CN112805933A - 多用户协调 - Google Patents
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Abstract
公开一种通信装置的方法,该通信装置被配置有用于与多个用户通信的两个或更多个多用户协调模式。该方法包括确定多个用户的可用空间选择性,并且基于所确定的可用空间选择性以及多个用户的数量来选择两个或更多个多用户协调模式之一。还公开对应设备、通信接收器和计算机程序产品。
Description
技术领域
本公开一般涉及通信装置领域。更特别地,它涉及通过通信装置的多用户协调(multi-user coordination)。
背景技术
传统上,通过确保或者至少尝试确保所传送信号之间的正交性而优选地进行来自或到蜂窝网络(NW)中的多个用户设备(UE)的信号传输。这种方式可被表示为常规正交多址(conventional orthogonal multiple access)(COMA)。实现这种正交性的典型方式是经由正交资源(诸如,在时域、频域和空间域中的一个或多个方面是正交的资源)的分配。
为了减轻这类分配中的不完全性(imperfection)和/或减轻传播信道所引入的不完全性,通信接收器通常应用针对恢复正交性的信号处理。这种信号处理的示例包括均衡、干扰抑制组合(IRC)和最小均方误差(MMSE)检测。这种信号处理的应用可对于正交频分多址(OFDM)接收器或者多输入多输出(MIMO)接收器是相关的;而且对于这类接收器的非线性变体也是相关的。
COMA传输的扩展旨在再使用服务于位于小区覆盖区的空间上不重叠区域中的用户的时间-频率(T/F)资源。例如,在上行链路多用户MIMO(UL MU-MIMO)传输中,当共享相同T/F资源的多个用户(UE)在物理意义上是空间上分离的和/或其有效单输入多输出(SIMO)信道向量充分不相关时,网络节点(例如,gNB)中的多天线接收器可用来分离来自所述用户的信号。
在一些场景中,与根据COMA或MU-MIMO方式原本所允许的相比,可期望能够处置甚至更大数量的用户(使用给定通信资源)。实现这个的一种方式是应用非正交多址(NOMA)。在典型的NOMA场景中,至少两个非空间上可分离的用户共享T/F资源。
MU-MIMO和/或NOMA传输的信号的资源分配(例如,T/F调度)涉及多个参数和折衷(trade-off)。
因此,存在对多用户协调的方式的需要。这类方式例如可涉及若干可用多用户协调模式之一的选择和/或多用户通信的资源分配。
发明内容
应当强调,术语“包括(comprises/comprising)”在本说明书中使用时用来指定所陈述的特征、整体、步骤或组件的存在,但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、组件或者其群组的存在或添加。如本文中所使用的,除非上下文另外明确指示,否则单数形式“一(a、an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。
一般来说,当本文中提到布置时,要被理解为物理产品(例如,设备)。物理产品可包括一个或多个部分,诸如采取一个或多个控制器、一个或多个处理器等的形式的控制电路。
一些实施例的一目的是解决或减轻、缓解或消除上面或其它缺点中的至少一些。
根据第一方面,这是通过通信装置的方法来实现的,该通信装置被配置有用于与多个用户通信的两个或更多个多用户协调模式。
该方法可包括确定多个用户的可用空间选择性。
该方法还可包括基于所确定的可用空间选择性以及多个用户(users of theplurality)的数量来选择两个或更多个多用户协调模式之一。
在一些实施例中,两个或更多个多用户协调模式可包括正交多址模式、空间多址模式和非正交多址模式。
当所接收的信号是非正交多址(NOMA)信号时,它可包括多个用户的相应信号部分,其中相应信号部分可在时域、频域和空间域中的一个或多个中叠加(superimpose)。
在一些实施例中,该方法可进一步包括确定多个用户的可用通信资源的数量。选择多用户协调模式可进一步基于可用通信资源的所确定的数量。
在一些实施例中,选择两个或更多个多用户协调模式之一可包括当可用通信资源的数量高于或等于多个用户的数量时选择正交多址模式。
在一些实施例中,选择两个或更多个多用户协调模式之一可包括当可用通信资源的数量少于多个用户的数量以及用户的每个空间上可分离群组的可用通信资源的数量高于或等于该群组的用户的数量时选择空间多址模式。
在一些实施例中,选择两个或更多个多用户协调模式之一可包括当用户的空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源的数量少于该群组的用户的数量时选择非正交多址模式。
在一些实施例中,选择两个或更多个多用户协调模式之一可包括当用户的空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源的数量少于该群组的用户的数量时选择非正交多址模式和空间多址模式之一。
在一些实施例中,选择非正交多址模式和空间多址模式之一可基于非正交多址模式和空间多址模式中的每个的可实现性能度量。
在一些实施例中,可实现性能度量可以是多个用户的总数据速率。
在一些实施例中,该方法可进一步包括确定与多个用户相关联的签名序列(signature sequence)之间的互相关(cross correlation)。选择多用户协调模式可进一步基于所确定的互相关。
在一些实施例中,该方法可进一步包括根据所选的多用户协调模式与多个用户进行通信。
第二方面是一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括非暂时计算机可读介质,在所述非暂时计算机可读介质上具有包括程序指令的计算机程序。计算机程序可加载到数据处理单元中,并且配置成当计算机程序被数据处理单元运行时引起根据第一方面的方法的执行。
第三方面是一种用于通信装置的设备,该通信装置被配置有两个或更多个多用户协调模式。该设备包括控制电路。
控制电路可配置成引起对多个用户的可用空间选择性的确定。
控制电路还可配置成基于所确定的可用空间选择性以及多个用户的数量引起对两个或更多个多用户协调模式之一的选择。
第四方面是一种包括第三方面的设备的通信装置。
