CN110024342B - 基于参数集选择的发射方法、装置和计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于无线通信系统中的发射器设备(1300)，所述发射器设备(1300)包括：处理器(1310)，所述处理器(1310)用于从一定数量的参数集(numerology set)(1311，1312)中选择参数集(1313)，所述数量为至少两个，其中所述参数集(1313)标识用于通过发射信道发射发射信号(1322)的发射参数集合，所述选择是基于所述发射信道的信噪比(Signal‑to‑Noise Ratio，SNR)；以及发射器(1320)，所述发射器(1320)用于基于所述选定参数集(1313)发射所述发射信号(1322)。

Description

基于参数集选择的发射方法、装置和计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及用于基于参数集的选择以在通信系统中发射发射信号的技术，该发射信号具体地是多载波信号和单载波信号，该参数集标识用于通过发射信道发射发射信号的发射参数集合。具体地说，本公开涉及用于例如根据如信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)的信道参数选择关于多载波参数的参数集的方法和设备，具体地说，在时延约束下选择。
背景技术
参数集(numerology)定义通常由硬件系统要求确定的发射参数集合。在硬件规定的限制内执行此类参数的调谐。举例来说，在具有15KHz子载波间隔的长期演进(Long TermEvolution，LTE)收发器中，如果操作子载波间隔是15KHz的基础子载波间隔的倍数，则可容易地实施快速傅立叶变换(Fast Fourier Transforms，FFT)。因此，使子载波间隔以2 倍递增(30KHz、60KHz等)有助于实施硬件设计。在5G的3GPP标准化中提出了此类方法。此外，有时在硬件设计中调谐子载波间隔和循环前缀(Cyclic Prefix，CP)以节省CP开销。举例来说，在LTE中，CP开销是4.67/71＝6.5％。因此，如果子载波间隔被设置成60 KHz，那么CP也按照能够保持6.5％的开销的倍数缩放，从而产生1.167μs的CP。
但是，此类方法在性能和时延方面，具体地说，在存在信道失真的情况下具有劣势。举例来说，CP为保持CP开销恒定所进行的缩放导致性能因为信道的多径散射而出现损耗。另外，子载波间隔的倍数缩放(2k乘以15KHz)限制了中间子载波的可能性，从而可以通过平衡载波间干扰和CP开销来提供性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提供在时延约束和性能要求方面，具体地说在存在信道失真的情况下，具有灵活性的发射技术的概念。
此目的可以通过独立权利要求的特征来实现。进一步的实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
本发明的基本想法是发现：当信道条件变得更好(SNR变得更高)，发射系统，具体地说多载波系统的可能参数集变得更大(即，高分辨率)。处于低SNR的参数集是处于更高SNR(即，低分辨率)的参数集的子集。本公开介绍了其中可以应用此发现的不同发射技术和情形。
本文中所描述的发射(和接收)设备可实施于无线通信网络中，具体地说，基于例如LTE的移动通信标准的通信网络，该LTE具体地是LTE-A和/或OFDM。本文中所描述的发射(和接收)设备还可实施于移动设备(或移动台或用户设备(User Equipment，UE)) 中，例如在其中一个移动设备与另一移动设备通信的设备到设备(device-to-device，D2D)通信情形中。所描述的设备可以包括集成电路和/或无源元件，并且可以根据各种技术制造。举例来说，电路可以设计为逻辑集成电路、模拟集成电路、混合信号集成电路、光学电路、存储器电路及/或集成无源元件。
蜂窝网络中的D2D通信被定义为两个移动设备或移动用户之间不遍历基站(BaseStation，BS)或eNodeB或核心网的直接通信。D2D通信对蜂窝网络来说通常是不透明的，并且可以在蜂窝频谱(即，带内)或非授权频谱(即，带外)上发生。D2D通信可以大大提高频谱效率，改善网络的吞吐量、能效、延迟和公平性。本文中所描述的发射和接收设备可实施于在D2D情形下通信的移动设备中。但是，本文中所描述的发射和接收设备也可实施于基站(base station，BS)或eNodeB中。
本文中所描述的发射和接收设备可以用于发射和/或接收无线信号。无线信号可以是或可包括由射频处于约3KHz到300GHz范围内的无线发射设备(或无线发射器或发送器)辐射的射频信号。频率范围可以对应于用于产生和检测无线电波的交流电信号的频率。
本文中所描述的发射和接收设备可根据例如长期演进(Long Term Evolution，LTE)标准或其高级版本LTE-A等移动通信标准来设计。作为4G和5G LTE以及之后的LTE 推出的长期演进(Long Term Evolution，LTE)是用于移动电话和数据终端的高速数据的无线通信的标准。
本文中所描述的发射和接收设备可以应用于OFDM系统中。OFDM是在多个载波频率上编码数字数据的方案。大量的小间隔正交子载波信号可用于承载数据。由于子载波的正交性，子载波之间的串扰可被抑制。
本文中所描述的发射和接收设备可应用于低时延通信方案中。低时延可通过具有更短发射时间间隔(transmission time interval，TTI)来实现。使用更短符号意指更大CP开销，因此可以采用每个TTI具有更少数目个符号的措施。每个TTI具有更少符号意指时间分辨率更低。由于可用资源变得稀缺，发射器增大调制阶数和编码速率以适应发射块的时延期限。这会导致性能自然损耗。本文中所描述的发射和接收设备提供针对该性能损耗的解决方案。
本文中所描述的发射和接收设备可基于多载波信号和单载波信号，具体地说，基于单载波(single-carrier，SC)频分多址(frequency division multiple access，FDMA)信号、滤波器组多载波(filter bank multicarrier，FBMC)信号、脉冲成形OFDM信号和/或滤波 OFDM信号来应用。
