CN104770040B - 用于波形选择和自适应的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了用于提供波形自适应的系统、方法和装置。在示例中，提供了一种方法用于确定多个候选波形，以及在所述候选波形中选择一个候选波形用于数据传输。可以根据一个或多个标准，例如所述发送设备的传输能力、所述接收设备的接收能力、所需峰值平均功率比(PAPR)特征、相邻信道干扰(ACI)拒绝要求、频谱局部化要求以及其它标准确定所述候选波形，可以根据流特征、应用类型等一个或多个波形选择标准选择为数据传输所选择的所述波形。

Description

用于波形选择和自适应的系统和方法
技术领域
本发明大体涉及无线通信，以及在特定实施例中，涉及选择用于携带无线信号的波形的技术。
背景技术
在现代无线网络中，单个波形类型通常用于上行链路通信以及下行链路通信。例如，第四代(4G)长期演进(LTE)网络利用正交频分多址接入(OFDMA)波形用于下行链路通信和单载波频分多址接入(SC-FMDA)波形用于上行链路通信。相反，4G演进高速下行分组接入(HSDPA+)网络利用码分多址接入(CDMA)波形进行上行链路和下行链路通信。由于每个波形都具有自身的优点/缺点，因此单个波形对于所有应用而言不是最佳。因此，使用单个波形限制了传统无线网络的性能。
发明内容
本发明的优选实施例描述了用于波形选择和自适应的系统和方法，从而大体实现技术上的优势。
根据实施例，提供了一种波形自适应的方法。在该示例中，所述方法包括建立在发送设备和接收设备之间延伸的无线链路；确定多个用于通过所述无线链路传输流的候选波形；根据波形选择标准在所述多个候选波形中选择一个候选波形；以及使用所述选择的候选波形通过所述无线链路传送所述流。还提供了用于根据该方法发送和接收所述流的装置。
根据另一实施例，提供了波形自适应的另一方法。在该示例中，所述方法包括接收来自发送点的授权请求。所述授权请求用于在无线网络的信道中传送流的资源。所述方法进一步包括在所述信道中建立无线链路；根据所述发送点的能力确定多个候选波形；根据所述流的流特征在所述多个候选波形中选择一个候选波形；发送授权响应，所述授权响应用于确定所述选择的候选波形；以及接收来自所述发送点的由所述选择的波形携带的传输。所述传输包括所述流。还提供了一种用于执行该方法的装置。
根据又一实施例，提供了波形自适应的另一方法。所述方法包括根据第一波形类型经由信道接收第一数据传输；以及根据第二波形类型经由所述信道接收第二数据传输。所述第二波形类型不同于所述第一波形类型，且第一数据传输通过不同于第一数据传输的所述信道的时频资源来接收。所述第一数据传输和所述第二数据传输包括至少一些未归类为信令或控制信息的数据。还提供了一种用于执行该方法的装置。
根据又一实施例，提供了波形自适应的另一方法。在该示例中，所述方法包括使用信道中的第一波形类型发送第一数据传输；以及使用所述信道中的第二波形类型发送第二数据传输。所述第二波形类型不同于所述第一波形类型，且所述第二数据传输通过不同于所述第一数据传输的所述信道的资源来发送。所述第一数据传输和所述第二数据传输包括至少一些未归类为信令或控制信息的数据。还提供了一种用于执行该方法的装置。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考以下结合附图进行的描述，其中：
图1示出了通信网络的图；
图2示出了用于执行波形自适应的方法的实施例；
图3示出了用于执行波形自适应的方法的另一实施例；
图4示出了用于执行多阶段波形自适应的部件的图；
图5示出了用于执行波形自适应的方法的另一实施例；以及
图6示出了通信设备的实施例的图。
除非另有指示，否则不同图中的对应标号和符号通常指代对应部分。绘制各图是为了清楚地说明优选实施例的相关方面，而未必是按比例绘制。
具体实施方式
下文将详细论述当前优选实施例的实施和使用。然而，应了解，本发明提供可在各种具体上下文中体现的许多适用的发明性概念。所论述的具体实施例仅仅说明用以实施和使用本发明的具体方式，而不限制本发明的范围。