该通信装置例如可以是无线通信装置、(无线)接收器装置和无线电接入节点(例如,网络节点)中的任何通信装置。
在一些实施例中,上述方面中的任何方面还可具有与上面针对其它方面中的任何方面所说明的各种特征中的任何特征相同或对应的特征。
一些实施例的优点在于,提供多用户协调的方式。
一些实施例的另一个优点在于,提供用于若干可用的多用户协调模式之一的选择和/或多用户通信的资源分配的方式。
一些实施例的又一优点在于,提供用于选择何时要应用NOMA的方式。
根据各个实施例,干扰在共享T/F资源的NOMA UE(和/或MU-MIMO UE)之间被最小化—或者至少被保持在低水平。
这可通过将与资源再使用有关的判定(自动地)基于UE的实际可用空间分离来实现。
根据一些实施例,当(仅当在一些实施例中)使用MU-MIMO不能支持(要求容纳(accommodate)多个用户)系统的过载时,激活NOMA。这个方式可导致改进,因为每UE数据速率增加,和/或因为NOMA/MU-MIMO UE的合计速率增加。
一些实施例的又一个优点在于,针对吞吐量和/或容量的改进;提供灵活传送资源调度和/或灵活通信模式选择。
附图说明
参考随附附图通过以下对实施例的详细描述,进一步的目的、特征和优点将会显现。附图不一定是按比例绘制,而是将重点放在示出示例实施例上。
图1是示出根据一些实施例的示例方法步骤的流程图;
图2是示出根据一些实施例的示例方法步骤的流程图;
图3是示出根据一些实施例的各种多用户协调模式的示意图;
图4是示出根据一些实施例的编组的示意图;
图5是示出根据一些实施例的示例设备的示意框图;以及
图6是示出根据一些实施例的示例计算机可读介质的示意图。
具体实施方式
如上面已经提及的,应当强调,术语“包括”在本说明书中使用时用来表示所陈述的特征、整体、步骤或组件的存在,但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、组件或者其群组的存在或添加。如本文中所使用的,除非上下文另外明确指示,否则单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式。
下文中将参考随附附图更全面地描述和例示本公开的实施例。但是,本文中所公开的解决方案能够按照许多不同形式来实现,而不应当被解释为限于本文中阐述的实施例。
如上面所提及的,与根据COMA或MU-MIMO方式原本所允许的相比,可期望能够处置甚至更大数量的用户(使用给定通信资源)。当这能够相关时的一个示例是当与通信资源和空间分离有关的可用自由度(DoF)少于要被服务的用户的数量时。
实现对大量用户的容纳的一种方式是应用非正交多址(NOMA)。在典型NOMA方式中,可在相同T/F/S(定时(timing)-频率-空间)资源中调度多个UE,由此不同UE中的至少一些UE的信号将不会在接收器处充分正交。因此,将存在需要由接收器来处置的残余用户间干扰。
因此,根据NOMA传输的性质,非正交地接收多个信号,以及(一般地)重叠(叠加的)信号通常可需要由接收器在解码之前分离。为了帮助这种分离,UE特定的签名序列(SS)可被施加在每个用户的信号上,其可促进在接收器处对单独用户信号的提取和/或可能够实现有效端到端信道的构建,该有效端到端信道与没有SS的应用的情况相比更靠近对角线(具有用户之间的更少互相关)。
在利用SS的NOMA方式的示例中,每个UE使用N长度扩展序列(签名序列SS或者签名向量){sk}来扩展其(例如,正交幅度调制QAM)信息符号。K表示同时活动的UE的数量。对于具有单个天线的基站(BS,例如gNB),所接收信号向量能够被写为
其中N是签名向量所跨越并且携带相同信息符号的资源(例如,资源元素RE)的数量,hk是第k个UE与gNB之间的信道向量;xk是第k个UE的信息符号,w表示噪声,以及运算符⊙代表两个向量的逐点乘法(哈达玛积(Hadamard product))。对于具有多个接收天线的基站,可通过拼接(concatenate)来自每个天线的N长度接收向量y来形成与单个信息符号对应的所接收信号。
从系统性能观点来看,为所有UE联合选择传送策略并且然后采用联合多用户检测器(MUD)可被认为是最佳的。通常,签名序列被设计成具有某些预期相关性质,以及签名序列{sk}(SS)的构建导致各种传输方案之间的差异。
SS设计可基于不同准则,例如低互相关和/或稀疏性。一般来说,当用比时间-频率-空间资源能够支持的UE更多的UE使系统过载时,用户之间的一些残余干扰将如上面所提及的那样保持。SS的设计通常可集中于创建使UE之间的串扰(crosstalk)最小化的序列集合(例如,韦尔奇界序列(Welch bound sequence))。
在本公开中,各个示例的焦点将(不打算作为限制)在符号级扩展方案上,并且术语“签名序列”(SS)将用来指的是NOMA用户特定的签名,所述签名区分用户的信号(并且用来分离接收器处的信号)。其它术语可存在,例如更一般术语“签名”,它可用来包括许多类型的NOMA方案。
NW通常处于UE操作模式的控制之下—根据COMA、MU-MIMO和/或NOMA进行调度(例如,将签名序列用于进一步分离)。在NOMA模式中,传送器和接收器两者(例如,分别在蜂窝NW上行链路(UL)用例中的UE和网络节点)通常知道所使用的(一个或多个)相关签名序列和/或所使用的(一个或多个)签名序列的相关性质。例如,NW可向每个UE通知所分配的SS,和/或提供足以使UE确定合适的SS的其它信息。
如上面所提及的,根据NOMA传输的性质,非正交地接收多个信号,以及(一般地)重叠(叠加的)信号通常可需要由接收器在解码之前分离。这与当接收器的空间选择性不足以完全分离UE时采用例如MU-MIMO信令的场景类似。
但是,COMA和/或MU-MIMO接入中的各个信号通常在接收器处以适度(例如,计算)工作量是可分离的,而NOMA信号有意共享一个或多个域中的资源,并且由此与COMA和/或MU-MIMO接入信号相比招致不良解调和解码质量。因此,NOMA通常要求接收器处的特定工作量来致力于解决互相关。
在第五代(5G)新空口(new radio)(NR)的上下文中例示,COMA通常可用来在时间/频率网格中将UE复用到不同资源。在许多上行链路多址场景中,MU-MIMO可附加地用来容纳比时间/频率复用单独所准许的UE更多的UE。NOMA传输然后可被看作是用于增强COMA和/或MU-MIMO的附加工具;例如在其中时间/频率资源和空间自由度不足以容纳所有UE的情况中。可通过提供使用签名序列的附加UE分离来实现该增强。MU-MIMO和NOMA可同时或分开被应用,并且它们可被看作是用于容纳用户过载的非冲突机制。