单载波FDMA(Single-carrier FDMA，SC-FDMA)是一种频分多址方案。类似于如TDMA、FDMA、CDMA和OFDMA的其它多址方案，单载波FDMA处理多个用户到共享通信资源的分配。SC-FDMA可解译为线性预编码的OFDMA方案，因为它在常规 OFDMA处理之前具有额外的DFT处理步骤(参见下面的图14)。SC-FDMA替代OFDMA 非常具有吸引力，尤其是在上行链路通信中，其中较低的峰值功率与平均功率比值 (peak-to-average power ratio，PAPR)在发射功率效率和功率放大器的复杂性降低方面极大地有益于移动终端。它已用作3GPP LTE中的上行链路多址方案或演进UTRA(Evolved UTRA，E-UTRA)。SC-FDMA的低PAPR优势使其有利于移动通信系统中发射器功率效率至关重要的上行链路无线发射。
多载波码分多址(Multi-Carrier Code Division Multiple Access，MC-CDMA)是在基于OFDM的通信系统中使用的多址方案，它允许系统同时支持多个用户。MC-CDMA在频域中扩展每个用户符号。也就是说，每个用户符号承载在多个并行子载波上，但是它会根据代码值进行相移。每个子载波和每个用户的代码值不同。接收器通过对这些子载波信号进行加权来组合所有子载波信号，以补偿不断变化的信号强度并撤消代码移位。接收器可以分离不同用户的信号，因为它们具有不同的(例如正交的)代码值。
本文中所描述的发射和接收设备可基于无线信道、数字订户线(digitalsubscriber line，DSL)信道、电力线信道、光学信道、电缆信道和/或卫星信道来应用。
如无线、DSL、电力线、光学系统、电缆、卫星等通信系统通常具有相同的发射和接收组件(例如，编码、调制、均衡等)。唯一或主要的差异是发射信道(其可以是光学信道、无线信道等)。这些通信系统通常使用帧式发射。通信系统的参数集主要是根据信道来进行不同选择/定义的。尽管本公开的主要方面是提供选择用于无线通信的这些参数集的技术，但是这些原理对于例如DSL、电力线、光学系统、电缆、卫星等其它通信也是有效的。
为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和符号：
FDD： 频分双工
TDD： 时分双工
D2D： 设备到设备
OFDM： 正交频分复用
DL： 下行链路
UL： 上行链路
BS： 基站、eNodeB、eNB
UE： 用户设备，例如移动设备或机器类通信设备
4G： 根据3GPP标准化的第4代
5G： 根据3GPP标准化的第5代
LTE： 长期演进
RF： 射频
GP： 保护时段
MBB： 移动宽带
URLLC： 超可靠低时延通信
FFT： 快速傅立叶变换
ACK： 确认
TTI： 发射时间间隔
MTC： 机器类通信
V2V： 车辆到车辆
V2X： 车辆到任何东西
TX： 发射
RX： 接收
RS： 参考信号
CTL： 控制数据
PHY： 物理层(设备)
CP： 循环前缀
ISI： 符号间干扰
RMS： 均方根
SNR： 信噪比
AWGN： 加性高斯白噪声
ICI： 载波间干扰
MC： 多载波(信号)
SC： 单载波(信号)
根据第一方面，本发明涉及一种用于通信系统中的发射器设备，所述发射器设备包括：处理器，所述处理器用于从一定数量的参数集中选择参数集，所述一定数量为至少两个，其中所述参数集标识用于通过发射信道发射发射信号的发射参数集合，所述选择是基于所述发射信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)；以及发射器，所述发射器用于基于所述选定参数集发射所述发射信号。
通过选择用于发射发射信号的参数集，可以考虑灵活的时延约束和性能要求。具体地说，SNR可以考虑信道失真的存在。因此，可在关于吞吐量和时延方面获得最佳发射。
在根据第一方面的发射器设备的第一可能实施形式中，所述发射信号是多载波信号或单载波信号中的一个，具体地说，是单载波(single-carrier，SC)频分多址(frequencydivision multiple access，FDMA)信号、滤波器组多载波(filter bank multicarrier，FBMC)信号、脉冲成形OFDM信号或滤波OFDM信号中的一个；且所述发射信道是无线信道、数字订户线(digital subscriber line，DSL)信道、电力线信道、光学信道、电缆信道或卫星信道中的一个。
这具有以下优点：所公开的技术可以灵活地应用于各种不同的发射信号以及各种不同的发射信道。
在根据第一方面或根据第一方面的第一实施形式的发射器设备的第二可能实施形式中，所述参数集标识用于通过无线信道发射多载波信号的多载波参数集合，其中所述选择是基于所述无线信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)；且所述发射器用于基于所述选定参数集发射所述多载波信号。
通过选择用于发射多载波信号的参数集，可以考虑灵活的时延约束和性能要求。具体地说，SNR可以考虑信道失真的存在。因此，可在吞吐量和时延方面获得最佳发射。当信道条件变得更好(SNR变得更高)，发射系统的可能参数集变得更大(即，高分辨率)。处于低SNR的参数集可有效地应用为处于更高SNR(即，低分辨率)的参数集的子集。
在根据第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的发射器设备的第三可能实施形式中，所述参数集的数量随SNR的增大而增大，所述处理器用于从所述数量的参数集中选择所述参数集。
这具有以下优点：随着SNR的增大，由于可被选择用于发射发射信号的参数集的数目变多，发射灵活性增大。
在根据第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的发射器设备的第四可能实施形式中，针对第一SNR的所述数量的参数集包括针对高于第一SNR的第二SNR 的所述数量的参数集的所述参数集的子集。
这具有以下优点：可以使用相同基础或池的参数集。可以基于所确定的信道的SNR从这个池中选择足够的参数集。
在根据第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的发射器设备的第五可能实施形式中，针对作为发射信号的多载波信号，通过子载波间隔和所述多载波信号的每子帧的数据符号数目来定义参数集。
