CN115606160A - 扩展和传输压缩数据的基于ofdm的方法和设备 - Google Patents

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CN115606160A CN202180035511.5A CN202180035511A CN115606160A CN 115606160 A CN115606160 A CN 115606160A CN 202180035511 A CN202180035511 A CN 202180035511A CN 115606160 A CN115606160 A CN 115606160A
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Abstract

本公开涉及一种将物联网技术与5G通信系统相结合以支持比4G系统更高的数据传输速率的通信技术及其系统。本公开可以应用于基于5G通信技术和物联网相关技术的智能服务(例如，智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车或联网汽车、医疗保健、数字教育、零售业务、安全和安全相关服务等)。一种根据本公开的通信系统的发送器的方法的特征在于：向接收器发送用于信号传输的配置信息，检查用于信号传输的资源；向接收器发送指示资源的调度信息；将传输信号转换为压缩信号，以便对应于配置信息；将压缩信号扩展到多个维度；将扩展的压缩信号的一部分映射到与调度信息相对应的资源；转换扩展的压缩信号以生成正交频分复用(OFDM)信号；以及向接收器发送所生成的OFDM信号。

Description

扩展和传输压缩数据的基于OFDM的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于在无线通信系统中处理信号的技术，更具体地，涉及一种在基于正交频分复用(OFDM)的系统中传输数据以传输信号的方法和装置。
背景技术
为了满足自部署4G通信系统以来对无线数据流量的需求，已努力开发改进的5G或5G前通信系统。因此，5G或5G前通信系统也称为“超4G网络”通信系统或“后长期演进(后LTE)”系统。5G通信系统被认为是在超高频(mmWave)频带(例如60GHz频带)中实现的。为了降低无线电波的传播损耗并增加超高频段的传输距离，在5G通信系统中讨论了波束成形、大规模多输入多输出(大规模MIMO)、全维MIMO(FD-MIMO)、阵列天线、模拟波束成形、大尺度天线技术。此外，在5G通信系统中，基于先进小小区、云无线接入网(RAN)、超密集网络、设备对设备(D2D)通信、无线回程、移动网络、协作通信、协调多点(CoMP)、接收端干扰消除等，正在开发系统网络改进。在5G系统中，作为高级编码调制(ACM)的混合FSK和QAM调制(FQAM)和滑动窗口叠加编码(SWSC)以及作为高级接入技术的滤波器组多载波(FBMC)、非正交多址(NOMA)和稀疏码多址(SCMA)也得到了发展。
互联网是以人为中心的连接网络，人类在其中生成和消费信息，现在正在演变为物联网(IoT)，在物联网中，分布式实体(诸如事务)在没有人类干预的情况下交换和处理信息。已经出现万物联网(IoE)是通过与云服务器的连接结合物联网技术和大数据处理技术。随着物联网实现对“传感技术”、“有线/无线通信和网络基础设施”、“服务接口技术”和“安全技术”等技术要素的需求，传感器网络、机器对机器(M2M)通信、机器类型通信(MTC)等最近得到了研究。这样的物联网环境可以提供智能互联网技术(IT)服务，通过收集和分析在连接的事物之间生成的数据为人类生活创造新价值。通过现有信息技术(IT)与各种工业应用的融合和结合，物联网可应用于各种领域，包括智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车或联网汽车、智能电网、医疗保健、智能家电和先进医疗服务。
根据这一点，已经进行了各种尝试，将5G通信系统应用于物联网网络。例如，传感器网络、机器类型通信(MTC)和机器对机器(M2M)通信等技术可以通过波束成形、MIMO和阵列天线实现。作为上述大数据处理技术的云无线电接入网络(云RAN)的应用也可以被认为是5G技术与物联网技术融合的示例。
此外，对于未来的通信系统，正在研究在超高频带中传输信号的方法，以实现更高的数据传输速率。
发明内容
技术问题
本公开的一个方面是提供一种方法和装置，用于在发送器和接收器的内部噪声较大的系统中传输对噪声稳健的数据，诸如从超高频率到太赫兹(Terahertz)波的频带中的噪声。
问题的解决方案