MU-MIMO和/或NOMA传输的信号的资源分配(例如,T/F调度)涉及多个参数和折衷。这在下面例示。
在MU-MIMO中,大的重叠物理资源块(PRB)群组中的协同调度UE可以是有利的,因为每个UE然后能够使用低阶调制和/或低码率(例如,低指数(low-index)调制和编码方案(MCS))。但是,协同调度的UE(共享T/F资源的UE)在没有通过接收器处理被完全分离的情况下通常易受干扰。
在NOMA中,符号级(或另一签名)扩展的应用固有地导致不同UE的信号的PRB重叠。由于UE过载情况的签名设计为非正交的,所以重叠信号的分离一般可能不是完全的。由不完全分离引起的残余干扰可导致接收质量降低和/或可实现的每UE数据速率降低和/或可实现的小区数据速率降低。
因此,如上面已经指出的,存在对多用户协调的方式的需要。这类方式例如可涉及若干可用多用户协调模式之一的选择和/或多用户通信的资源分配。
传输框架可以是有益的,该传输框架平衡潜在干扰UE的信号重叠与每UE可用资源最大化以在最高效MCS下操作的目标。
下面将描述实施例,由此提供多用户协调的方式(例如,多址的传输方案选择和/或资源分配)。
应当注意,针对上行链路多用户(UL MU)传输示例来说明该方式,但是应当注意,所述原理同样可适用于下行链路(DL)传输。
图1示出根据一些实施例的示例方法10。
步骤100包括获得要被容纳的UE的数量、每UE的传输块大小(TBS)和可用PRB。例如,NW(例如,NW节点、gNB或者NW中的控制单元)获得要被容纳的UE的数量、每UE的TBS和可用PRB的数量。该信息通常从调度器信息可得到(例如,当符合第三代合作伙伴计划3GPP新空口NR的技术规范TS 38.214时)。通常,该方法可作为调度器实现的部分来执行,并且依靠作为输入参数所提供的一些调度参数。
步骤110包括确定可用空间选择性。例如,NW确定空间自由度(DoF)的可用数量。在一些实施例中(例如,对于一些部署),该信息可基于当前活动天线元件的数量(可能连同其它考虑因素一起或者由其替代)来确定。
NW可进一步估计期待的成对UE间干扰抑制Ls(例如,单位为dB),其取决于T/F资源再使用因子是否超过空间DoF的数量(及其超过空间DoF的数量的程度)。该度量例如可根据总或平均抑制、UE之间的最坏情况泄漏等。
步骤110的确定例如可包括从数值模拟来检索所存储的结果。
一般来说,可用空间DoF的数量通常被限制到接收器处和/或传送器处的天线元件的数量。因此,天线元件的数量是可用来确定可用空间选择性的一个参数。
但是,可被分离的UE的数量实际上可低于最大极限。UE分离通常依靠沿其它UE的方向导引(steer)每个UE的传输模式的空值(null)的能力。这种能力可受到信道估计的质量所影响。对于低质量信道估计,实际(一个或多个)空值的位置可偏离预期位置(其它UE的方向),并且UE间干扰保持。因此,信道估计的质量是可用来确定可用空间选择性的一个参数。
此外,通常难以分离位于相互“紧邻的”附近的两个UE(其中“紧邻的”可以是例如全覆盖线/球体的大约1/,以及N是每阵列维数(array dimension)的天线元件的数量)。因此,UE之间的距离(如由接收器所看到的)是可用来确定可用空间选择性的一个参数。
具有不同性能损失(或者缺乏干扰抑制)的不同场景(例如,视线LOS或富衰落(rich fading))中的空间DoF的实际期待数量可例如在数字上确定并且存储在接收器查找表(LUT)中。
步骤120包括确定TBS的码率/性能相关性。例如,NW针对不同码率或者针对被分配给非扩展UE信号的PRB的不同数量来评估给定TBS的编码增益Gc(例如,单位为dB)。编码增益可作为目标BLER级别的单个度量来提供,或者可针对不同SINR操作点被单独量化。步骤120的确定例如可包括根据数值模拟来检索所存储的结果。
步骤130包括确定一个或多个扩展码集合的扩展码互相关性质。例如,NW确定两个或更多候选扩展码集合的扩展码互相关性质。这类扩展码集合的示例在表1(描述图3的示例信号配置)中示出,其将在本文中稍后描述。
互相关性质例如可根据描述交叉码泄漏(cross-code leakage)的影响的成对UE间抑制图Lcc(例如,单位为dB)来表达。该度量例如可描述总或平均抑制、UE之间的最坏情况泄漏等。应当注意,这里所涉及的扩展码可以但不一定与NOMA签名或签名序列相同。
步骤140包括基于100-130的结果来选择多UE配置。例如,来自100-130的所收集的信息用来确定优选多用户协调模式及其参数。
步骤150包括根据步骤140的所选的配置来操作多UE通信。例如,NW向UE发信号通知所选的模式的指示及相关参数(例如,PRB、SS、时域资源、频域资源、层数等的分配),并且执行MU传输/接收。
图2示出根据一些实施例的通信装置的示例方法200,该通信装置被配置有用于与多个用户通信的两个或更多个多用户协调模式。
在步骤210(与图1的步骤110相比)中,确定多个用户的可用空间选择性。在可选步骤220(与图1的步骤100相比)中,确定多个用户的可用通信资源(例如,时域和/或频域中的资源)的数量。在可选步骤230(与图1的步骤130相比)中,确定与多个用户相关联的签名序列之间的互相关。步骤210、220和230的确定可如图2所示并行地执行。备选地,步骤210、220、230中的一个或多个可与其它步骤中的任何步骤依次执行或者在完全不同的时间点和/或在不同的时间间隔执行。
在步骤240(与图1的步骤140相比)中,基于所确定的可用空间选择性和多个用户的数量,并且可能还基于可用通信资源的所确定的数量和所确定的互相关中的一个或多个,来选择两个或更多个多用户协调模式之一。在可选步骤250(与图1的步骤150相比)中,根据所选的多用户协调模式来执行通信。
两个或更多个多用户协调模式包括正交多址模式(例如,使用T/F分离的COMA)、空间多址模式(例如,MU-MIMO)和非正交多址模式(例如,NOMA)。