这具有以下优点：当在由子载波间隔和每子帧数据符号数目这两个参数定义的二维数据场中执行参数集的选择时能够有效实施。
在根据第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的发射器设备的第六可能实施形式中，所述处理器用于基于可用于所述发射器设备的所述发射信道的预定知识来选择所述参数集。
这具有以下优点：当这一知识已经可用时，不必计算例如无线信道的发射信道的特性，因此便于实施。
在根据第一方面的第六实施形式的发射器设备的第七可能实施形式中，所述处理器用于基于所述发射信道的容量最大化度量来选择所述参数集。
这具有以下优点：选定的参数集产生最佳容量信道，即最大吞吐量。
在根据第一方面的第七实施形式的发射器设备的第八可能实施形式中，所述处理器用于基于预测在接收所述发射信号的接收器处的有效SNR来确定所述发射信道的容量。
这具有以下优点：可以通过计算接收器处的有效SNR来有效地确定信道的容量。
在根据第一方面的第八实施形式的发射器设备的第九可能实施形式中，所述处理器用于基于根据所述发射信道的二阶统计量，具体地说，根据所述发射信道的多普勒频移、均方根(root mean square，RMS)延迟和噪声功率计算先前导频与在所述接收器处接收到的每个数据符号的理论最小均方差，来预测所述接收器处的所述有效SNR。
这具有以下优点：接收器例如在FDD中基于接收器处的可用信息可以轻易地计算有效SNR，并且例如通过使用反馈信息将其传送到发射器设备。在TDD中，由于信道互易性，发射器可以直接计算有效SNR。
在根据第一方面的第九实施形式的发射器设备的第十可能实施形式中，所述处理器用于基于计算以下方程式来预测所述接收器处的所述有效SNRγ1：
Figure BDA0002074109910000051
其中γ0表示标称SNR且ε表示平均均方差。
这具有以下优点：接收器可以基于标称SNR和接收器处可用的平均均方误差来有效地计算有效SNR。
在同样根据第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的发射器设备的第十一可能实施形式中，所述处理器用于基于关于该发射信号的非数据相关时频资源的开销最小化度量来选择所述参数集。
使用开销最小化度量具有以下优点：当发射是基于选定参数集时具有低时延。
在根据第一方面的第十一实施形式的发射器设备的第十二可能实施形式中，所述发射信号的所述非数据相关时频资源包括所述发射信号的保护时段、循环前缀和控制信道。
这具有如下优点：例如在下文图1和2中所示出的标准化帧类型，例如“自包含”帧，可以用于发射。
在根据第一方面的第十一或第十二实施形式中的任一个的发射器设备的第十三可能实施形式中，所述处理器用于在所述发射信道的预定知识不可用于所述发射器设备的情况下，基于所述开销最小化度量来选择所述参数集。
这提供了更高的灵活性，因为不管有没有预先知道的信道知识，都可以基于最佳参数集来执行发射。
在根据第一方面的第十一到第十三实施形式中的任一个的发射器设备的第十四可能实施形式中，所述处理器用于基于所述发射信号的以下参数中的至少一个来计算所述开销最小化度量：控制和导频符号的数目、子载波间隔、循环前缀(cyclic prefix，CP)、数据符号数目、保护时段(guard period，GP)、关于发射时间间隔(transmission timeinterval， TTI)的时延约束。
这为计算最小化度量提供了高灵活性和冗余，因为可以使用许多参数来计算。
在根据第一方面的第十四实施形式的发射器设备的第十五可能实施形式中，所述处理器用于基于以下方程式来计算所述开销最小化度量：
Figure BDA0002074109910000061
其中，nT是所述控制和导频符号的总数目，fsc是所述子载波间隔，TCP是CP，nD是所述数据符号数目，TGP是所述保护时段且τLAT是应用以下时延约束的所述时延约束：
(nD+nT)(1/fsc)+2TGP<τLAT
这具有以下优点：由于使用拉格朗日(Lagrangian)优化器，选定参数集是最佳的参数集。
在根据第一方面或根据第一方面的前述实施形式中的任一个的发射器设备的第十六可能实施形式中，所述发射器用于在控制信道中将所述选定参数集传送到接收所述发射信号的接收器。
这具有以下优点：接收器已知选定参数集，所述接收器也可以应用选定参数集来调整它的接收参数。因此，可以保证最佳接收。
根据第二方面，本发明涉及一种用于在通信系统中发射发射信号的方法，所述方法包括：从一定数量的参数集中选择参数集，所述一定数量为至少两个，其中所述参数集标识用于通过发射信道发射发射信号的发射参数集合，所述选择是基于所述发射信道的信噪比 (Signal-to-Noise Ratio，SNR)；以及基于所述选定参数集发射所述发射信号。
通过选择用于发射发射信号的参数集，可以考虑灵活的时延约束和性能要求。具体地说，SNR可以考虑信道失真的存在。因此，可在吞吐量和时延方面获得最佳发射。
根据第三方面，本发明涉及一种使用TDD帧结构的通信系统，所述TDD帧结构根据SNR用至少两个不同的参数集进行操作。
通过用至少两个不同的参数集操作，可以考虑灵活时延约束和性能要求。具体地说，SNR可以考虑信道失真的存在。因此，可在吞吐量和时延方面获得最佳发射。当信道条件变得更好(SNR变得更高)，发射系统的可能参数集变得更大(即，高分辨率)。处于低SNR的参数集可有效地应用为处于更高SNR(即，低分辨率)的参数集的子集。
在根据第三方面的通信系统的第一可能实施形式中，与较低SNR相比，在高 SNR下，参数集具有更细的量化网格。
在根据第三方面或根据第三方面的第一实施形式的通信系统的第二可能实施形式中，具有低SNR的参数集是高SNR参数集的子集。
在根据第三方面或根据第三方面的前述实施形式中的任一个的通信系统的第三可能实施形式中，将参数集定义为一对子载波间隔和数据符号数目。
在根据第三方面或根据第三方面的前述实施形式中的任一个的通信系统的第四可能实施形式中，在高SNR的情况下使用较大集合，且在较低SNR的情况下使用较小集合。
在根据第三方面或根据第三方面的前述实施形式中的任一个的通信系统的第五可能实施形式中，参数集的选择是基于最小化系统的非数据开销的度量。
