CN112889233A

CN112889233A - 上行链路非正交多址(noma)混合自动重复请求(harq)中的延迟和复杂度受限的传输

Info

Publication number: CN112889233A
Application number: CN201880098871.8A
Authority: CN
Inventors: 贝赫鲁兹·马基; 阿里·贝拉万
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2021-06-01
Also published as: WO2020083469A1; US20210226739A1; EP3871352A1; US11212044B2

Abstract

一种由服务于第一用户设备(UE)和第二UE的网络节点执行的方法。该方法包括：网络节点在第一时隙期间接收第一组合信号，该第一组合信号包括第一UE发送的第一消息和第二UE发送的第二消息。该方法还包括：网络节点尝试对第一UE发送的第一消息进行解码。该方法还包括：由于未能对第一UE发送的第一消息进行解码，网络节点向第一UE和第二UE发送否定应答而不尝试对第二消息进行解码。

Description

上行链路非正交多址(NOMA)混合自动重复请求(HARQ)中的延迟和复杂度受限的传输

技术领域

公开了与非正交多址(NOMA)网络相关的实施例。

背景技术

在蜂窝电信系统的设计中，多址方案的设计是令人感兴趣的。多址方案的目标是提供多个用户设备(UE)(即，无线通信设备，例如智能手机、平板电脑、手机平板(phablet)、智能传感器、无线物联网(IoT)设备等)，其能够以频谱、成本和复杂度高效的方式使用无线电资源与接入点无线地进行通信。在1G-3G无线通信系统中，已经引入了频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和频分多址(CDMA)方案。长期演进(LTE)和高级LTE采用正交频分多址(OFDMA)和单载波(SC)-FDMA作为正交多址(OMA)方案。这种正交设计的益处在于，UE之间不存在相互干扰，导致通过简单的接收机实现高系统性能。

最近，非正交多址(NOMA)作为LTE和5G系统的有前景的多址技术已经受到了相当多的关注。利用NOMA，两个或更多个UE可以共享相同的无线电资源(例如，时间资源、频率资源和/或代码资源)。特别地，3GPP已经在不同的应用中考虑了NOMA。例如，已经引入NOMA作为对LTE版本12中用于小区间干扰(ICI)减轻的网络辅助干扰消除和抑制(NAICS)以及LTE版本13的研究项目的扩展，名为“下行链路多用户叠加传输”。此外，在最近的3GPP会议中，决定除了OMA方法之外，新无线电(NR)应以支持(至少)上行链路NOMA为目标。

发明内容

就总速率而言，NOMA优于OMA。然而，这种性能增益是以更高的解码延迟和接收机复杂度为代价的。在下行链路NOMA中，可以将“小区中心”UE(即，具有相对良好的信道质量的UE)与“小区边缘”UE(即，具有相对较低的信道质量的UE)分到一组(例如，配对)，并且小区中心UE可以使用串行干扰消除(SIC)来首先解码和移除小区边缘UE的信号，然后解码其自己的信号而没有干扰。小区中心UE的该两步解码过程导致针对小区中心UE的较大的端到端传输延迟。在它们的信号需要同步的情况下，这也可能导致小区边缘UE的较大的端到端延迟。与常规的基于OMA的数据传输相比，基于NOMA的数据传输还导致较高的接收机复杂度。

本文公开的某些实施例提供了一种在使用混合自动重复请求(HARQ)的上行链路基于NOMA的系统中的自适应数据传输方案。目的是减少端到端分组传输延迟或等效地增加端到端吞吐量。本文公开的实施例相当大地降低了网络节点的解码复杂度。

例如，在一个方面，网络节点取决于配对的UE的消息解码状态来适配其消息解码方案并请求重传而没有附加消息解码。网络节点还向每个UE通知适配的消息解码方案，并且UE相应地同步每个相应的信号传输。

在另一方面，提供了一种由网络节点执行的方法，其中该网络节点服务于第一UE和第二UE。在一个实施例中，该方法包括：网络节点在第一时隙期间接收第一组合信号，该第一组合信号包括第一UE发送的第一消息和第二UE发送的第二消息。该方法还包括：网络节点尝试对第一UE发送的第一消息进行解码。该方法还包括：由于未能对第一UE发送的第一消息进行解码，网络节点向第一UE和第二UE发送否定应答而不尝试对第二消息进行解码。