各种合适的组合也可被包括在两个或更多个多用户协调模式中。例如,一种模式可包括正交多址和空间多址的组合(这种组合也可简单地称作空间多址模式),一种模式可包括正交多址和非正交多址的组合(这种组合也可简单地称作非正交多址模式),一种模式可包括非正交多址和空间多址的组合,和/或一种模式可包括正交多址、空间多址和非正交多址的组合(这种组合还可简单地称作非正交多址模式)。
步骤240中的多用户协调模式的选择可按照任何合适的方式来执行,并且本文中将给出若干示例。
在一些实施例中,当可用通信资源(例如,在时域和/或频域中)的数量高于或等于多个用户的数量时,选择正交多址模式。
在一些实施例中,当可用通信资源(例如,在时域和/或频域中)的数量少于多个用户的数量并且用户的每个空间上可分离群组的可用通信资源的数量高于或等于该群组的用户的数量时,选择空间多址模式(典型地,正交多址与空间多址相组合)。
在一些实施例中,当用户的空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源(例如,在时域和/或频域中)的数量少于该群组的用户的数量时,选择非正交多址模式(典型地,正交多址与非正交多址相组合并且可能还与空间多址相组合)。
在一些实施例中,当用户的空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源的数量少于该群组的用户的数量时,可存在非正交多址模式(典型地,正交多址与非正交多址相组合并且可能还与空间多址相组合)与空间多址模式(典型地,正交多址与空间多址相组合)之一之间的选择。
在这类实施例中,选择可基于非正交多址模式和空间多址模式中的每个的可实现性能度量。这提供折衷两个不同模式的有益效果和缺点的方式。例如,可实现性能度量可以是多个用户的总数据速率和/或每用户数据速率(例如,根据平均或最坏情况)。
为了描述本文中所提出的一些示例的一般原理,假定要被服务的UE的数量和总的可用T/F资源是固定或预确定的。用于操作系统中的多个UE的模式的一些极端示例包括:
(1)在COMA模式中将每个UE分配给PRB的专用集合;
(2)在MU-MIMO模式中在重叠资源中操作所有UE;
(3)使用遍布所有T/F资源的NOMA,使用其大小等于UE的数量的SS集合。
由于当UE的数量较大时,PRB的总数不足,和/或由于每UE要求多于一个PRB以容纳TBS或者提供足够的差错保护;方式(1)可能不一定是可行的。
当UE的数量超过信道的空间选择性时,方式(2)可能不一定是可行的。空间选择性(空间分离)可指的是在接收特定UE的信号的同时沿其它UE的方向来导引单独空值的能力。
例如如果所产生的SS集合相对扩展因子较大并且因此招致高UE间相关性;与(1)和(2)相比,方式(3)可引起低等性能。
一些实施例通过认识到和组合如下见识(insight)来提供一致的资源分配框架:在对给定信道状况的增加健壮性方面,降低UE的编码率具有递减回报(diminishingreturn),以及一般总共N个UE可通过接收器采用N个天线元件来空间上分离(但是可分离UE的数量在一些状况下可以是较小的)。
根据一些实施例的框架至少基于如下原理在(1)-(3)之间找到有利折衷和中间立场(middle ground):协同调度UE之间的残余干扰的降级影响通常应当小于因降低的数据速率(经由调整的MCS、TBS缩放等)引起的增加的健壮性,并且通常应当仅当UE分离中的基于解扩的改进(de-spreading-based improvement)超过来自增加的编码率的损失时才引入NOMA扩展。
在NOMA上下文中,术语“(过)负载”通常指的是共享相同T/F资源的UE的数量;再使用因子。在最大(过载)系统中,这个数量通常等于SS的扩展因子。但是,相同数量的UE可按照若干不同方式被容纳;其中具有不同的再使用因子。因此,主要感兴趣参数因而是要被容纳的UE的数量以及可用资源(例如,PRB的数量)。
图3示意示出根据一些实施例的各种多用户协调模式。描绘了根据不同MU传输模式的信号分配的一些示例,其还示出如上面提及的各种折衷。在这些示例中假定4个PRB是可用的(例如,在频域中;沿图3的竖直方向所表示)。
配置(A)例示COMA传输(上面的极端示例(1))。这个方式能够容纳总共4个UE(其信号分别被表示为311、312、313、314),各自在自己的独立PRB中被分配。
如果更多UE(例如,6个UE)需要同时被处置,则可调用(invoke)MU-MIMO传输,共享所有UE(其信号分别被表示为321、322、323、324、325、326)之间的资源,如由配置(B)(上面的极端示例(2))所例示。
备选MU-MIMO方式由配置(C)来例示,其中频域的可用带宽被分成两个正交段,并且其中每段的资源由3个UE(其信号分别被表示为用于一段的331、332、333以及用于另一段的334、335、336)共享。
如果空间自由度的最大数量超过UE的数量(本例中为6个,例如当采用8-16个天线时),配置(B)也许可能是优选协调模式,因为相对低的码率可用于那个模式。
如果空间自由度的最大数量不超过UE的数量(例如,在本例中采用4-6个天线时),则配置(C)可以是优选的,因为避免UE的每个群组(每段一个群组)内的过度串扰;这抵消来自较高速率MCS的降低的编码增益。
配置(D)和(E)例示使用基于SS的符号级扩展的NOMA传输,其中基本上以不同权重跨信号带宽(的部分)来重复每个UE(341、342、343、344、345、346;361、362、363、364、365、366)的PRB(351、352、353、354;371、372;381、382)。配置(D)示出具有6个UE和等于4的SS长度的情况,其中每个UE(341、342、343、344、345、346)经由相应长度4SS与整个带宽上的PRB(351、352、353、354)相关联。配置(E)示出具有6个UE和等于2的SS长度的情况,其中每个UE(361、362、363、364、365、366)经由相应长度2SS与整个带宽的相应一半上的PRB(371、372和381、382)相关联。
通过如上类似的说明,当相对高数量的空间自由度可用时,配置(D)可以是优选的。然而,与上面相反,空间自由度的数量通常需要等于或超过UE的数量,因为扩展也有助于信号的分离。如果没有或者极少空间自由度是可用的,则配置(E)可以是优选的。
图3的示例示出频域扩展(PRB上),同时应当注意,备选地或组合地可使用时域扩展(资源元素RE上)。