在根据第三方面或根据第三方面的前述实施形式中的任一个的通信系统的第六可能实施形式中，将非数据开销定义为GP、CP和控制信道。
在根据第三方面或根据第三方面的前述实施形式中的任一个的通信系统的第七可能实施形式中，参数集的选择是基于最大化链路容量的度量。
在根据第三方面或根据第三方面的前述实施形式中的任一个的通信系统的第八可能实施形式中，发射器在控制信道中将选定参数集传送到接收器。
附图说明
本发明的具体实施例将结合以下附图进行描述，其中：
图1为根据本公开的说明自包含帧结构100的示意图；
图2为根据本公开的说明图1的自包含帧结构100的开销200的示意图；
图3为根据实施形式的说明用于计算信道估计误差的方法300的示意图；
图4a、图4b、图4c、图4d为根据实施形式的数据符号与子载波间隔的曲线图的 2维图，其说明最佳参数集的位置；
图5为根据实施形式的数据符号与子载波间隔的曲线图500的2D图，其说明SNR 为7.5dB时的最佳参数集的示例性位置；
图6为根据实施形式的数据符号与子载波间隔的曲线图600的2D图，其说明SNR 为27.5dB时的最佳参数集的示例性位置；
图7a为数据符号数目与子载波间隔的曲线图700a的2D图，且图7b示出受支持参数集700b，来说明可能的参数集随着SNR的增大而增大的现象；
图8为根据本公开的说明基于开销最小化的参数集调谐800的示意图；
图9为根据本公开的说明基于容量最大化的参数集调谐900的示意图；
图10为根据实施形式的说明宏小区到小小区切换情形1000的示意图；
图11为根据实施形式的说明车辆可靠性范围情形1100的示意图；
图12为根据实施形式的说明MIMO波束情形1200的示意图；
图13为根据实施形式的说明用于通信系统中的发射器设备1300的方框图；
图14为根据实施形式的说明用于单载波通信系统中的发射器设备1400的方框图；
图15为根据实施形式的说明用于在无线通信系统中发射多载波信号的方法1500的示意图。
具体实施方式
以下结合附图进行详细描述，所述附图是描述的一部分，并通过图解说明的方式示出可以实施本发明的具体方面。可以理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它方面，并可以做出结构上或逻辑上的改变。因此，以下详细描述并不当作限定，本发明的范围由所附权利要求书界定。
可以理解的是，与所描述的方法有关的内容对于与用于执行方法的对应设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个具体的方法步骤，对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中详细阐述或说明。此外，应理解，除非另外具体指出，否则本文中描述的各种示例性方面的特征可彼此组合。
图1是根据本公开的说明自包含帧结构100的示意图。自包含帧结构100包括用于TX的RS段101(参考信号或导频段)、用于TX的CTL段102(控制数据段)、TX数据段103、保护时段(guard period，GP)段104和用于RX的CTL段105。
目前通过标准化考虑所谓的“自包含”帧结构100，其具有如图1所示的结构。帧100是时分双工(Time Division Duplex，TDD)，并且开始于具有前导码参考信号101的发射器部分，接着是控制部分102，接着是如上所述的数据部分103。之后是保护时段104，并且最后是接收器的发射105，发射105通常仅含有控制信息，但是也可以具有数据信息。针对这一帧结构100设计以下参数：1)发射时间间隔(Transmission Time Interval，TTI)：这表示对PHY(物理)层的时延约束且通常设置为参数集选择的上限。2)子载波间隔：定义符号持续时间，因此直接影响TTI；3)循环前缀(Cyclic Prefix，CP)：循环前缀越长，符号间干扰(InterSymbol Interference，ISI)越低；4)保护时段(Guard Period，GP)：对发射与接收之间的切换十分重要(且反之亦然)。保护时段应该长到足以覆盖往返传播延迟，因此它在大型小区中较大；5)数据符号数目；6)控制符号数目：每个子帧需要多少信令。
本公开定义用以调谐上文所描述的参数集参数的方法。存在两种调谐参数集的方法：a)在信道知识在发送器侧处不可用的情况下，根据优化函数最小化开销(最大化频谱效率)。b)如果信道知识在发送器处可用，则选择实现最大可能容量的参数集，这也考虑到了开销。
对于这两种情况，基于物理约束固定一些参数集参数，使得最终仅优化2个参数：子载波间隔和每帧数据符号数目。根据以下推理调谐以下参数：A)CP：根据信道环境，可根据均方根(root mean square，RMS)延迟调谐CP。举例来说，位于高速公路上的基站的固定CP比城市环境中的基站的固定CP短；B)GP：根据小区的半径，调谐GP；C)控制符号数目：根据服务，信令开销可能需要不同数量的控制符号。举例来说，由于发射模式固定，具有周期性业务的机器类通信(Machine Type Communications，MTC)需要很少的控制符号，而具有不同服务的自组织V2X可能需要若干个控制符号。
图2是根据本公开的说明图1的自包含帧结构100的开销200的示意图。帧结构对应于图1的帧结构100。在图2中，帧100的每个段101、102、103、104、105包括称为“O”的某一开销部分。区段段101、102、104、105中的每个段的其余部分也是开销“O”，而数据段103的其余部分是称为“D”的数据部分。
在下文中，描述用于开销最小化的技术。在信道知识不可用的情况下，发射器最小化所有非数据相关占用时间/频率资源。在图2中描绘子帧的开销“O”。
在数学上，可如下定义该开销：
Figure BDA0002074109910000081
其中nT是控制和导频符号的总数目，fsc是子载波间隔，TCP是CP，nD是数据符号数目， TGP是保护时段。另外，应用以下时延约束：
(nD+nT)(1/fsc)+2TGP<τLAT
其中，τLAT是时延约束或TTI上限。已使用拉格朗日优化器导出最佳子载波间隔和数据符号数目，且最优解可表示为
Figure BDA0002074109910000082
如所示，子载波间隔和数据符号数目是以以下固定参数为依据：GP、CP、时延约束以及控制和参考信号的总数目。