在一些实施例中，该方法还包括：由于未能对第一UE发送的第一消息进行解码，网络节点缓冲第二UE发送的第二消息。

在一些实施例中，该方法还包括：在向第一UE和第二UE发送否定应答之后，网络节点在第二时隙期间接收第二组合信号，该第二组合信号包括第一UE发送的第一消息和第二UE发送的第二消息。

在一些实施例中，该方法还包括：网络节点尝试对在第二时隙期间接收到的第一消息进行解码。在一些实施例中，该方法还包括：由于成功地对在第二时隙期间接收到的第一消息进行解码，网络节点从第二组合信号中移除第一消息以获得在第二时隙期间接收到的第二消息。在一些实施例中，该方法还包括：网络节点尝试基于所获得的第二消息和/或所缓冲的第二消息来对第二消息进行解码。

与常规的NOMA技术相比，本文公开的实施例还减少了网络的端到端分组传输延迟，从而改进了网络的端到端吞吐量。此外，本文公开的实施例还降低了网络节点的解码复杂度。

本文公开的实施例可以应用于具有任意数量的分组的UE、不同的HARQ协议和网络节点处的不同解码方案的情况。

附图说明

本文中所包含并形成说明书一部分的附图示出了各种实施例。

图1A示出了与第一UE和第二UE同时通信的网络节点。

图1B示出了根据一个实施例的由网络节点执行的处理。

图2示出了根据一些实施例的NOMA设置。

图3是示出了根据一个实施例的过程的流程图。

图4是根据一个实施例的网络节点的框图。

图5是示出了根据一个实施例的网络节点的功能单元的图。

具体实施方式

图1A示出了具有服务于大量UE(例如，UE 101、UE 102等)的网络节点105(例如，诸如4G或5G基站之类的接入点(AP)或其他接入点)的网络100。虽然仅示出了两个UE，但是网络节点105可以服务于N个UE，其中N＞＞2。UE使用有限数量的频谱资源块(即，时频块)与网络节点105通信。

如图1A至图1B所示，考虑了上行链路场景的最简单的情况，其中小区边缘UE 102和小区中心UE 101(即，具有不同信道质量的两个UE)连接到网络节点105。利用NOMA，UE101和UE 102共享相同的频谱和时间资源，以使用相同的频率资源同时发送每个各自的消息。在接收到UE 101和UE 102发送的消息时，网络节点105使用SIC接收机首先对小区中心UE 101的消息进行解码，将小区边缘UE 102的信号视为噪声。在成功地解码UE 101消息之后，网络节点105从接收到的信号中减去UE 101的信号，并且在没有来自UE 101的干扰的情况下解码UE 102信号。

考虑图1A至图1B的传输设置，例如，将NOMA方案中不同UE的可实现速率确定为：

这里，P_i，i＝101，102，表示UE i的传输功率，并且g_i，i＝101，102，表示第i个UE与网络节点105之间的信道增益。取决于信道增益和功率分配，可以存在各种情况，其中除了网络总速率之外，基于NOMA的数据传输还增加了每个UE的数据传输的可实现速率。然而，基于NOMA的数据传输导致诸如以下的挑战：

(A)与OMA相比，NOMA的相对性能增益是以解码延迟为代价的，与基于OMA的传输相比，这可以导致更少的端到端分组传输延迟/吞吐量。在本公开的上下文中，将端到端传输延迟定义为数据传输持续时间、消息解码持续时间和反馈延迟之和。

(B)基于SIC的接收机的顺序解码方案导致网络节点处的高解码复杂度。这可以是由于NOMA的实现复杂度导致的，而NOMA在具有大量UE请求接入的密集网络中最令人感兴趣，其中没有足够的正交资源以基于OMA的方式服务于每个UE。网络节点的接收机复杂度可以根据配对UE的数量而显著增加。

(C)小区边缘UE的性能取决于小区中心UE的成功消息解码概率。参照公式(1)，基于网络节点可以成功地解码和移除小区中心UE的消息的假设来适配小区边缘UE的传输速率/功率。因此，如果网络节点未能对小区中心UE的消息进行解码，则很有可能网络节点将无法对小区边缘UE的受干扰影响的信号进行解码。

为了至少克服上述挑战，本文提供了针对具有两个配对的UE(例如，UE 101和UE102)的最简单情况的提议的设置。在其他实施例中，提议的设置可以应用于具有任意数量的分组UE的情况。