如上所述，传统无线网络在整个网络周期中使用单个的、静态选择的波形。然而，单个波形不适用于所有情况/情形。借助于示例，OFDMA波形凭借频率选择性调度(FSS)展示相对较高的调度增益，这使得当无线信道状况很好时，OFDMA波形优于交织频分多址接入(IFDMA)波形。通过比较，IFDMA波形能够凭借它们的峰值平均功率比(PAPR)特征展示相对较低的带外(OOB)干扰，这使得当无线信道状况很差时，IFDMA波形能够优于OFDMA波形。其它类别的波形还展示了优缺点。例如，非正交波形提供了较高吞吐量，而正交波形需要较少的处理/计算能力(从而使它们进行发送和接收的负担较小)。作为使用单个的、静态选择的波形的结果，传统无线网络无法适应网络状况中的变化(例如，传输和接收状况、流负载、延迟要求等等)，从而导致效率低下和性能降低。因此，需要一种用于波形自适应的机制。
本发明的各个方面提供了一种用于根据网络状况和/或流要求在多个波形之间自适应调整的机制，以及一种用于在单个下行或上行信道中同时支持多个波形的架构。在实施例中，波形自适应包括根据UE和/或发送点(TP)的能力确定多个候选波形，和根据流特征或网络状况在这些候选波形中选择一个候选波形用于数据传输。在实施例中，通过为不同的波形调度或者预留不同的时频资源(例如，频带、时隙等)，不同的波形可在单个上行或下行信道中共存。
图1示出了用于传送数据的网络100。网络100包括具有覆盖区域112的发送点(TP)110、多个用户设备(UE)120和回程网络130。如上文所述，术语“发送点(TP)”可以指任何用于向另一设备发送无线信号的设备，包括UE、基站、增强型基站(eNB)、毫微微蜂窝基站等等。例如，TP可以是上行链路通信或设备到设备(D2D)通信中的UE。TP110可以是任何能够向UE120至125提供无线接入的部件。TP110通过特别是建立与UE120至125的上行链路连接(虚线)和/或下行链路连接(点线)提供无线接入。UE120至125可以是允许用户建立无线连接以访问回程网络130等网络的任何部件或部件集合。回程网络130可以是允许数据在TP110和远端(未示出)之间交换的任何部件或部件集合。在一些实施例中，网络100可以包括各种其它无线设备，例如中继设备和毫微微蜂窝基站等等。
图2示出了用于通过下行链路连接执行波形自适应的方法200的实施例。方法200开始于步骤210，在步骤210中，建立下行链路连接用于将流从TP携带至UE。接着，方法200前进到步骤220，在步骤220中，根据UE的接收和/或处理能力确定多个候选波形。在一些实施例中，UE的处理能力对应于执行复杂计算技术的能力(或无能力)，这些技术是处理特别是非正交波形可能需要的。在实施例中，步骤220还可考虑TP的传输和/或处理能力。接着，方法200前进到步骤230，在步骤230中，根据波形选择标准在这些候选波形中选择一个候选波形。在实施例中，波形选择标准可以包括流特征和/或应用类型。在相同或其它实施例中，波形选择标准可以包括相邻信道干扰(ACI)拒绝要求和/或频谱局部化要求。相邻信道干扰(ACI)是由来自相邻信道中的信号的外来功率导致的干扰。基于应用场景，可能需要不同水平的ACI拒绝。例如，为了利用两个占用的频谱之间的某些空隙，在空隙中进行发送的发射器不应对现有频谱产生额外泄露，并且因此应当更好地限制带外泄露。不同的波形可具有不同的频谱位置特征。频谱局部化可以指波形在邻近频带中生成干扰的倾向，并且可以是需要低信道间干扰的应用(例如，认知无线电)中的考虑因素。在一些实施例中，流特征涉及与待发送的数据的流类型相关联的延迟、QoS或可靠性约束。例如，如果流类型需要低延迟(例如，移动游戏)，则可以选择提供无授权接入(例如，CDMA)的波形。或者，如果流类型需要高可靠性或高带宽(例如，业务流、视频等等)，则可以选择提供基于授权的接入(例如，非CDAM等等)的波形。如上文所述，提供无授权接入的波形不需要发送点在发送数据之前将授权信息传送/用信号通知给接收设备，而提供基于授权的接入的波形需要发送点在发送数据之前将授权信息传送/用信号通知给接收设备。例如，基于竞争的接入信道(例如，随机接入信道)可以是无授权的，而TDMA信道可以是基于授权的。在选择波形之后，方法200前进到步骤240，在步骤240中，选择的波形用于经由下行链路连接将流传输到UE。尽管方法200可由任意网络部件在任何时间实施，但是其通常可在TP接收来自回程网络或另一UE的下行链路数据(例如，发往UE的数据)之后由TP执行。