图3是根据实施形式的说明用于计算信道估计误差的方法300的示意图。在下文中，描述用于容量最大化的技术。
当信道知识在发射器处可用时，可通过预测接收器处的有效信噪比(Signal-to-noise ratio，SNR)来计算信道容量。有效SNR考虑加性高斯白噪声(Additive WhiteGaussian Noise，AWGN)和信道估计误差。可通过根据信道的二阶统计量，例如多普勒频移、均方根(Root Mean Square，RMS)延迟和噪声功率计算先前导频301、302、303、304 与每个数据符号305的理论最小均方差来导出信道估计误差。
可以针对每个数据符号305计算信道估计误差，如图3中所示出，且接着可以对子帧中的所有数据符号位置的信道估计误差取平均。于是，有效SNR可成为
Figure BDA0002074109910000091
有效SNR可接着用以计算子帧的香农(Shannon)容量。另外，可以考虑由多普勒频移和例如毫米波通信中的相位噪声的硬件缺陷引起的载波间干扰(Inter CarrierInterference，ICI)，以便进一步降低有效SNR。这个方面很重要，因为在多普勒频移较高的情况下，子载波间隔变大更有利，这是因为较大子载波间隔对于ICI具有鲁棒性。
图4a、图4b、图4c、图4d是根据实施形式的数据符号与子载波间隔的曲线图的 2维图，其说明最佳参数集的位置。
最佳参数集410、430可在2D图上显现，如图4a、图4b、图4c和图4d中所示出，图4a、图4b、图4c和图4d示出2D搜索空间中的最佳参数集410、430。x轴表示子载波间隔，且y轴是每子帧数据符号数目。搜索空间在x和y轴上量化，因为数据符号数目是整数，并且子载波间隔被约束为基础子载波频率的整数倍。出于标准化的目的，考虑如长期演进(Long TermEvolution，LTE)中的15KHz的基础子载波频率。使用以下参数：CP＝2μs， GP＝10μs，Tx控制＝1个符号，Rx控制＝1个符号，参考信号＝1个符号。
如所示出，存在两个时延约束125μs和250μs。轮廓线表示每个子载波-数据符号组合的开销。选择最佳参数集以便最小化开销。如所观察，当时延约束改变时，最佳解改变。时延约束曲线在图4a和图4c中被称为412、432，而一个示例性开销限值在图4a和图4c中被称为411、431。在图4b和图4d中，时延约束曲线被称为422、442，并且开销限值被称为421、441。从图4b和图4d中可以看出其它不同的开销限值是可能的。如从图4a和图4c可以看出，最佳参数集410、430是最小化时延约束曲线412、432和开销限值曲线411、 431内的开销的解。
图5是根据实施形式的数据符号与子载波间隔的曲线图500的2D图，其说明SNR 为7.5dB时的最佳参数集的示例性位置。图6是根据实施形式的数据符号与子载波间隔的曲线图600的2D图，其说明SNR为27.5dB时的最佳参数集的示例性位置。对于容量最大化的情况，图5和图6分别示出针对7.5dB的低SNR和27.5dB的高SNR的最佳方案。轮廓线501、502、503、504(图5)和601、602、603(图6)定义每个参数集的可实现容量。曲线510(图5)和610(图6)示出时延限值。此处的关键观察结果是随着SNR的增大，参数集的选择变得更加关键，因为轮廓线501、502、503、504彼此更接近。
图7a是数据符号数目与子载波间隔的曲线图700a的2D图，且图7b示出受支持参数集700b，来说明可能的参数集随着SNR的增大而增大的现象。
在图7b中，存在针对低SNR值(例如，在约0dB与10dB之间)的参数集A。对于中间SNR值(例如，在约10dB与20dB之间)，参数集A和B可用，而对于高SNR 值(例如，在约20dB与30dB之间)，参数集A、B和C可用。
图7a和图7b中所示出的现象是本公开的核心想法的基础，即，可能的参数集随着SNR的增大而增大，因为希望更接近最佳参数集。每个SNR具有若干个参数集的原因是当多普勒频移/RMS延迟改变，最佳解会像图7a和图7b示出的那样改变。
在更高的SNR下可能有更多参数集的事实意味着需要更多的控制位来指示选择哪个参数集。这是可接受的，因为在更高的SNR下，控制信道可以改变其调制编码方案(Modulation and Coding Scheme，MCS)以适应相同的资源。
对于所描述的两种参数集调谐方法，在这些图中可以示出本公开的功能特征。
图8是根据本公开的说明基于开销最小化的参数集调谐800的示意图。用于最小化开销的最佳参数集820提供输出参数：子载波间隔830和数据符号数目831，这一提供是基于输入参数：最大PHY时延825、选定CP 815、选定GP 816、Nx CTL和导频符号的数目 817以及Tx CTL符号的数目818。基于最大有效延迟抽头811选择合适的受支持CP 815。基于传播延迟和TRx交换速度812选择816合适的受支持GP。基于信令和RS开销813确定 Tx CTL和导频符号的数目817，例如上文关于图2所描述。基于反馈开销814确定Tx CTL 的数目818。
图9是根据本公开的说明基于容量最大化的参数集调谐900的示意图。
用于最大化(信道)容量的最佳参数集920提供输出参数：子载波间隔930和数据符号数目931，这一提供是基于输入参数：最大PHY时延825、如上文关于图8所描述的开销参数910、SNR 921、多普勒922和RMS 923。开销参数910、SNR 921、多普勒922和 RMS 923用于例如通过评估以下公式来确定有效容量924：(1-Γ)log(1+λeff)。
在表1中示出在标准中实施所公开概念的示例：
Figure BDA0002074109910000101
表1：用于实施图8和图9中所示出的参数集调谐的示例
如表1中所示出，对于每个TTI，存在若干个参数集。在信道知识在发射器处可用的情况下，有效SNR可用于选择参数集标识(参见表1中的倒数第二列)。如所示出，低 SNR情况是所有SNR情况的子集。如果信道知识不可用，则可以使用定义保护时段、循环前缀和控制符号数目的开销标准(参见表1中的最后一列)。
图10是根据实施形式的说明宏小区到小小区切换情形1000的示意图。