一种根据本公开的无线通信系统中的发送器解决问题的方法包括：向接收器发送用于发送信号的配置信息；根据配置信息将所发送的信号转换为压缩信号；将压缩信号扩展到多个维度；将扩展的压缩信号中的一些映射到与调度信息相对应的资源；以及将信号与其他信号复用以生成OFDM信号，并发送所生成的OFDM信号。
该方法还可以包括通过来自接收器的信道信息反馈来发送多普勒扩展、信道扩展或与其对应的简档信息，或者使发送器识别这些信息。
一种无线通信系统中的接收器的方法包括：从发送器接收用于接收信号的配置信息；从发送器接收用于接收信号的调度信息；基于配置信息和调度信息来重构所接收的信号；以及解压缩重构的信号以获取传输信息。
一种无线通信系统中的发送器包括：发送器；以及控制器，连接到收发器并被配置为执行控制以向接收器发送用于发送信号的配置信息，基于配置信息来生成发送信号，将包括指示信号分配资源的资源分配信息的控制信息发送到接收器，生成通过将多维扩展应用于要发送的调制信号而获得的发送信号，以及在信号分配资源中向接收器发送所生成的发送信号。
一种无线通信系统中的接收器包括：发送器；以及控制器，连接到收发器并被配置为从发送器接收用于发送信号的配置信息，存储用于基于配置信息生成发送信号的信号处理的样本，从发送器接收包括指示信号分配资源的资源分配信息的控制信息，从发送器接收信号分配资源中的接收信号，以及重构接收信号中的压缩数据信息。
发明的有益效果
根据本公开的实施例，在具有串联内部噪声的系统中，有一个显著的信号重建效果，特别是，通过压缩传输数据并将其扩展并传输到多个维度，通过仅传输一些扩展信号来有效地重建信号。
附图说明
图1示出了时频域的基本结构，该时频域是其中传输5G系统的数据或控制信道的无线资源区域。
图2示出了5G系统中的帧、子帧和时隙结构。
图3示出了本公开中提出的d-D区域中的资源网格的示例。
图4示出了本公开中提出的扩展到t-f域的示例。
图5示出了本公开中提出的t-f域资源的分配的示例。
图6示出了本公开中提出的发送器的发送操作。
图7示出了本公开中提出的接收器的接收操作。
图8示出了根据本公开中提出的实施例的性能。
图9是示出根据本公开中提出的示例的性能的另一示图。
图10是示出根据本公开中提出的示例的性能的另一示图。
图11是示出根据本公开中提出的示例的性能的另一示图。
图12是示出根据本公开中提出的示例的性能的另一示图。
图13是示出根据本公开的实施例的发送器的结构的框图。
图14是示出根据本公开的实施例的接收器的结构的框图。
具体实施方式
下文将参考附图详细描述本公开的实施例。
在描述实施例时，将省略与本公开所属领域中已知且与本公开不直接相关的技术内容相关的描述。这样省略不必要的描述是为了防止混淆本公开的主要思想，并更清楚地传递主要思想。
出于同样的原因，在附图中，一些元件可能被夸大、省略或示意性地示出。此外，每个元件的大小并不完全反映实际大小。在附图中，相同或对应的元件具有相同的附图标记。
通过参考下面结合附图详细描述的实施例，本公开的优点和特征以及实现它们的方式将是显而易见的。然而，本公开不限于下文所述的实施例，而是可以以各种不同的形式实现。提供以下实施例仅仅是为了完全公开本公开并告知本领域技术人员本公开的范围，并且本公开仅由所附权利要求的范围限定。在整个说明书中，相同或相似的附图标记表示相同或相似元件。
在此，应理解，流程图图示的每个块以及流程图图示中的块的组合可由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生机器，从而通过计算机或其他可编程数据处理装置执行的指令创建用于实现流程图块或块中指定的功能的模块。这些计算机程序指令还可以存储在计算机可用或计算机可读存储器中，可以指导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式运行，从而存储在计算机可用或计算机可读存储器中的指令产生包括实现在一个或多个流程图块中指定的功能的指令装置的产品。计算机程序指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置上，以使得在计算机或其他编程装置上执行一系列操作步骤进行计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在一个或多个流程图块中指定的功能的步骤。
此外，流程图图示的每个块可表示模块、段或代码的一部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在某些替代实现中，块中所示的功能可能会无序出现。例如，根据所涉及的功能，连续显示的两个块实际上可以基本上同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行这些块。