图3示出了用于通过上行链路连接执行波形自适应的方法300的实施例。方法300开始于步骤310，在步骤310中，建立上行链路连接以将流从UE携带至TP。接着，方法300前进到步骤320，在步骤320中，根据UE的传输和/或处理能力确定多个候选波形。在实施例中，步骤320还可考虑TP的接收和/或处理能力。接着，方法300前进到步骤330，在步骤330中，根据波形选择标准在这些候选波形中选择一个候选波形。在实施例中，波形选择标准可以包括流特征和/或应用类型。在相同或其它实施例中，波形选择标准可以包括ACI拒绝要求和/或频谱局部化要求。尽管方法300可由网络部件在任何时间实施，但是其通常可由TP(在TP接收来自UE的上行链路授权请求之后)或由UE(例如，在UE向TP发送上行链路授权请求之前)执行。在一些实施例中，UE可被预配置为在为无授权波形预留的频率子带上发送特定类型(例如，低延迟、低负载流等等)的数据，从而避免与上行链路授权请求关联的开销。
图4示出了用于执行多阶段波形自适应的部件400的高层次图。部件400包括静态波形自适应引擎410和动态波形自适应引擎420。静态波形自适应引擎410用于执行波形自适应的第一阶段以确定多个候选波形。在实施例中，可根据UE的传输或接收(TX/RX)能力以及物理层参数(例如，PAPR等等)确定候选波形。动态波形选择引擎420用于通过在多个确定的候选波形中选择一个候选波形用于数据传输来执行波形自适应的第二阶段。在实施例中，动态波形选择引擎可以根据流特征或应用类型选择候选波形。在一些实施例中，静态波形选择引擎410可(例如，在形成TP和/或UE的上行链路/下行链路连接之后)执行一次波形自适应的第一阶段，但动态波形选择引擎420可用于重复(例如，定期)执行波形自适应的第二阶段。在该实施例中，可以根据变化的流特征和/或网络状况动态地自适应调整波形。尤其是在后续迭代期间，动态波形选择引擎420还可以考虑物理层参数(例如，PAPR等等)，从而说明无线信道状况的变化。
图5示出了用于自适应波形选择的方法500的实施例。方法500开始于步骤510，在步骤510中，评估物理层参数和/或TP的峰值平均功率比(PAPR)容忍度以确定需要高PAPR波形还是低PAPR波形。应注意，PAPR容忍度可对应于发送设备的脉冲成形能力，并且可以是与射频功率放大器有关的性能，例如线性度等等。此外，PAPR是显著影响波形在邻近信道中生成干扰的倾向的特征。具体而言，尤其是当发射功率增加时，与低PAPR波形(例如，交织频分多址接入(IFDMA)等等)相比，高PAPR波形(例如，OFDMA等等)倾向于展示较高的带外干扰。因此，高PAPR波形可在用于高发射功率数据传输的相邻频率子带中产生较高误码率(例如，当信道增益较低时)，从而导致较低的网络吞吐量。高PAPR波形产生或展示较高带外干扰的倾向主要归因于功率放大器的非线性。即使如此，与低PAPR波形(例如，IFDMA等等)相比，高PAPR波形(例如，OFDMA等等)通常提供较高的频谱效率。
方法500随后前进到步骤520，在步骤520中，评估UE的TX/RX能力以确定是否需要正交或非正交波形。应注意，还可以考虑TP的TX/RX能力。然而，从实际角度来说，其通常可以是限制波形选择的移动设备的TX/RX能力。TX/RX能力可对应于UE执行复杂处理技术的能力，这些复杂处理技术是非正交波形通常所需的。应注意，UE执行复杂处理技术的能力(例如，干扰消除的均衡、MIMO检测、对弥补循环前缀的缺失的信道估计等等)可实现依赖高级调制技术的波形的使用。此后，方法500前进到步骤530，在步骤530中，评估应用类型以确定是需要无授权还是基于授权的波形。如果，例如应用或流类型具有低延迟要求，可以选择无授权波形(例如，CDMA等等)，从而避免与调度有关的延迟。同样，当待发送的的数据的量相对较小时可选择无授权波形，从而避免与调度有关的开销。可选地，如果，例如应用或流类型具有高可靠性要求，可以选择基于授权的波形(例如，非CDMA等等)以减少误码率；或者当待发送的数据的量相对较大时，可以选择基于授权的波形以避免重传较大数量的数据。