根据一些实施例,COMA和/或MU-MIMO可被看作是NOMA扩展的特例。采用COMA和/或MU-MIMO传输的备选视图作为具有某种扩展码的NOMA样式传输示出资源分配优化可如何被应用于MU-MIMO和NOMA资源分配两者。为了说明这个,可如表1中所定义的那样来表征图3的示例配置。配置(E)的扩展长度被陈述为4(与先前的NOMA SS长度定义不同),以获得对4-PRB带宽的所有配置上的扩展码集合的一致描述。
配置的备选视图可用来确定MU模式之间的切换点,不只是确定每种模式内的扩展长度选择。例如,当UE的数量为6并且天线的数量为2时,则需要扩展因子至少为3的NOMA模式。
表1:根据图3的候选配置(多用户协调模式)的示例表征。
图3和表1中所例示的原理可适用于图1的步骤130和140,其中确定互相关并且选择多UE配置。将表1用作将6个UE调度到4个PRB中的示例,可在步骤130中分析配置(B)-(E),以及相对性能度量可针对每个配置被确定并且用于步骤140的选择中。在这个示例中,配置(A)无需考虑,因为在COMA方式中不能够容纳6个UE。
通常可选择具有最佳性能度量的模式。现在将针对步骤140的选择来给出示例方式;量化性能增益和折衷。
例如可根据它们所产生的数据信道SNR、SIR或SINR效应来评估和比较折衷。可经由候选配置的所得相对性能度量来量化折衷,所得相对性能度量通过组合因不同参数选择引起的性能损失和/或增益来获得。可根据平均或瞬时度量(例如,SINR)来评估折衷。评估可在子带上单独地或者在整个信号带宽上联合地进行。在一些实施例中,解调参考信号(DMRS)资源元素(RE)可用来辅助估计、应用适当的缩放等。
在其中要容纳K个UE的一些实施例中,通过组合给定每UE PRB分配的编码增益Gc、成对空间抑制Ls和基于扩展的成对抑制Lcc,针对每个配置来形成相对性能度量A:
A[dB]=dB[lin(Gc[dB])(1/(1+(K-1)lin(Ls[dB]+Lcc[dB])))],
其中项1/(1+(K-1)lin(Ls[dB]+Lcc[dB]))表示因不完全空间分离和非正交扩展引起的SINR降级。这个性能度量可例如用于步骤140的选择。
在一些实施例中,Ls和Lcc是所有UE上的平均数,包括(近)完全和不完全成对关系两者。在其它实施例中,可使用最坏情况或总抑制度量,并且可省略与K-1的乘法。
图4示意示出根据一些实施例的要通过NOMA(例如,经由SS)所分离的UE的示例编组。通信装置(CD)400从八个UE(UE1-UE8)411、412、413、414、421、422、423、424接收信号。八个UE被编组成两个群组410、420,其中一个群组的UE与另一群组的所有用户是空间上可分离的。在每个群组内,如本文中稍后将例示的使用合适的SS来分离用户。如果不同群组的UE是(接近)正交的,则通信装置400的接收器可并行处理每个群组的用户。
签名序列SS的正确设计和分配可特别促进这个方式。编组则是提前已知的,以及如果群组内SS是正交的,则完全去除群组内的干扰(在解扩之后)。
某些类型的韦尔奇界扩展多址(WSMA)SS设计允许定义序列的群组,所述序列的群组是相互正交的,使得非零互相关仅存在于群组之间。下面描述一个这种方式:
SS的(潜在较大的)集合可被提供有不均匀序列间互相关性质,其中一些序列对具有低互相关,而其它序列对具有高互相关。作为一般原理,针对不变的总集合大小,获得一些SS对的相对低互相关导致其它对增加的互相关。
该方式可包括在SS分配期间隐式或显式对UE进行编组,使得群组内SS互相关低。由此,SS可用于每个群组内的高效用户分离。相比之下,可允许群组间SS相关性高,因为将不会主要依靠SS来分离群组间用户。为此,可使用其它机制(例如,空间方式)。
这在描绘UL NOMA的图4中示出,其中UE1-UE8分别被分配SS 1-8。当一个群组的用户要被检测时,通过对来自另一(其它)群组的UE应用空间抑制在400的接收器处分离群组410、420。在每个群组内,主要是SS性质被用来分离群组内用户。
在这个示例中,被分配给UE1-UE4的SS 1-4具有低互相关,正如被分配给UE5-UE5的SS 5-8那样。相比之下,允许其中SS属于不同群组的任何SS对(例如,SS1和SS5)具有相对高互相关。通过列向量Sm来表示第n个SS并且形成SS矩阵S=[S1 … S8],S可具有产生下式的结构:
其中,H和L分别表示相对“高”和相对“低”互相关值。用L标记的条目可表示零或非零幅值,并且它们在不同位置之间可以或者可以不有所不同。用H标记的条目与L标记的条目相比可表示相对高幅值(至少平均起来),并且它们在不同位置之间可以或者可以不有所不同。可能地,被标记H的条目一般与潜在互相关幅值相比还可表示相对小幅值,使得SS还可提供某种程度的群组间分离。
通常,以其它方式不可分离(时间-频率-空间)的用户可被分配具有以下形式的对应群组内SHS块的SS:
1 L L L
L 1 L L
L L 1 L
L L L 1
在一些实施例中,SS生成的基本集合例如是格拉斯曼集合(Grassmannian set),其中SHS具有上面所示的结构。
现在将给出由NW进行的SS计算的示例,以示出可如何产生SS向量以生成码本和/或单独UE SS向量的一种方式。然后可向UE发信号通知或者以其它方式分发获得的SS。
假定存在与单个天线接收器进行通信的K个单天线传送器。每个传送器具有要传送的单个符号。这个符号调制时间码字(CW)向量(称作签名序列(SS)),之后通过N个符号或时隙传送向量,即,该符号在N个时隙上扩展(或重复)。应当注意,这种表示是通信过程的采样基带版本。
由于所有传送器通过相同N个时隙(和/或频隙)来访问信道,所以在它们之间存在干扰。因多址(MA)所产生的这个干扰被称作多址干扰(MAI)。MA通信可被看作是具有N自由度(DoF)的网络设法服务于K个用户,每个用户具有所要求的服务质量(QoS)。
SS的设计可针对将每个CW放置在向量空间中远离其它CW的最佳距离(或角度)。
当K≤N时,能够始终存在来自所有用户的无冲突传输,因为能够存在供每个用户用于其传输的至少一个DoF(其是时隙(和/或频隙))。这导致无干扰传输,并且这种MA传输方案被称作正交多址(OMA)。采用OMA,存在性能损失,这在用户具有QoS时是相当明显的。系统容量(SC)也不是最佳的。