如在本公开的实施例中使用的，“单元”是指执行预定功能的软件元件或硬件元件，诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)。然而，“单元”的含义并不总是局限于软件或硬件。“单元”可以被构造为存储在可寻址存储介质中或执行一个或多个处理器。因此，“单元”包括(例如)软件元素、面向对象的软件元素、类元素或任务元素、过程、函数、属性、程序、子例程、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和参数。“单元”所提供的元件和功能可以组合成较小数量的元件或“单元”，也可以划分成较大数量的元件或“单位”。此外，元件和“单元”或可被实现为在设备或安全多媒体卡内再现一个或多个CPU。此外，根据一些实施例，“单元”可以包括一个或多个处理器。
下文将参考附图详细描述本公开的技术思想的工作原理。在以下对本公开的技术思想的描述中，当确定该描述可能使本公开的主题不必要地不清楚时，将省略对在此并入的已知功能或配置的详细描述。下文将描述的术语是考虑到本公开中的功能而定义的术语，并且根据用户、用户意图或习惯可能不同。因此，术语的定义应基于整个说明书的内容。
在下面的描述中，基站是向终端分配资源的实体，并且可以是gNode B、eNode B和基站(BS)、无线接入单元、基站控制器和网络上的节点中的至少一个。终端可以包括用户设备(UE)、移动台(MS)、蜂窝电话、智能手机、计算机或能够执行通信功能的多媒体系统。当然，基站和终端的示例不限于此。在本公开的以下描述中，将描述无线通信系统中的终端从基站接收广播信息的技术。本公开涉及一种用于将物联网(IoT)技术与第五代(5G)通信系统融合的通信技术，所述第五代通信系统被设计为支持比第四代(4G)系统更高的数据传输速率，及其系统。本公开可应用于基于5G通信技术和物联网相关技术的智能服务(例如，智能家居、智能建筑、智能城市、智能汽车或联网汽车、医疗保健、数字教育、零售业务、安全和安全相关服务等)。
在下面的描述中，为了方便起见，示例性地使用了涉及广播信息的术语、涉及控制信息的术语，涉及通信覆盖的术语，涉及状态改变的术语(例如，事件)，涉及网络实体的术语，涉及消息的术语，涉及设备元件的术语等。因此，本公开不受下文所用术语的限制，可以使用其他术语，这些术语涉及具有同等技术含义的主题。
在下面的描述中，为了便于描述，可以使用第三代合作伙伴计划(3GPP)LTE或NR标准中定义的一些术语和名称。然而，本公开不受这些术语和名称的限制，并且可以同样的方式应用于符合其他标准的系统。
无线通信系统正在向使用通信标准提供高速和高质量分组数据服务以及典型的基于语音的服务的宽带无线通信系统发展，诸如3GPP的高速分组接入(HSPA)、LTE{长期演进或演进的通用陆地无线电接入(E-UTRA)}、LTE-Advanced(LTE-A)、LTE-Pro、3GPP2的高速分组数据(HRPD)、3GPP3的高速分组传输(HSPA)、超移动宽带(UMB)、IEEE 1102.16e等。
作为宽带无线通信系统的典型示例，LTE系统在下行链路(DL)中采用正交频分复用(OFDM)方案，在上行链路(UL)中使用单载波频分多址(SC-FDMA)方案。上行链路指示用户设备(UE){或移动台(MS)}通过其向基站(BS)(eNode B)发送数据或控制信号的无线电链路，下行链路指示基站通过其向UE发送数据或信号的无线电链路。上述多址方案通过分配和操作用于发送每个用户的数据或控制信息的时频资源来分离相应用户的数据和控制信息，从而避免彼此重叠，即，建立正交性。
由于作为后LTE通信系统的5G通信系统必须自由反映用户、服务提供商等的各种需求，因此必须支持满足各种需求的服务。5G通信系统中考虑的服务包括增强型移动宽带(eMBB)通信、大规模机器类型通信(mMTC)、超可靠性低延迟通信(URLLC)等。
根据一些实施例，eMBB旨在提供比现有LTE、LTE-a或LTE Pro支持的数据速率更高的数据速率。例如，在5G通信系统中，eMBB必须为单个基站提供下行链路20Gbps的峰值数据速率和上行链路10Gbps的峰数据速率。此外，5G通信系统必须向UE提供增加的用户感知数据速率以及最大数据速率。为了满足这些要求，需要改进包括进一步增强的多输入多输出(MIMO)传输技术的传输/接收技术。此外，5G通信系统所需的数据速率可以在3至6GHz或6GHz以上的频带中使用大于20MHz的带宽来获得，而不是在LTE中使用的2GHz频带中使用高达20MHz的传输带宽来传输信号。
此外，mMTC正在考虑支持5G通信系统中的物联网(IoT)等应用服务。为了有效地提供物联网，mMTC具有诸如支持小区中大量UE的连接、增强UE的覆盖、改进电池时间、降低UE的成本等要求。由于物联网在提供给各种传感器和各种设备的同时提供通信功能，因此它必须支持小区中的大量UE(例如，1,000,000UE/km2)。此外，支持mMTC的UE可能需要比5G通信系统提供的其他服务更宽的覆盖范围，因为UE可能位于阴影区域，诸如建筑物的地下室，由于服务的性质，该区域未被小区覆盖。支持mMTC的UE必须配置为便宜，并且可能需要很长的电池寿命，因为很难频繁更换UE的电池。