图2示出了根据一些实施例的NOMA设置。如图2所示，如果小区中心UE 101的消息在时隙1中被正确地解码，则网络节点105继续基于SIC的接收机方案，以首先移除UE 101的信号，然后对小区边缘UE 102的消息进行解码。在另一实例中，如果网络节点105在时隙2中未能对小区中心UE 101的消息进行解码，则网络节点105立即向UE 101和UE 102二者发送否定应答(NACK)，而不尝试对小区边缘UE 102的消息进行解码。通过向两个UE发送NACK，两个UE将重新发送它们的消息。在一些实施例中，网络节点105缓冲UE 102的未解码消息，以用于在后续时隙中的下一轮HARQ重传中进一步处理。取决于网络节点105处的UE的消息解码状态，针对每个时隙同步每个UE的数据传输。

在考虑图2中所示的提议的设置时并且在本公开的上下文中，将码字长度L的解码延迟定义为Γ(L)。在一些实施例中，Γ(L)是编码和解码方案的函数。此外，在本公开的上下文中，针对反馈过程的总延迟由D定义。在本文公开的提议的设置中，网络节点105首先尝试对UE 101(即，小区中心UE)的消息进行解码。然后，基于UE 101的消息解码状态，确定网络节点105的解码方案以及UE 101和UE 102的同步，如以下两个场景所示：

场景1：网络节点105正确地解码UE 101的消息。在图2的时隙1中展示了该第一场景。如图2所示，网络节点105利用常规的基于SIC的接收机来首先从接收到的信号中移除UE101的解码后的消息，然后对UE 102的消息进行解码而不受UE 101消息产生的干扰影响。然后，网络节点105发送针对UE 101的肯定应答(ACK)并且取决于UE 102的消息解码状态，发送针对UE 102的ACK或否定ACK(NACK)。在该场景中，码字长度为L的总端到端分组传输延迟为L+2Г(L)+D。在一些实施例中，UE的休眠模式时间段是2Γ(L)+D，并且使用从网络节点105接收的反馈，UE可以相应地同步每个各自的消息传输。

场景2：网络节点105无法正确地解码UE 101的消息。在图2的时隙2中示出了该第二场景。在该场景中，网络节点105向UE 101和UE 102二者发送NACK，而不尝试对UE 102消息进行解码。在一些实施例中，UE 102消息被缓冲以用于在所考虑的HARQ协议的后续重传轮次中进行进一步处理。虽然UE 102的NOMA传输参数(例如，速率、功率等)是基于网络节点105可以解码和移除UE 101的消息并且因此网络节点105解码UE 102的消息而不受UE 101消息产生的干扰影响的假设来设计的，但是场景2的提议的设置考虑了其中网络节点105未能对UE 101的消息进行解码的实例。例如，在UE 101消息解码失败的情况下，网络节点105尝试对UE 102的消息进行解码，其中存在UE 101的干扰信号，UE 102和网络节点105的链路质量较差。在这种实例中，网络节点105很有可能无法正确地解码UE 102的消息。考虑到解码UE 102消息失败的概率高，在这种实例中不值得因尝试使用基于SIC的接收机对UE 102消息进行解码而在端到端分组传输延迟中增加Γ(L)延迟。此外，放弃在基于SIC的接收机的第二步骤中对UE 102消息进行解码的尝试相当大地降低了网络节点105的实现复杂度。场景2中提出的提议的设置将端到端分组传输延迟减少到L+Γ(L)+D(L)，与场景1的端到端分组传输延迟相比，这是一个改进。UE可以相应地同步每个各自的数据传输。在一些实施例中，码字长度L的解码延迟可以是Γ(L)＝aL，，其中

。在这样的实施例中，在场景2中描述的提议的设置可以相当大地减少解码延迟。

尽管本公开中所公开的实施例利用基于SIC的解码方案，但是本文公开的提议的设置可以应用于利用不同解码方案的替代实施例。例如，对于任何基于NOMA的解码方案，只要小区中心UE的消息被正确地解码，网络节点就可以尝试对小区边缘UE的消息进行解码的第二解码步骤。如果网络节点未能正确地对小区中心UE的消息进行解码，则网络节点可以缓冲未解码的小区边缘UE消息，并向两个UE发送NACK，而不尝试对小区边缘UE的消息进行解码。

尽管本公开中所公开的实施例描述了连接到网络节点的两个配对的UE，但是本文公开的提议的设置可以应用于具有任意数量的配对UE的替代实施例。在一些实施例中，可以存在M个配对的UE。在这样的实施例中，只要每个消息被正确地解码，网络节点就可以顺序地对UE消息进行解码。一旦网络节点未能对UE m的消息进行解码，则网络节点可以缓冲剩余的未解码信号并向所有后续UE(例如，UE m+1，...，UE M)发送NACK，而不尝试对剩余的UE消息进行解码。如场景2中所示，提议的方案的相对性能增益可以随配对UE的数量而增加。