当系统过载时,即,当K>N时,OMA是不可能的。因此,应当仔细调整SS向量,以允许用户之间的可控干扰,使得优化性能指标。由于SS向量不再是正交的,所以MA方案被称作非正交多址(NOMA)。K个用户中的每个的SS应当优选地按照使得总均方误差(MSE)最小化的方式来设计。在考虑SS设计的同时,选择诸如信号与噪声加干扰比(SINR)或SC之类的另一个性能指标(PI)也是一种可能性。
可期望在NW中使这两个PI最大化。幸亏对于过载系统,在某些设计状况下,优化一个PI导致优化另外两个PI。为了理解这个,可引入另一个PI(被称作总平方相关性(TSC),所述TSC与先前提及的三个PI直接相关)。通过优化(或者最小化)TSC来设计SS,因为NW最优性在SC意义上并且还同时在总MSE意义上,由过载系统中TSC上可实现的下限(LB)来定义。
对于传送器k,让bk是调制单位范数(unit norm)SS向量sk的所传送符号。信号模型可作为y=Sb+z来给出,其中z是具有协方差矩阵I的零均值加性高斯白噪声向量,其每列中具有CW的总SS矩阵为S,传送符号向量为b。每个传送器的传送功率被设置为统一(unity),因此在这里不致力于解决功率控制问题。单位范数时间接收滤波器fk(诸如,匹配滤波器(MF)或线性最小均方误差(MMSE)滤波器)可由接收器用来获得所传送符号bk估计的每个用户的后处理SINR作为下式给出:
其中trace(·)是迹算符,νk是SINRγk中的噪声分量。分母中的trace(·)项是TSC,它还包含预期单位信号功率。因此附加统一项在分母中出现。如果后处理的噪声为白噪声,即,每个νk的噪声功率是相同的,则TSC能够直接被用作PI。
为TSC定义称作韦尔奇界(WB)的LB。对于过载系统,它作为给出,而对于欠载系统,它为K≤TSC。为了满足所提及的PI中的最优状况,该界应当通过等式来满足。在这种情况下,获得的SS被称作韦尔奇界等式(WBE)SS。应当注意,SC最优性不可由二进制WBESS向量来实现。
对于WBE SS的构建,干扰避免(IA)技术是已知的。IA方法的优良性质在于,能够按照依次和分布式方式迭代地获得SS。因为存在最佳的S的固定点,所以保证迭代收敛。但是检查获得的最佳是局部还是全局的不是容易的。就最佳而言(by optimum),它意味着整个矩阵S作为整体收敛(与每个CW收敛相对),其中所考虑的PI达到所要求容差。因此,收敛的WBE CW不是唯一的。在收敛时,优化所有提及的PI。
从SINR方程的中心部分,让它是干扰加噪声的相关矩阵。能够易于识别,使分母最小化(或者等效地使γk最大化)是众所周知的瑞利-商(Rayleigh-Quotient)问题。由此,如果假定fk与sk匹配,则与Rk的最小本征值(Eigenvalue)对应的本征向量可被认为是用户k的CW。固定点迭代开始于用户选择随机CW。按照给定依次用户顺序,每个用户通过求解本征值问题来更新其SSsk,而其它SSsj(j≠k)被保持为固定。在用户k之后,下一个用户按照相同方式通过假定其它CW将被固定来更新其CW。迭代按顺序进行到最后用户,使得在每次迭代中,存在K个更新,S中的每个CW一个。在给定迭代中的最后更新之后,按顺序的第一用户重新开始更新,直到收敛为止。
再次从SINR方程的中心部分,对fk的解还能够被识别为众所周知的广义本征值问题(GEVP),即,查找矩阵对(I,Rk)的公共本征值。其解是采取其归一化形式的作为给出的线性MMSE向量。除了在更新期间使用归一化线性MMSE表达式而不是求解本征值问题之外,能够使用如先前提及的依次迭代。对于这个SINR最大化问题(或TSC最小化),来自MMSE IA迭代和本征向量IA迭代两者对S的获得解是相同固定点。
基于克罗内克积(Kronecker product)的方式可用来从更低维WBE SS来获得(或构建)更高维WBE SS,即,更高N值。如果S的元素是二进制对跖(binary antipodal),则当N为4的倍数(即,mod(N,4)=0)时定义WBE集合。在mod(N,4)≠0的情况下,其中WB松动(loose),可相反使用称作Karystinos-Pados(KP)界的LB。
图5示意示出根据一些实施例的通信装置的示例设备510,该通信装置被配置有两个或更多个多用户协调模式。上面(例如,结合图1和/或图2)描述的特征和示例中的任何特征和示例可同样可适用于示例设备510。例如,示例设备510可配置成引起对图1和图2的方法10和200中的任何方法的方法步骤的执行。
示例设备510包括控制电路(CNTR)500,所述CNTR 500配置成引起对多个用户的可用空间选择性的确定。为此,控制电路可包括确定电路(DET;例如,确定器)501或者以其它方式与确定电路501相关联,所述确定电路501配置成确定多个用户的可用空间选择性(并且可能还确定如结合图1和图2所说明的其它参数)。确定电路可被包括在(例如,可连接到或者连接到)示例设备510中或者以其它方式与示例设备510相关联。
控制电路(CNTR)500还配置成基于所确定的可用空间选择性以及多个用户的数量引起对两个或更多个多用户协调模式之一的选择。为此,控制电路可包括选择电路(SEL;例如,选择器)502或者以其它方式与选择电路502相关联,所述选择电路502配置成基于所确定的可用空间选择性以及多个用户的数量来选择两个或更多个多用户协调模式之一。选择电路可被包括在(例如,可连接到或者连接到)示例设备510中或者以其它方式与示例设备510相关联。
控制电路(CNTR)500还配置成根据所选的多用户协调模式引起与多个用户的通信。为此,示例设备可包括(例如,可以可连接到或连接到)传送和/或接收电路(例如,传送器和/或接收器;图5中示为收发器TX/RX 530)或者以其它方式与其相关联,所述传送和/或接收电路配置成根据所选的多用户协调模式与多个用户进行通信。
图5的示例设备510例如可被包括在通信装置(例如,无线通信装置、(无线)接收器装置和无线电接入节点(例如,网络节点)中的任何通信装置)中。
因此,根据各个实施例,公开一种例如在UL中使用多天线接收器从空间上选择性环境中的多个UE来传送信号的方法。取决于预期/所要求的过载因子(共享相同T/F资源的UE的数量),根据MU-MIMO和/或NOMA分配UE,以利用可用空间自由度来使目标度量(例如,被服务用户上的合计数据速率)最大化。可在能够被空间分离的UE之间尽可能地允许T/F重叠,从而引起基本上无干扰操作。(仅)当空间度不再充分时,可引入NOMA自由度。操作模式的选择可基于不同候选配置的品质因数(figure of merit)的比较。通常,可不要求定性判定。