在此实施例中，UE 1001(例如，在汽车中)离开具有大半径的基站1011的宏小区1010，进入具有较小半径的相邻小区1020。随着半径减小，保护时段1012也减小，并因此考虑到新的GP开销1022并考虑到小小区1021的更高SNR，重新计算最佳参数集。
图11是根据实施形式的说明车辆可靠性范围情形1100的示意图。
众所周知，V2X(车辆到任何东西)应用要求高可靠性和低时延。因此，指示反映V2X使用情况的实施例很重要。在图11中，示出车辆1110，它将它周围的距离细分为同心圆1111、1112、1113：近，中和远。在近范围1113中，由于较低路径损耗，预期信道的SNR为高。当距车辆的距离增大(低范围1113到中等范围1112到远范围1111)，SNR下降，因此用于传送参数集的位的数目更少。事实上，车辆彼此交换指示其地理位置的CAM消息。车辆之间的相对距离可以直接映射到不同参数集。
图12是根据实施形式的说明MIMO波束情形1200的示意图。
如图12中所示出，基站1210可以向通信UE 1220、1230调配模拟或数字波束成形技术。即使2个UE在地理上位于完全相同的位置，信道的有效SNR也可能由于空间分集而改变。举例来说，配备有多个天线的车辆1220可以应用接收波束成形技术1221，与具有完全相同的路径损耗的单天线UE 1230(UE可以应用进行Tx波束成形的MISO宽波束1231) 相比，这一技术会产生更高SNR。这意味着通信节点的分集阶数可以直接映射到用于表示参数集的位的数目，例如，用于UE 1230的参数集位链路1232和用于车辆1220的3个参数集位链路1222。
图13是根据实施形式的说明用于通信系统中的发射器设备1300的框图。发射器设备1300包括处理器1310和发射器1320。
处理器1310用于从一定数量的参数集1311、1312中选择参数集1313，该一定数量为至少两个。参数集1313标识用于通过发射信道发射发射信号1322的发射参数集合。该选择是基于发射信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，例如上文关于图1到12所描述。发射器1320用于基于选定参数集1313发射发射信号1322。
发射信号1322可以是多载波信号或单载波信号，具体地说，是单载波 (single-carrier，SC)频分多址(frequency division multiple access，FDMA)信号、滤波器组多载波(filter bank multicarrier，FBMC)信号、脉冲成形OFDM信号或滤波OFDM信号。发射信道是无线信道、数字订户线(digital subscriber line，DSL)信道、电力线信道、光学信道、电缆信道或卫星信道。
下文关于图14描绘单载波(single-carrier，SC)频分多址(frequency divisionmultiple access，FDMA)信号的可能实施方案。在下文中描述在无线信道上的多载波信号的可能实施方案。
对于在无线信道上的多载波信号的实施方案，处理器1310用于从一定数量的参数集1311、1312中选择参数集1313，该一定数量为至少两个，其中参数集1313标识用于通过无线信道发射多载波信号1321的多载波参数集合，该选择是基于无线信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，例如上文关于图1到图11所描述。发射器1320用于基于选定参数集1313发射多载波信号1322，例如上文关于图1到图11所描述。
该参数集1311、1312的数量随SNR的增大而增大，该处理器1310用于从该数量的参数集1311、1312中选择该参数集1313。举例来说，针对第一SNR的该数量的参数集 1311、1312可包括针对第二SNR的该数量的参数集1311、1312的参数集的子集，其中第二SNR高于第一SNR。参数集1313可由子载波间隔和多载波信号1321的每子帧数据符号数目定义，例如上文关于图1到图11所描述。
处理器1310可用于基于可用于发射器设备1300的无线信道的预定知识来选择参数集1313。在一个实施方案中，处理器1310可用于基于无线信道的容量最大化度量来选择参数集1313。在替代(或额外)实施方案中，处理器1310可用于基于预测在接收多载波信号1321的接收器处的有效SNR来确定无线信道的容量。
处理器1310可用于基于根据无线信道的二阶统计量，具体地说，根据无线信道的多普勒频移、均方根(root mean square，RMS)延迟和噪声功率计算先前导频301、302、303、304与在接收器处接收到的每个数据符号305的理论最小均方差，来预测接收器处的有效SNR，例如上文关于图3所描述。
处理器1310可用于基于计算以下方程式来预测接收器处的有效SNRγ1：
Figure BDA0002074109910000121
其中γ0表示标称SNR，且ε表示平均均方差。
处理器1310可用于基于关于多载波信号1321的非数据相关时频资源的开销最小化度量来选择参数集1313。
多载波信号1321的非数据相关时频资源可包括多载波信号1321的保护时段 104、循环前缀和控制信道102。处理器1310可用于在无线信道的预定知识不可用于发射器设备1300的情况下，基于开销最小化度量820来选择参数集1313，例如上文关于图8所描述。
处理器1310可用于基于多载波信号1321的以下参数中的至少一个来计算开销最小化度量820：控制和导频符号数目817、子载波间隔830、循环前缀(cyclic prefix，CP)815、数据符号数目831、保护时段(guard period，GP)816、关于发射时间间隔(transmission time interval，TTI)的时延约束825，例如上文关于图8所描述。
处理器1310可用于基于以下方程式计算开销最小化度量820：
Figure BDA0002074109910000122
其中，nT是控制和导频符号的总数目，fsc是子载波间隔，TCP是CP，nD是数据符号数目，TGP是保护时段，且τLAT是应用以下时延约束的时延约束：(nD+nT)(1/fsc)+2TGP<τLAT
发射器1320可用于在控制信道中将选定参数集1313传送到接收多载波信号1322的接收器。