在一些实施例中，本文公开的提议的设置可以应用于不同的HARQ方案，例如，增量冗余和追加合并(chase combining)。

尽管本公开中所公开的实施例参考HARQ协议描述了提议的设置，其中在HARQ重传的不同轮次中重发的信号的不同副本被用于解码UE消息，但是在一些替代实施例中，本文中所公开的提议的设置可以应用于基本ARQ。在ARQ中，接收机仅基于每个相应轮次的重传的中接收到的信号对每个重发轮次中的消息进行解码。因此，使用HARQ协议和ARQ协议之间的唯一区别可以是在ARQ协议中网络节点不需要缓冲先前未解码的消息。

尽管本公开中所公开的实施例描述了具有停止等待HARQ方案的提议的设置，但是在一些替代实施例中，本文公开的提议的设置可以应用于其他HARQ方案，例如，选择性重复和后退N。在这样的其他HARQ方案中减少端到端延迟的相对增益可以小于在停止等待HARQ方案中的相对增益。然而，网络节点仍然受益于降低实现复杂度，并且作为结果，可以改进网络节点的能量效率。

图3是示出了根据一些实施例的由网络节点105执行的过程300的流程图，其中网络节点服务于第一UE(例如，UE 101)和第二UE(例如，UE 102)。过程300可以从步骤s302开始，其中网络节点105在第一时隙期间接收第一组合信号，该第一组合信号包括第一UE发送的第一消息和第二UE发送的第二消息。在步骤s304中，网络节点尝试对第一UE发送的第一消息进行解码。在步骤s306中，由于未能对第一UE发送的第一消息进行解码，网络节点向第一UE和第二UE发送否定应答，而不尝试对第二消息进行解码。

在一些实施例中，过程300包括另一步骤，其中由于未能对第一UE发送的第一消息进行解码，网络节点缓冲第二UE发送的第二消息。

在一些实施例中，过程300包括另一步骤，其中在向第一UE和第二UE发送否定应答之后，网络节点在第二时隙期间接收第二组合信号，该第二组合信号包括第一UE发送的第一消息和第二UE发送的第二消息。

在一些实施例中，过程300包括另一步骤，其中网络节点尝试对在第二时隙期间接收到的第一消息进行解码。在一些实施例中，过程300包括另一步骤，其中由于成功地对在第二时隙期间接收到的第一消息进行解码，网络节点从第二组合信号中移除第一消息，以获得在第二时隙期间接收到的第二消息。在一些实施例中，过程300包括另一步骤，其中网络节点尝试基于所获得的第二消息和/或所缓冲的第二消息来对第二消息进行解码。

图4是根据一些实施例的网络节点105的框图。如图4所示，网络节点105可以包括：处理电路(PC)402，其可以包括一个或多个处理器(P)455(例如，通用微处理器和/或一个或多个其他处理器，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)，这些处理器可以位于同一位置或分布在不同的位置；网络接口448，包括发射机(Tx)445和接收机(Rx)447，用于使网络节点105能够向其他节点发送数据和从其他节点接收数据，该其他节点连接到网络接口448所连接到的网络110(例如，互联网协议(IP)网络)；电路403(例如，包括Rx405和Tx 406的无线电收发机电路)，耦合到用于与UE进行无线通信的天线系统404；以及本地存储单元(也称为“数据存储系统”)408，其可以包括一个或多个非易失性存储设备和/或一个或多个易失性存储设备(例如，随机存取存储器(RAM))。在PC 402包括可编程处理器的实施例中，可以提供计算机程序产品(CPP)441。CPP 441包括计算机可读介质(CRM)442，该计算机可读介质(CRM)442存储包括计算机可读指令(CRI)444在内的计算机程序(CP)443。CRM 442可以是非暂时性计算机可读介质，例如(但不限于)，磁介质(例如，硬盘)、光介质、存储器设备(例如，随机存取存储器、闪存)等。在一些实施例中，计算机程序443的CRI 444被配置为使得当由数据处理装置402执行时，CRI使网络节点105执行本文描述的步骤(例如，本文中参考流程图和/或消息流程图描述的步骤)。在其他实施例中，网络节点105可被配置为在不需要代码的情况下执行本文描述的步骤。也就是说，例如，PC 402可以仅由一个或多个ASIC组成。因此，本文描述的实施例的特征可以以硬件和/或软件来实现。