最后，URLLC是一种基于蜂窝的关键任务无线通信服务，可用于机器人或机器的远程控制、工业自动化、无人驾驶飞行器、远程医疗、紧急警报等。因此，URLLC必须提供超低延迟和超高可靠性的通信。例如，支持URLLC的服务必须满足小于0.5ms的空中接口延迟，并且还要求10-5或更低的数据分组错误率。因此，对于支持URLLC的服务，5G系统必须提供比其他服务更短的传输时间间隔(TTI)，并且还需要在频带中分配大量资源的设计，以确保通信链路的可靠性。然而，上述mMTC、URLLC和eMBB仅为不同类型服务的示例，本公开适用的服务类型不限于上述示例。
在5G通信系统中考虑的上述服务必须彼此融合，以便基于一个框架提供。也就是说，为了有效的资源管理和控制，各个服务最好集成到单个系统中，并在集成的单个系统中进行控制和传输，而不是单独操作。
下文将参考附图更详细地描述5G系统的框架结构。
图1示出了时频域的基本结构，该时频域是传输5G系统的数据或控制信道的无线资源区域。
参考图1，在图1中，横轴表示时域，纵轴表示频域。时域和频域中的资源的基本单位是资源元素(RE)100，并且可以定义为时间轴中的一个OFDM符号110和频率轴中的一个子载波120。在频域中，
Figure BDA0003943470960000071
(例如，12个)连续RE可以构成一个资源块(RB)130。
图2示出了5G系统中的帧、子帧和时隙结构。
参考图2，示出帧200、子帧210和时隙220的结构的示例。一帧200可以定义为10ms。一个子帧210可以定义为1ms，一帧200可以包括总共10个子帧210。一个时隙220或230可以定义为14个OFDM符号(即，每个时隙的符号数
Figure BDA0003943470960000072
)。一个子帧210可以包括一个或多个时隙220或230，并且每个子帧210的时隙220和230的数量可以根据子载波间隔的配置值μ240或250而变化。
在图2的示例中，示出子载波间隔设置值μ＝0 240和μ＝1 250的情况。在μ＝0 240的情况下，一个子帧210可以由一个时隙2220组成。在μ＝1 250的情况中，一个子帧210可以由两个时隙230组成。也就是说，根据子载波间隔的配置值μ，每个子帧的时隙数
Figure BDA0003943470960000073
可能不同，因此，每个帧的时隙
Figure BDA0003943470960000074
可能会不同。根据每个子载波间隔配置μ的
Figure BDA0003943470960000075
和
Figure BDA0003943470960000076
可以定义如下[表1]所示。
[表1]
Figure BDA0003943470960000081
在NR中，一个分量载波(CC)或服务小区可以包括最多250个RB。因此，当UE总是像在LTE中那样接收整个服务小区带宽时，UE的功耗可能非常大，因此为了解决该问题，BS可以在UE中配置一个或多个带宽部分(BWP)，并支持UE改变小区内的接收区域。在NR中，BS可以通过主信息块(MIB)配置“初始BWP”，其是UE中CORESET#0(或公共搜索空间(CSS))的带宽。此后，BS可以通过无线电资源控制(RRC)信令来配置UE的第一BWP，并通知未来可以通过下行链路控制信息(DCI)来指示的一条或多条BWP配置信息。因此，BS可以通过DCI通知BWPID来指示UE将使用哪个频带。如果UE在特定时间或更长时间内没有在当前分配的BWP中接收到DCI，则UE可以返回到默认BWP并尝试接收DCI。
随后，详细描述5G系统中的下行链路控制信息(DCI)。
在5G系统中，通过DCI从BS向UE发送上行链路数据(或物理上行链路数据信道(物理上行链路共享信道(PUSCH)))或下行链路数据(或物理下行链路数据信道(物理下行链路共享信道(PDSCH)))的调度信息。UE可以监视PUSCH或PDSCH的回退DCI格式和非回退DCI格式。回退DCI格式可以包括在BS和UE之间预定义的固定字段，而非回退DCI格式可以包括可配置字段。
可以经由信道编码和调制处理通过物理下行链路控制信道(PDCCH)发送DCI。循环冗余校验(CRC)被添加到DCI消息有效载荷，并用对应于终端身份的无线网络临时标识符(RNTI)进行加扰。根据DCI消息的目的，例如，UE特定数据传输、功率控制命令或随机接入响应，使用不同的RNTI。也就是说，RNTI不被明确地发送，而是被包括在要发送的CRC计算处理中。如果接收到通过PDCCH发送的DCI消息，则UE可以通过所分配的RNTI识别CRC，并且当基于CRC识别结果确定CRC正确时，UE可以识别出向UE发送了相应的消息。