在一些实施例中，步骤510至520可在波形选择的第一阶段期间(例如，静态波形选择期间)执行，而步骤530可在波形选择的第二阶段期间(例如，动态波形选择期间)执行。取决于步骤510至530的结果，可以选择可能波形池中的一个波形用于数据传输。在实施例中，(例如，确定用于传输的无线链路之后)可执行一次静态波形选择，然而，可根据动态波形自适应周期来周期性地或半周期性地执行动态波形选择。可能波形池可包括任何能够携带无线传输的波形，包括但不限于IFDMA、OFDMA、CDMA、OQAM及其衍生(例如，IFDMA-CDMA、IFDMA-OQMA、OFDMA-CDMA等等)。可能波形池中的每个波形都可具有它们自身的明显优点和/或缺点。借助于示例，OFDMA通过频率选择性调度展示高PAPR和高调度增益，而通过比较，IFDMA展示低PAPR和低频率分集。借助于另一示例，预编码的OFDM(例如，单个载波(SC)-FDMA等等)展示中到低PAPR和低频率分集，而OFDM-CDMA展示高PAPR、调度灵活性和干扰白化用于更好地链路自适应。进一步地，同一类别内的多个波形可展示不同的特征。例如，由于较好的频率局部化，与其它非正交波形相比，一些非正交波形(例如，OFDM-OQAM)可展示较低OBB干扰。又例如，可对OFDMA-QQAM进行预编码以获取较低PAPR，或与CDMA组合以获取基于竞争的接入。
当数据来源于单个TP时，通过指派不同的波形来携带不同的业务流(不同的数据传输)，多个波形可在单个信道(下行链路、上行链路或其它)中共存。借助于示例，单个TP可同时经由基于授权的波形发送视频信号，和经由无授权波形发送短消息业务(SMS)消息。
当数据来源于多个TP(或单个TP)时，通过调度不同的波形至不同的时频资源(例如，频带、时隙/帧等等)，多个波形还可在单个信道(下行链路、上行链路或其它)中共存。该调度可以静态、半静态或动态方式执行。在一项示例中，可为一种类别(例如，无授权、正交等等)的波形预留一些频带，而可为其它类别(例如，基于授权、非正交等等)的波形预留其它频带。例如，正交和非正交波形可在不同的频带中传送，通过静态、半静态或动态执行频带调度/指派。例如通过针对小区边缘的波束使用无授权波形以及针对小区中心的波束使用基于授权的波形还可在空间域中实现波形分离。低和高PAPR波形可在任何维度上共存。
图6示出了通信设备600的实施例的方框图，该通信设备可实施为上文论述的一个或者多个设备(例如，UE、TP等等)。通信设备600可包括处理器604、存储器606、蜂窝接口610、辅助无线接口612以及辅助接口614，其可以(或可以不)按照图6所示进行布置。处理器604可以是能够进行计算和/或其它有关处理的任务的任意部件，而存储器606可以是瞬时或非瞬时并且可以是能够为处理器604存储程序和/或指令的任意部件。蜂窝接口610可以是允许通信设备600使用蜂窝信号进行通信的任意部件或部件的集合，并且可用于在蜂窝网络的蜂窝连接上接收和/或发送信息。辅助无线接口612可以是允许通信设备600通过Wi-Fi、蓝牙协议或控制协议等非蜂窝无线协议进行通信的任意部件或部件的集合。辅助接口614可为允许通信设备600通过有线协议等附加协议进行通信的部件或部件的集合。在实施例中，辅助接口614可允许设备600通过回程网络进行通信。
尽管已详细描述本发明及其优点，但应理解，在不脱离所附权利要求书界定的本发明的精神和范围的情况下，可在本文中进行各种变更、替代和更改。此外，本发明的范围不应限于说明书中描述的过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法和步骤的特定实施例。所属领域的一般技术人员将从本发明的披露内容中容易了解到，可根据本发明利用执行与本文本所述对应实施例大致相同的功能或实现与本文本所述对应实施例大致相同的效果的过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤，包括目前存在的或以后将开发的。因此，所附权利要求书既定在其范围内包括此类过程、机器、制造工艺、物质成分、构件、方法或步骤。