图5是示出了根据一些实施例的网络节点105的功能单元的图。如图5所示，网络节点105包括：接收单元502，用于在第一时隙期间接收第一组合信号，该第一组合信号包括第一UE发送的第一消息和第二UE发送的第二消息；尝试单元504，用于尝试对第一UE发送的第一消息进行解码；以及发送单元506，用于由于未能对第一UE发送的第一消息进行解码，向第一UE和第二UE发送否定应答，而不尝试对第二消息进行解码。

此外，尽管本文描述了本公开的各种实施例，但应当理解，它们仅仅是作为示例而不是限制来提出的。因此，本公开的宽度和范围不应当受到上述示例性实施例中任意一个的限制。此外，上述要素的以其所有可能变型进行的任意组合都包含在本公开中，除非另有指示或以其他方式和上下文明确冲突。

附加地，尽管上文描述并在附图中示出的过程被示为一系列步骤，但这仅用于说明目的。因此，可以想到可增加一些步骤、可省略一些步骤，可重排步骤顺序，以及可并行执行一些步骤。

Claims

1.一种由服务于第一用户设备UE(101)和第二UE(102)的网络节点(105)执行的方法，所述方法包括：

所述网络节点在第一时隙期间接收第一组合信号，所述第一组合信号包括所述第一UE发送的第一消息和所述第二UE发送的第二消息；

所述网络节点尝试对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码；以及

作为未能对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码的结果，所述网络节点向所述第一UE和所述第二UE发送否定应答，而不尝试对所述第二消息进行解码。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

作为未能对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码的结果，所述网络节点缓冲所述第二UE发送的所述第二消息。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

在向所述第一UE和所述第二UE发送所述否定应答之后，所述网络节点在第二时隙期间接收第二组合信号，所述第二组合信号包括所述第一UE发送的所述第一消息和所述第二UE发送的所述第二消息。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括：

所述网络节点尝试对在所述第二时隙期间接收到的所述第一消息进行解码；

作为成功地对在所述第二时隙期间接收到的所述第一消息进行解码的结果，所述网络节点从所述第二组合信号中移除所述第一消息以获得在所述第二时隙期间接收的所述第二消息；以及

所述网络节点尝试基于所获得的第二消息和/或所缓冲的第二消息来对所述第二消息进行解码。

5.一种服务于第一用户设备UE(101)和第二UE(102)的网络节点(105)，所述网络节点适于：

在第一时隙期间接收第一组合信号，所述第一组合信号包括所述第一UE发送的第一消息和所述第二UE发送的第二消息；

尝试对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码；以及

作为未能对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码的结果，向所述第一UE和所述第二UE发送否定应答，而不尝试对所述第二消息进行解码。

6.根据权利要求5所述的网络节点，还适于：

作为未能对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码的结果，缓冲所述第二UE发送的所述第二消息。

7.根据权利要求6所述的网络节点，还适于：

在向所述第一UE和所述第二UE发送所述否定应答之后，在第二时隙期间接收第二组合信号，所述第二组合信号包括所述第一UE发送的所述第一消息和所述第二UE发送的所述第二消息。

8.根据权利要求7所述的网络节点，还适于：

尝试对在所述第二时隙期间接收到的所述第一消息进行解码；

作为成功地对在所述第二时隙期间接收到的所述第一消息进行解码的结果，从所述第二组合信号中移除所述第一消息以获得在所述第二时隙期间接收的所述第二消息；以及

尝试基于所获得的第二消息和/或所缓冲的第二消息来对所述第二消息进行解码。

9.一种服务于第一用户设备UE(101)和第二UE(102)的网络节点(105)，所述网络节点包括：

接收单元(502)，用于在第一时隙期间接收第一组合信号，所述第一组合信号包括所述第一UE发送的第一消息和所述第二UE发送的第二消息；

尝试单元(504)，用于尝试对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码；以及

发送单元(506)，用于作为未能对所述第一UE发送的所述第一消息进行解码的结果，向所述第一UE和所述第二UE发送否定应答，而不尝试对所述第二消息进行解码。

10.一种包括指令的计算机程序，所述指令在由处理电路执行时，使所述处理电路执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法。

11.一种包含权利要求10所述的计算机程序的载体，其中，所述载体是电信号、光信号、无线电信号和计算机可读存储介质之一。