DCI格式1_0可以用于调度PDSCH的回退DCI，在这种情况下，CRC可以由C-RNTI加扰。CRC由C-RNTI加扰的DCI格式1_0可以包括例如下面[表2]中的信息。
[表2]
Figure BDA0003943470960000091
DCI格式1_1可以用于调度PDSCH的非回退DCI，在这种情况下，CRC可以由C-RNTI加扰。CRC由C-RNTI加扰的DCI格式1_1可以包括例如下面的[表3]中的信息。
[表3]
Figure BDA0003943470960000092
Figure BDA0003943470960000101
在5G系统中，在发送OFDM信号的处理中，通过调制将编码符号(或编码比特)转换为调制符号，并且通过串并(S/P)转换器收集M个调制符号并将其转换为并行信号。M个转换的符号被映射到期望的子载波位置，然后通过应用快速傅立叶逆变换(IFFT)转换为OFDM信号。转换的时间样本通过并行到串行(P/S)转换为串行时间样本，循环前缀与之级联，然后通过数模转换器(DAC)和射频(RF)生成信号。OFDM信号可以在从低频带到高频带的频带中传输。然而，当使用高频带时，由于高采样率、宽带宽和低硬件效率，产生非常高的功耗，因此接收器不能总是保持活动状态，并且只能在接收数据时唤醒。当接收器在很短的时间间隔内醒来以接收和处理数据，同时最小化性能恶化时，在接收器信号处理之前应该有足够的附加信息。在传统的蜂窝通信系统中，可以使用一些资源(通常为20％或更多)来发送和接收导频信号，以便支持获取同步和解调时间、频率和/或多普勒所需的信道信息。
下面描述当在高频带中短时间处理信号时产生的瓶颈现象。RF设备产生的内部噪声会改变相位，这称为相位噪声，会导致接收器的性能严重恶化。也就是说，当用于发送和接收信号的频带显著高时，更难以通过相同数量的导频信号资源来实现相同水平的接收精度。为此，需要一种最小化所需开销并获得被噪声损坏的信号所需的数据信道信息的方法。
以下，“d”表示信道的延迟域，“D”表示信道的多普勒域，“t”表示信道的时域，并且“f”表示信道的频域。“d-D”表示延迟和多普勒的二维域，并且“t-f”表示时间和频率的二维域。
根据本公开中提出的方法，发送器在d-D资源网格(即，Nd x ND的二维网格)中应用符号映射，并且使用t-f资源网格(即，NF x NT的二维网格)，如基于OFDM的多载波信号来发送实际数据分组。为了获取发送器和接收器之间的信道的二阶统计，即关于多普勒扩展LD(以符号单位)和延迟扩展Ld(以样本单位)的信息，发送器和接收器将发送器和接收器基于信道和/或信号(例如信道状态信息参考信号或CSI-RS、同步信号等)获取的信道信息反馈到接收器或发送器，或者通过使用可以获取的信道或信号(探测参考信号、SRS等)来获取与其对应的信道信息。因此，可以在区域d-D中使用的二维资源的数量可以是Nd x ND＝NF/Ldx NT/LD。
图3示出了区域d-D的资源网格的示例。域d-D可以表示为二维网格301，其包括指示延迟的Nd个块资源307和指示多普勒的ND个块资源303。二维网格内的一个块311可以均匀地划分为长度为Ld的二维d-D域资源305和长度为LD的309。这种划分可以根据信道的时间延迟和多普勒扩展的程度来执行，并且关于划分的信息可以由BS基于最大允许的延迟和设计UE的运动速度来确定，或者可以基于通过信道估计检测的信道以及通过发送器和接收器之间的SRS或CSI-RS对信道的反馈来配置，并且可以包括通过高层信号指示的方法中的至少一种。划分的资源可以包括从p(1)到p(Nd,ND)的块资源。
下面描述本公开中提出的方法。发送器首先通过稀疏映射将传输符号(或传输信息)转换为二进制信息。二进制信息是0或1的值，并且稀疏映射是使用其中包括的极少量1的变换向量来映射的。存在用于稀疏映射的各种方法，例如，可以使用将变换向量的特定位置变换为1的方法。在将2比特的传输符号变换为4比特的稀疏向量的方法中，00可以变换为1000，01可以变换为0100，10可以变换为0010，并且11可以变换为0001。每个变换的稀疏向量包括一个1，因此稀疏性K表示为1。
此后，将变换向量映射到d-D资源网格并变换为t-f域的信号。根据调度而变换的域t-f中的一些信号被选择并通过OFDM信号发送。
接收器首先接收OFDM符号并将其转换为域d-D中的信号。接收器可以使用基于压缩感知(CS)的接收算法，并且可以识别对于每个d-D块资源在d-D域中是否存在关于信号的信息，以便通过CS能量检测来重构期望的二进制信号。通过稀疏解映射将重构的二进制信号转换为原始符号。