Claims (20)

1.一种数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
第一发送设备建立和接收设备之间的上行链路无线链路；
所述第一发送设备接收所述接收设备发送的动态指示以指示在至少两个波形中选择一个第一波形，其中，所述第一波形用于第一数据传输；所述第一发送设备通过所述上行链路无线链路使用基于两个传输选择的基于授权的接入的第一时频资源，使用所述第一波形向所述接收设备发送所述第一数据传输，其中，在通过第一时频资源传输所述第一数据传输之前，基于授权的接入要求所述第一发送设备从所述接收设备接收用于第一数据传输的第一资源许可；
其中，所述至少两个波形还包括第二波形，所述第二波形提供基于无授权的传输，使用第二时频资源通过上行链路无线链路向所述接收设备发送第二数据传输，其中，无授权接入允许所述第一发送设备或第二发送设备在第二时频资源上传输第二数据传输，而不要求先从所述接收设备接收用于第二数据传输的第二资源许可，并且，所述第一数据传输和所述第二数据传输通过一个服务小区内的上行链路无线链路传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述第一发送设备基于无授权接入，在第二时频资源上使用第二波形向所述接收设备发送第二数据传输。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一发送设备在不同的频带上向所述接收设备发送第一数据传输和第二数据传输。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一波形不同于所述第二波形，且所述第一时频资源不同于所述第二时频资源。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一波形的峰值平均功率比(PAPR)容忍度高于所述第二波形的PAPR。
6.一种发送设备，其特征在于，所述发送设备包括：
处理器；以及
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括进行如下操作的指令：
建立所述发送设备和接收设备之间的上行链路无线链路；
所述发送设备从所述接收设备接收动态指示以指示在至少两个波形中选择一个第一波形，其中，所述第一波形用于第一数据传输；所述发送设备通过所述上行链路无线链路使用基于两个传输选择的基于授权的接入的第一时频资源，使用第一波形向所述接收设备发送所述第一数据传输，其中，在通过第一时频资源传输所述第一数据传输之前，基于授权的接入要求所述发送设备从所述接收设备接收用于第一数据传输的第一资源许可；
其中，所述至少两个波形还包括第二波形，所述第二波形提供基于无授权的传输，使用第二时频资源通过上行链路无线链路向所述接收设备发送第二数据传输，其中，无授权接入允许所述发送设备或第二发送设备在第二时频资源上传输第二数据传输，而不要求先从所述接收设备接收用于第二数据传输的第二资源许可，并且，第一数据传输和第二数据传输通过一个服务小区内的上行链路无线链路传输。
7.根据权利要求6所述的发送设备，其特征在于，所述程序还包括进行如下操作的指令：
基于无授权接入，在第二时频资源上使用第二波形向所述接收设备发送第二数据传输。
8.根据权利要求6所述的发送设备，其特征在于，所述发送设备在不同的频带上向所述接收设备发送第一数据传输和第二数据传输。
9.根据权利要求6所述的发送设备，其特征在于，所述第一波形不同于所述第二波形，且所述第一时频资源不同于所述第二时频资源。
10.根据权利要求6所述的发送设备，其特征在于，所述第一波形的峰值平均功率比(PAPR)容忍度高于所述第二波形的PAPR。
11.一种数据传输方法，其特征在于，所述方法包括：
接收设备建立和第一发送设备之间的上行链路无线链路；
所述接收设备向所述第一发送设备发送动态指示以指示在至少两个波形中选择一个第一波形，其中，所述第一波形用于第一数据传输；