已经主要针对UL MU传输描述了所述方式,但是原理也能够适用于DL传输。然后,可通过预编码考虑因素(例如,MMSE)来取代接收器考虑因素(例如,IRC)。
UE传送器可使用多个MA模式的共同表示(例如,如表1所示),简化传送器处理,并且减少要实现的传送方案的数量,而不管UE是按照COMA、MU-MIMO还是NOMA模式来配置。可注意,COMA和MU-MIMO配置可对UE是透明的,因为UE一般不需要知道其它UE是否在相同T/F资源中同时传送。
在一些实施例中,NW可将公共的传输配置标记法(transmission configurationnotation)用于配置可在COMA、MU-MIMO、NOMA等模式中操作的UE。表1的扩展标记法是这种配置的一个示例,其中向UE提供表中的列参数(每UE的PRB的数量、扩展长度和给定UE的扩展序列中的一个或多个)。可设计能够传达等效信息的其它参数集合示例。可使用例如下行链路控制信息(DCI;UL准予)和/或无线电资源控制(RRC)信令进行UE的配置。
已经使用不同UE的TBS是相等的假设来示出一些方式。可根据相同原理例如通过每UE单独指定编码增益参数来处置不同TBS大小的情况。
此外,不仅编码率而且调制类型、层数和签名特定参数能够基于本文中讨论的度量自适应地被调整。
即使符号级扩展已经用于本文中的说明,但是不排除其它NOMA方案(例如,比特级加扰方法和稀疏符号级映射方法)。
资源调度不限于以下规则:首先考虑MU-MIMO,而当COMA不足以容纳用户的数量时其次才考虑NOMA。例如,能够使用OMA/MU-MIMO/NOMA的混合分配,这取决于信道状况(在NW中可用时)和/或来自NOMA分配的估计干扰。在一些这类实施例中,当存在充分数量的良好SS时,NOMA可首先用于过载,而当可用NOMA资源不充分时可其次使用MU-MIMO。这种方式的优点在于,对给定数量的接收天线具有要由MU-MIMO所服务的更少UE引起更好的块差错率(BLER)性能。
此外,本文中提出的原理可用来调整MIMO的层数以及NOMA中使用的层数(例如,用于增强的移动宽带eMBB操作)。这类方式可包括以下组合中的一个或多个:MIMO和“具有不同用户的NOMA”,MIMO和“具有不同层的NOMA”,MU-MIMO和“具有不同用户的NOMA”,以及MU-MIMO和“具有不同层的NOMA”。还能够在一个NOMA群组中采用多个层。
对于不同UE和/或对于不同层,单用户MIMO(SU-MIMO)还能够与NOMA传输相混合。在这种情况下,“层”概念可用于SU-MIMO和NOMA两者。
一般来说,当本文中提到布置时,要被理解为物理产品(例如,设备)。物理产品可包括一个或多个部分,诸如采取一个或多个控制器、一个或多个处理器等的形式的控制电路。
所描述的实施例及其等效体可通过软件或硬件或者其组合来实现。可由通用电路来执行实施例。通用电路的示例包括数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、协处理器单元、现场可编程门阵列(FPGA)和其它可编程硬件。备选地或附加地,可由专用电路(诸如,专用集成电路(ASIC))来执行实施例。通用电路和/或专用电路例如可与设备(诸如,(无线)接收器装置、(无线)通信装置或者无线电接入节点(例如,网络节点))相关联或者被包括在其中。
实施例可出现在电子设备(诸如,(无线)接收器装置、(无线)通信装置或者无线电接入节点)内,该电子设备包括根据本文中描述的实施例中的任何实施例的布置、电路和/或逻辑。备选地或附加地,电子设备(诸如,(无线)接收器装置、(无线)通信装置或者无线电接入节点)可配置成执行根据本文中描述的实施例中的任何实施例的方法。
根据一些实施例,计算机程序产品包括计算机可读介质,诸如例如通用串行总线(USB)存储器、插卡(plug-in card)、嵌入式驱动器或者只读存储器(ROM)。图6示出采取致密光盘(CD)ROM 600的形式的示例计算机可读介质。计算机可读介质已经在其上存储了包括程序指令的计算机程序。计算机程序可加载到数据处理器(PROC)620中,该PROC 620例如可被包括在(无线)接收器装置、(无线)通信装置或者无线电接入节点610中。当被加载到数据处理单元中时,计算机程序可存储在与数据处理单元相关联或者包括在其中的存储器(MEM)630中。根据一些实施例,计算机程序在被加载到数据处理单元中并且由其运行时可引起对根据例如图1中所示或者本文中另外描述的方法中的任何方法的方法步骤的执行。
一般来说,除非明确给出和/或从使用它的上下文中暗示不同的含意,否则本文中所使用的所有术语要根据它们在相关技术领域中的普通含意来理解。
本文中已经参考各个实施例。但是,本领域的技术人员将认识到对所描述的实施例的许多变型仍将落入本解决方案的范围之内。
例如,本文中描述的方法实施例通过按照某种顺序所执行的步骤来公开示例方法。但是要认识到,事件的这些序列可按照另一种顺序发生,而不脱离本解决方案的范围。此外,一些方法步骤可并行执行,即使它们已经被描述为依次执行。因此,除非一步骤显式描述为在另一个步骤之后或之前和/或其中暗示一步骤在另一个步骤之后或之前,否则本文中所公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序来执行。
以相同的方式,应当注意,在实施例的描述中,将功能块划分为特定单元绝不旨在作为限制。相反,这些划分只是示例。本文中描述为一个单元的功能块可分为两个或更多单元。此外,本文中描述为实现为两个或更多单元的功能块可合并成更少(例如,单个)单元。
本文中公开的实施例中的任何实施例的任何特征可在任何合适的情况下适用于任何其它实施例。同样,实施例中的任何实施例的任何优点可适用于任何其它实施例,并且反之亦然。
因此,应当理解,所描述的实施例的细节只是出于说明性目的而提出的示例,并且落入本解决方案的范围之内的所有变型旨在包含在其中。
Claims (24)
1. 一种通信装置的方法,所述通信装置被配置有用于与多个用户通信的两个或更多个多用户协调模式,所述方法包括:
确定(110、210)所述多个用户的可用空间选择性;以及
基于所确定的可用空间选择性以及所述多个用户的数量来选择(140、240)所述两个或更多个多用户协调模式之一。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述两个或更多个多用户协调模式包括正交多址模式、空间多址模式和非正交多址模式。
3.如权利要求1至2中的任一项所述的方法,进一步包括确定(100、220)所述多个用户的可用通信资源的数量,并且其中选择所述多用户协调模式进一步基于可用通信资源的所确定的数量。
4.如权利要求2和3所述的方法,其中选择所述两个或更多个多用户协调模式之一包括当可用通信资源的所述数量高于或等于所述多个用户的所述数量时选择所述正交多址模式。
5. 如权利要求4所述的方法,其中选择所述两个或更多个多用户协调模式之一包括在以下情况时选择所述空间多址模式:
可用通信资源的所述数量少于所述多个用户的所述数量;以及
用户的每个空间上可分离群组的可用通信资源的数量高于或等于所述群组的用户的数量。
6.如权利要求5所述的方法,其中选择所述两个或更多个多用户协调模式之一包括当用户的所述空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源的数量少于所述群组的用户的所述数量时选择所述非正交多址模式。
7.如权利要求5所述的方法,其中选择所述两个或更多个多用户协调模式之一包括当用户的所述空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源的数量少于所述群组的用户的所述数量时选择所述非正交多址模式和所述空间多址模式之一。
8.如权利要求7所述的方法,其中选择所述非正交多址模式和所述空间多址模式之一基于所述非正交多址模式和所述空间多址模式中的每个的可实现性能度量。
9.如权利要求8所述的方法,其中所述可实现性能度量是所述多个用户的总数据速率。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的方法,进一步包括确定(130、230)与所述多个用户相关联的签名序列之间的互相关,并且其中选择所述多用户协调模式进一步基于所确定的互相关。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的方法,进一步包括根据所选的多用户协调模式与所述多个用户进行通信(150、250)。
12.一种计算机程序产品,所述计算机程序产品包括非暂时计算机可读介质(600),在所述非暂时计算机可读介质(600)上具有包括程序指令的计算机程序,所述计算机程序能加载到数据处理单元中并且配置成在所述计算机程序被所述数据处理单元运行时引起对如权利要求1至11中的任一项所述的方法的执行。
13. 一种用于通信装置的设备,所述通信装置被配置有两个或更多个多用户协调模式,所述设备包括控制电路(500),所述控制电路(500)配置成:
引起对所述多个用户的可用空间选择性的确定;以及
基于所确定的可用空间选择性以及所述多个用户的数量引起对所述两个或更多个多用户协调模式之一的选择。
14.如权利要求13所述的设备,其中所述两个或更多个多用户协调模式包括正交多址模式、空间多址模式和非正交多址模式。
15.如权利要求13至14中的任一项所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成引起对所述多个用户的可用通信资源的数量的确定,并且其中对所述多用户协调模式的选择进一步基于可用通信资源的所确定的数量。
16.如权利要求14和15所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成通过当可用通信资源的所述数量高于或等于所述多个用户的所述数量时引起对所述正交多址模式的选择来引起对所述两个或更多个多用户协调模式之一的所述选择。
17. 如权利要求16所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成通过在以下情况时引起对所述空间多址模式的选择来引起对所述两个或更多个多用户协调模式之一的所述选择:
可用通信资源的所述数量少于所述多个用户的所述数量;以及
用户的每个空间上可分离群组的可用通信资源的数量高于或等于所述群组的用户的数量。
18.如权利要求17所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成通过当用户的所述空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源的数量少于所述群组的用户的所述数量时引起对所述非正交多址模式的选择来引起对所述两个或更多个多用户协调模式之一的所述选择。
19.如权利要求17所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成通过当用户的所述空间上可分离群组中的至少一个的可用通信资源的数量少于所述群组的用户的所述数量时选择所述非正交多址模式和所述空间多址模式之一来引起对所述两个或更多个多用户协调模式之一的所述选择。
20.如权利要求19所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成基于所述非正交多址模式和所述空间多址模式中的每个的可实现性能度量来引起对所述非正交多址模式和所述空间多址模式之一的选择。
21.如权利要求20所述的设备,其中所述可实现性能度量是所述多个用户的总数据速率。
22.如权利要求13至21中的任一项所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成引起对与所述多个用户相关联的签名序列之间的互相关的确定,并且其中所述控制电路进一步配置成进一步基于所确定的互相关来引起对所述多用户协调模式的所述选择。
23.如权利要求13至22中的任一项所述的设备,其中所述控制电路进一步配置成根据所选的多用户协调模式引起与所述多个用户的通信。
24.一种包括如权利要求13至23中的任一项所述的设备的通信装置。
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