以下，将更详细地描述所提出的传输方法。当在延迟多普勒域中发送的二进制传输向量(即，一个或多个传输符号)为s时，可以通过函数f(s；b；M；K)来获取稀疏向量p。也就是说，通过具有稀疏性K的映射器将对应于每个二进制传输向量s的每个比特的流映射到M维稀疏向量(在此，例如，M＝bNdND/Ns，Ns是s的长度)。结果，d-D域中的资源的最大数量是NdxND个块，并且数据(0或1)被映射到每个块。因此，映射的p可以表示为以下稀疏矩阵P。
[公式1]
Figure BDA0003943470960000121
1LDxLd是第(LD/2)个值和第(Ld/2)个值为1且剩余值为0的矩阵。当稀疏矩阵P在t-f域中扩展时，可以通过下面的[公式2]生成二维传输信号X。
[公式2]
Figure BDA0003943470960000131
AoB是A和B矩阵之间的哈达玛积。FNF是大小为N的傅立叶变换矩阵，Φ是在t-f域中选择m列的选择矩阵，并且Φ'是通过在d-D域中替换Φ而获得的矩阵。Φ用于选择频带，并且发送器在频域中执行附加压缩，以便配置保护频带，用于基于Φ管理相邻信道之间用户复用或/和潜在的干扰。
通过上述过程，总共2步压缩被应用于向量s的传输，其中第一压缩是d-D域中的稀疏压缩，并且第二压缩对应于通过t-f域中的频带映射的压缩。
图4示出了在本公开中提出的扩展到t-f域的示例。也就是说，图3中配置的p个块在图4中的时间403和频率405的二维中被扩展。由于通过FFT的大小执行到t-f域的变换，因此关于所有p个块的信息被均匀地扩展到二维资源401。然而，在通信系统中可能不可能实际传输所有信息。需要通过通信系统中的特定频率资源传输信号以与其他用户构建复用和/或保护频带。
图5示出了在本公开中提出的t-f域资源的分配的示例。如图5所示，在时间503和频率505的频带中的一些区域507中发送关于扩展P个块的信息。此时，该方法由第一压缩(d-D域中的稀疏压缩)中的高层信号或预定义规则确定，并且发送器在第二压缩(t-f域的一些区域中的信号传输)中传输使用控制信道或高层信号发送信号的频带的位置和长度。具体地，用于第一压缩的信息可以包括长度Ld和/或LD、数量Nd和/或ND、数量NF和/或NT、稀疏向量的长度、稀疏映射规则的方法和稀疏性K中的至少一个，此外，用于第二压缩的信息可以包括关于发送信号的频带、子载波的位置、以预定或预配置单元表示的频率资源和/或时间资源以及时间符号的位置的信息。
发送信号可以由接收器经由信道接收，并表示为向量，使得符号n中的接收向量yn可以如[公式3]所示表示。
[公式3]
Figure BDA0003943470960000132
Gn是信道矩阵，xn是矩阵X的第n列向量，并且z是指示添加白色高斯噪声的噪声向量。信道矩阵G可以如[公式4]所示进行分解。
[公式4]
Figure BDA0003943470960000133
矩阵Λn以对角线形式表示频率信道值。也就是说，当频率信道向量为hn时，
Figure BDA0003943470960000141
并且通过将[公式4]应用于[公式3]，可获得下面的[公式5]。
[公式5]
Figure BDA0003943470960000142
由于将d-D域中压缩的信号发送到NT个符号，因此收集NT个符号的矩阵
Figure BDA0003943470960000143
可以表示为下面的[公式6]。
[公式6]
Figure BDA0003943470960000144
接收信号被变换到d-D域。U对应于
Figure BDA0003943470960000145
和
Figure BDA0003943470960000146
的d-D信道响应，并且[公式6]可以简单地表示为[公式7]。
[公式7]
Figure BDA0003943470960000147
Figure BDA0003943470960000148
为了使用CS算法重构接收信号，将[公式7]划分为子矩阵形式，并且通过应用其来获得[公式8]。
[公式8]
Figure BDA0003943470960000149
变换符号意味着如下[公式9]所示的变换。
[公式9]
Figure BDA00039434709600001410
最后变换的[公式9]可以表示如下。
[公式10]
Figure BDA0003943470960000151
Figure BDA0003943470960000152
G是d-D域信道响应，并且由于t-f和d-D域之间的二维循环相关属性，对于所有d-D域资源块都是相同的。接收器可以根据用于[公式10]的每个资源块从最高能量顺序地选择资源块。这由下面的[公式11]表示。
[公式11]
Figure BDA0003943470960000153
由于矩阵P包括0和1，因此接收器的操作与通过d-D信道检测1映射到的资源块的能量相同。因此，不需要使用导频信号的接收器可以通过观察接收整个信道的能量的d-D区域来重构传输信号。此外，由于一个数据符号被分配到几个t-f资源而不被映射到t-f域的特定资源，因此可以实现对由于相位噪声而生成的干扰的稳健性。接收信号与使用d-D域中的稀疏向量对信道脉冲响应进行二维卷积相同。结果，根据d-D域资源网格的特定资源块中是否存在信号来发送信息。