图14是根据实施形式的说明用于单载波通信系统中的发射器设备1400的框图。发射器设备1400是单载波(single-carrier，SC)信号的上文关于图13所描述的发射器设备1300的实施方案，该单载波信号例如是频分多址(frequency division multiple access，FDMA) 信号。
发射器设备1400包括处理器1410和发射器1420。处理器1410用于从一定数量的参数集中选择(最佳)参数集1413，该一定数量为至少两个，其中参数集1413标识用于通过无线信道发射例如调制符号1421的单载波信号的发射参数集合，该选择是基于发射信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，例如上文关于图1到11所描述。处理器1410可使用信道知识1411和物理约束1412进行此选择。发射器1320用于基于选定参数集1413发射多载波信号1322，例如上文关于图1到图11所描述。发射器1420包括DFT模块1423、子载波映射模块1424、IDFT模块1425和并串转换模块1426。调制符号1421由DFT模块1423 变换到频域中，由子载波映射模块1424映射到子载波上，由IDFT模块1425变换到时域，并由P/S模块1426进行并串移位以提供发射符号1422，用于通过发射信道发射。
在此实施方案中，考虑单载波系统，例如单载波频分复用(Single Carrier-Frequency Division Multiplexing，SC-FDM)。系统与OFDM相同，不同之处在于在 IDFT块1425之前存在额外DFT块1423和子载波映射块1424。单载波系统具有较低的峰值功率与平均功率比值(Peak to Average Power Ratio，PAPR)，因此有利于具有有限电源的设备。此外，由于多普勒频移在所有子载波上扩展，所以该系统对于多普勒频移更具有鲁棒性。通过考虑额外DFT块1423对针对载波间干扰的鲁棒性造成的影响，上文所公开的技术可用于调谐单载波系统的参数。
图15是根据实施形式的说明用于在无线通信系统中发射多载波信号的方法1500的示意图。方法是无线通信系统中的多载波信号的实施方案，例如上文关于图1到图13所描述。当然其它实施方案也是可能的，例如发射信号可以是多载波信号或单载波信号，具体地说，是单载波(single-carrier，SC)频分多址(frequency division multiple access，FDMA)信号、滤波器组多载波(filter bank multicarrier，FBMC)信号、脉冲成形OFDM信号或滤波 OFDM信号，如上文关于图13所描述。发射信道可以是无线信道、数字订户线(digital subscriber line，DSL)信道、电力线信道、光学信道、电缆信道或卫星信道，如上文关于图 13所描述。
方法1500包括从一定量的参数集中选择1501参数集，该一定数量为至少两个，其中该参数集标识用于通过无线信道发射多载波信号的多载波参数集合，该选择是基于无线信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，例如上文关于图1到图13所描述。方法还包括基于选定参数集发射1502多载波信号，例如上文关于图1到图13所描述。
方法1500的更一般版本包括：从一定量的参数集中选择参数集，该一定数量为至少两个，其中该参数集标识用于通过发射信道发射发射信号的发射参数集合，该选择是基于发射信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，例如上文关于图1到图13所描述。方法还包括基于选定参数集发射发射信号，例如上文关于图1到图13所描述。
本发明还支持包括计算机可执行代码或计算机可执行指令的计算机程序产品，这些计算机可执行代码或计算机可执行指令在执行时使得至少一台计算机执行本文所述的执行及计算步骤，尤其是以上描述的方法的步骤。此计算机程序产品可以包括其上存储程序代码以供计算机使用的可读非瞬时性存储媒体。程序代码可以执行本文中所描述的处理和计算步骤，尤其是上文描述的方法1500。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实现方式中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实现方式中的一个或多个特征或方面相结合，只要是任何给定或特定的应用需要或对于任何给定或特定的应用是有利的即可。而且，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其它变形在详细说明或权利要求书中使用，这类术语和术语“包含”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性”，“例如”仅表示为示例，而不是最好或最佳的。可以使用术语“耦合”和“连接”及其派生词。应当理解，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
尽管本文中已说明和描述特定方面，但所属领域的技术人员应了解，多种替代和/或等效实施方式可在不脱离本发明的范围的情况下代替所示和描述的特定方面。所述申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
尽管所附权利要求书中的要素是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求的阐述另有暗示用于实施部分或所有这些要素的特定顺序，否则这些要素不必限于以所述特定顺序来实施。
通过以上启示，对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化是显而易见的。当然，所属领域的技术人员容易认识到除本文所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将认识到在不偏离本发明的范围的前提下，仍可对本发明作出许多改变。因此，应理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (18)

1.一种用于通信系统中的发射器设备，其特征在于，所述发射器设备包括：
处理器，所述处理器用于从一定数量的参数集中选择参数集，所述数量为至少两个，其中所述参数集标识用于通过发射信道发射发射信号的发射参数集合；以及
