林明哲、高健育、謝東融、劉俊男、許仁源，
紀博文、林威志， 落實LTE競爭優勢　演進數據封包核心網扮推手，2010 郭昱賢、林盈達， LTE 架構、協定與效能，2011 黃崇榮、李大嵩， LTE-A標準規格升級　載波聚合技術角色吃重，2013 康桂华、周文波、齐 柏、黄铜娟， LTE-A 系统中基于多目标的 CoMP切换算法研究，2014

18 報告結束 感謝各位聆聽