图6示出了本公开中提出的发送器的发送操作。参考图6，在操作601中，发送器配置用于本公开中提出的方法的压缩传输的配置信息，并通过层信号将配置信息传送给接收器。用于压缩传输的配置信息可以包括关于长度Ld和/或LD、数量Nd和/或ND、数量NF和/或NT、稀疏向量的长度、稀疏映射的方法或规则、稀疏性K的至少一条信息，并且一些信息可以是预先确定的，因此可以不发送。此后，发送器确定详细的调度信息，特别是频率轴上的分配信息，并且在操作603中通过控制信道或高层信令将信息发送到接收器。调度信息可以包括关于通过本公开中提出的方法发送转换的信号的频带资源和/或时间资源的信息，对应于如上所述的用于第二压缩的信息。
发送器在操作605中通过上述方法将发送信号转换为稀疏向量，并在操作607中将其映射到预配置的d-D域块资源。发送器在操作609中通过上述方法将映射信号转换为t-f域信号，并基于调度信息(诸如在操作603中确定的频率分配)将其分配给t-f域资源。此时，发送器可以将转换的信号与其他信号复用。此后，在操作613中，发送器将转换的信号转换为OFDM信号并将其发送到接收器。
图7示出了本公开中提出的接收器的接收操作。参考图7，在操作701中接收器通过高层信令从发送器接收用于压缩传输的配置信息，诸如稀疏向量压缩、映射规则、d-D域的资源配置信息。用于压缩传输的配置信息可以包括关于长度Ld和/或LD、数量Nd和/或ND、数量NF和/或NT、稀疏向量的长度、稀疏映射的方法或规则以及稀疏性K的至少一条信息，并且一些信息可以是预先确定的，因此可以不发送。此后，在操作703中，接收器通过高层信号或控制信道接收实际t-f域中的调度信息(即，OFDM信号分配信息)。调度信息可以包括关于用于发送本公开中提出的转换的信号的频带资源和/或时间资源的信息，该信息是如上所述用于第二压缩的信息。接收器根据在操作703中接收的调度信息接收OFDM信号。此后，为了重构原始信号，接收器可以通过本公开中提出的信号处理来重构通过测量每个d-D域资源块的能量大小的方法发送的d-D域的稀疏向量，并且通过对重构的稀疏向量执行稀疏向量解映射来重构原始信号。
图8是示出根据本公开中提出的实施例的性能的示图。图8示出了在用于数据传输的符号长度可变的情况下的性能。
在图8中，当用于发送信号的符号的数量Nt为20、40、60和80时，根据信噪比(SNR)来示出分组错误率(PER)性能。这意味着传输是以恒定大小的d-D域资源块而不是块中包括的可变长度LD执行的。基于该结果，可以根据恒定多普勒扩展来观察d-D域中的块之间的干扰的影响。根据图8，当Nt＝60和80用于SNR＝-6.5和-9dB时，可以实现0.001PER。另一方面，当Nt小到如20到40时，即使SNR高，性能也会恶化，PER也会变差。这是因为由于在d-D域中产生的资源块之间的干扰而产生误差，这是类似于t-f域中符号之间的干扰的现象。也就是说，为了有效地执行本公开中提出的方法，重要的是基于信道的多普勒扩展统计来正确配置d＝-D域块资源(LD和Ld的大小)以避免干扰。为此，发送器和接收器可以在执行本公开之前获取信道状态，如本公开中提出的。
图9是示出根据本公开中提出的示例的性能的另一示图。图9示出了当频带的大小在各种多普勒速度下改变时的性能。
图9示出了本公开中提出的技术对频率轴中的多普勒频率(fD)和频率轴中压缩率m(％)有多敏感。如图9的结果所示，当为多普勒频率配置适当的多普勒域块距离LD时，即使仅使用与带宽相比约40％的频率资源来执行传输，也可以实现0.1PER(蜂窝网络中的一般数据传输要求)。当多普勒频率进一步降低时(当UE速度降低时)，即使与带宽相比仅使用约10％的子载波，也可以实现数据传输要求。因此，所提出的方法可以表明高水平的频率区域压缩是可能的。
图10是示出根据本公开中提出的示例的性能的另一示图。图10示出了当稀疏映射的程度和用于传输的时间符号的大小改变时的性能。
图10示出了当用于发送信号的时间符号的数量Nt改变时根据d-D区域的稀疏性的PER性能结果。在此，稀疏率α用于比较稀疏性，这意味着所有M个块之间实际用于传输的块的数量。当Nt非常大(例如，Nt＝80)时，即使α>0.5，也可以实现0.1PER，但随着Nt更小，PER对稀疏率α更敏感。例如，在Nt＝40的情况下，即使仅向一个或两个块发送信号，也不能实现0.01PER。
图11是示出根据本公开中提出的示例的性能的另一示图。图11示出了在各种信道条件下提出的方法的性能。