发射器，所述发射器用于基于所述选定参数集发射所述发射信号；
其中，在所述发射信道的信道知识可用于所述发射器设备的情况下，所述处理器用于基于所述发射信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)来选择所述参数集；或，
在所述发射信道的信道知识不可用于所述发射器设备的情况下，所述处理器用于基于关于所述发射信号的非数据相关时频资源的开销最小化度量来选择所述参数集，所述发射信号的所述非数据相关时频资源包括所述发射信号的保护时段、循环前缀和控制信道。
2.根据权利要求1所述的发射器设备，
其特征在于，所述发射信号是多载波信号或单载波信号中的一个，具体地说，是单载波(single-carrier，SC)频分多址(frequency division multiple access，FDMA)信号、滤波器组多载波(filter bank multicarrier，FBMC)信号、脉冲成形OFDM信号或滤波OFDM信号中的一个；且
其中所述发射信道是无线信道、数字用户线路(digital subscriber line，DSL)信道、电力线信道、光学信道、电缆信道或卫星信道中的一个。
3.根据权利要求1或2所述的发射器设备，
其特征在于，所述参数集标识用于通过无线信道发射多载波信号的多载波参数集合，其中所述选择是基于所述无线信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)；且
其中所述发射器用于基于所述选定参数集发射所述多载波信号。
4.根据权利要求3所述的发射器设备，
其特征在于，所述参数集的数量随SNR的增大而增大，所述处理器用于从所述数量的参数集中选择所述参数集。
5.根据权利要求3所述的发射器设备，
其特征在于，第一SNR的所述数量的参数集包括高于所述第一SNR的第二SNR的所述数量的参数集的所述参数集的子集。
6.根据权利要求3所述的发射器设备，
其特征在于，多载波信号作为发射信号的参数集，通过子载波间隔和所述多载波信号的每子帧数据符号数目来定义。
7.根据权利要求1或2所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于基于可用于所述发射器设备的所述发射信道的预定知识来选择所述参数集。
8.根据权利要求7所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于基于所述发射信道的容量最大化度量来选择所述参数集。
9.根据权利要求8所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于基于预测在接收所述发射信号的接收器处的有效SNR来确定所述发射信道的所述容量。
10.根据权利要求9所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于基于根据所述发射信道的二阶统计量，具体地说，根据所述发射信道的多普勒频移、均方根(root mean square，RMS)延迟和噪声功率计算先前导频与在所述接收器处接收到的每个数据符号的理论最小均方差，来预测所述接收器处的所述有效SNR。
11.根据权利要求10所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于基于计算以下方程式来预测所述接收器处的所述有效SNRγ1：
Figure FDA0003271532750000021
其中γ0表示标称SNR，且ε表示平均均方差。
12.根据权利要求1所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于在所述发射信道的预先确定的知识不可用于所述发射器设备的情况下基于所述开销最小化度量来选择所述参数集。
13.根据权利要求1或12所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于基于所述发射信号的以下参数中的至少一个来计算所述开销最小化度量：
控制和导频符号的数目，
子载波间隔，
循环前缀(cyclic prefix，CP)，
数据符号数目，
保护时段(guard period，GP)，
关于发射时间间隔(transmission time interval，TTI)的时延约束。
14.根据权利要求13所述的发射器设备，
其特征在于，所述处理器用于基于以下方程式来计算所述开销最小化度量：
Figure FDA0003271532750000022
其中，nT是所述控制和导频符号的总数目，fsc是所述子载波间隔，TCP是所述CP，nD是所述数据符号数目，TGP是所述保护时段，且τLAT是应用以下时延约束的所述时延约束：
(nD+nT)(1/fsc)+2TGP<τLAT。
15.根据权利要求1或2所述的发射器设备，
其特征在于，所述发射器用于在控制信道中将所述选定参数集传送到接收所述发射信号的接收器。
16.一种用于在通信系统中发送发射信号的方法，所述方法应用于发射器设备，其特征在于，所述方法包括：
从一定数量的参数集中选择参数集，所述数量为至少两个，其中所述参数集用于标识通过发射信道发送发射信号的发射参数集合；以及
基于所述选定参数集发射所述发射信号；
其中，在所述发射信道的信道知识可用于所述发射器设备的情况下，基于所述发射信道的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)来选择所述参数集；或，
在所述发射信道的信道知识不可用于所述发射器设备的情况下，基于关于所述发射信号的非数据相关时频资源的开销最小化度量来选择所述参数集，所述发射信号的所述非数据相关时频资源包括所述发射信号的保护时段、循环前缀和控制信道。
17.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序，所述程序包括指令，所述指令在由计算机执行时使得所述计算机执行如权利要求16中所述的方法。
18.一种通信装置，其特征在于，所述通信装置包括处理器，所述处理器用于执行如权利要求16中所述的方法。
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