所述接收设备接收所述第一发送设备通过所述上行链路无线链路使用基于两个传输选择的基于授权的接入的第一时频资源，使用所述第一波形发送的所述第一数据传输，其中，在通过第一时频资源传输所述第一数据传输之前，基于授权的接入要求所述第一发送设备从所述接收设备接收用于第一数据传输的第一资源许可；
所述第一发送设备通过所述上行链路无线链路使用基于两个传输选择的基于授权的接入的第一时频资源，使用第一波形向所述接收设备发送所述第一数据传输，其中，在通过第一时频资源传输所述第一数据传输之前，基于授权的接入要求所述第一发送设备从所述接收设备接收用于第一数据传输的第一资源许可；
其中，所述至少两个波形还包括第二波形，所述第二波形提供基于无授权的传输，使用第二时频资源通过上行链路无线链路向所述接收设备发送第二数据传输，其中，无授权接入允许所述第一发送设备或第二发送设备在第二时频资源上传输第二数据传输，而不要求先从所述接收设备接收用于第二数据传输的第二资源许可，并且，所述接收设备通过一个服务小区内的上行链路无线链路接收所述第一数据传输和所述第二数据传输。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述接收设备在不同的频带上接收所述第一数据传输和第二数据传输。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述接收设备在与所述第一数据传输不同的频带上接收所述第二发送设备发送的所述第二数据传输。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一波形不同于所述第二波形，且所述第一时频资源不同于所述第二时频资源。
15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一波形的峰值平均功率比(PAPR)容忍度高于所述第二波形的PAPR。
16.一种接收设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储由所述处理器执行的程序，所述程序包括进行如下操作的指令：
建立和第一发送设备之间的上行链路无线链路；
所述接收设备向所述第一发送设备发送动态指示以指示在至少两个波形中选择一个第一波形，其中，所述第一波形用于第一数据传输；
所述接收设备接收所述第一发送设备通过所述上行链路无线链路使用基于两个传输选择的基于授权的接入的第一时频资源，使用所述第一波形发送的所述第一数据传输，其中，在通过第一时频资源传输所述第一数据传输之前，基于授权的接入要求所述第一发送设备从所述接收设备接收用于第一数据传输的第一资源许可；
所述第一发送设备通过所述上行链路无线链路使用基于两个传输选择的基于授权的接入的第一时频资源，使用第一波形向所述接收设备发送所述第一数据传输，其中，在通过第一时频资源传输所述第一数据传输之前，基于授权的接入要求所述第一发送设备从所述接收设备接收用于第一数据传输的第一资源许可；
其中，所述至少两个波形还包括第二波形，所述第二波形提供基于无授权的传输，使用第二时频资源通过上行链路无线链路向所述接收设备发送第二数据传输，其中，无授权接入允许所述第一发送设备或第二发送设备在第二时频资源上传输第二数据传输，而不要求先从所述接收设备接收用于第二数据传输的第二资源许可，并且，所述接收设备通过一个服务小区内的上行链路无线链路接收所述第一数据传输和所述第二数据传输。
17.根据权利要求16所述的接收设备，其特征在于，所述程序还包括进行如下操作的指令：
所述接收设备在不同的频带上接收所述第一数据传输和第二数据传输。
18.根据权利要求16所述的接收设备，其特征在于，所述接收设备在与所述第一数据传输不同的频带上接收所述第二发送设备发送的所述第二数据传输。
19.根据权利要求16所述的接收设备，其特征在于，所述第一波形不同于所述第二波形，且所述第一时频资源不同于所述第二时频资源。
20.根据权利要求16所述的接收设备，其特征在于，所述第一波形的峰值平均功率比(PAPR)容忍度高于所述第二波形的PAPR。
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