在图11中，根据SNR示出了根据信道特性(诸如最大延迟扩展(Dmax)和信道抽头数(Ntap))的PER性能。当Ntap为20时，Dmax为70，并且20个抽头均匀且随机地分布在70个抽头上，以生成在频域中具有高选择性的信道。观察到当Ntap以相同的Dmax减小时，抽头之间的平均延迟间隔增加，并且最终信道选择性进一步增加。另一方面，当Dmax降低时，信道选择性降低。结果，随着信道选择性增加，以0.01PER接收所需的SNR可以降低，但t-f域信道中的信道的影响很小。这意味着所提出的方法对t-f域添加的相位噪声不敏感。
图12示出了根据本公开中提出的第五实施例的性能。图12示出了与各种传统方案的性能比较。
图12示出了根据本公开的多维稀疏向量压缩(M-PVS)的PER性能与传统技术的比较，诸如OFDM[1]、SVC[22]和PL-SVC[3]([1]Zaidi,Ali,et al."5G Physical Layer:principles,models and technology components,"Academic Press,2018[2]H.Ji etal.,"Sparse Vector Coding of Control Channel for Ultra-Reliable and LowLatency Communications,"IEEE Trans.Wireless Commun.,2017[3]H.Ji,et al.,"Pilot-Less Sparse Vector Coding for Short Packet Transmission,"IEEECommun.Lett.,vol.8,no.4,2019)。OFDM方案使用用于发送信号的30％的资源作为二维导频信号传输的开销。在稀疏向量编码(SVC)的情况下，解码需要导频符号，但是在没有导频符号的情况下执行传输，并且用于SVC和无导频稀疏向量编码的资源相同。结果，由于没有导频符号不能有效地执行SVC，因此SVC的性能最低。在PL-SVC的情况下，解码算法的主要假设是信道系数在数据传输间隔期间几乎恒定。因此，即使在高SNR中，也观察到由于多普勒引起的信道变化而导致的性能恶化。与OFDM相比，本公开中提出的方法(M-SVC)具有较低的频谱效率，但可以获得更好的PER性能，而无需t-f域中的导频信号的开销，即无需信道估计。这对于考虑到能量效率比频谱效率更重要的系统是有用的，如通过具有显著大频带资源的非常大的毫米波或Terra Hertz频谱的数据网络。此外，根据所提出的M-SVC的每个性能操作可以通过收发器的软件快速处理，而无需添加硬件。
为了实现上述实施例，UE和UB的收发器、存储器和处理器分别在图13和图14中示出。
图13是示出根据本公开的实施例的发送器的结构的框图。发送器可以是BS或UE。
参考图13，发送器可以包括数据信号发生器1300、复用器1310、控制信号发生器1320、RF信号发生器1330和存储器/控制器1340。然而，发送器的元件不限于此，例如，UE可以包括比上述元件更多或更少的元件。此外，数据信号发生器1300、复用器1310、控制信号发生器1320、RF信号发生器1330和存储器/控制器1340可以以一个芯片的形式实现。
根据本公开的实施例，数据信号发生器1300是用于调制传输符号以生成传输样本的设备。控制信号发生器1320是用于调制控制信息并生成传输样本的设备。复用器1310是用于复用所生成的数据和控制信号的设备。RF信号发生器1330是用于将数字信号转换为模拟信号、将模拟信号上转换为RF信号并将生成的信号发送到天线的设备，并且信号可以包括控制信息和数据。此外，RF信号发生器1330可以被称为发送器、收发器等。
根据本公开的实施例，存储器/控制器1340可以存储BS操作所需的程序和数据。此外，存储器/控制器1340可以存储包括在由发送器发送的信号中的控制信息或数据。存储器/控制器1340可以由诸如ROM、RAM、硬盘、CD-ROM和DVD的存储介质或存储介质的组合来配置。此外，存储器/控制器1340可以由多个存储器和处理器配置。根据本公开的实施例，存储器/控制器1340可以存储用于快速数据处理、数据和程序的信息。此外，由复用器1310、控制信号发生器1320和数据信号发生器1300执行的操作可以由存储器/控制器1340执行。
根据本公开的实施例，存储器/控制器1340可以基于根据本公开实施例的发送器的操作来控制一系列处理。
图14是示出根据本公开的实施例的接收器的结构的框图。接收器可以是UE或BS。
参考图14，UE可以包括RF信号接收器1440、数据信号接收器1400、解复用器1410、控制信号接收器1420和存储器/控制器1440。然而，UE的元件不限于此，例如，UE可以包括比上述元件更多或更少的元件。此外，RF信号接收器1430、数据信号接收器1400、解复用器1410、控制信号接收器1420和存储器/控制器1440可以以一个芯片的形式实现。
根据本公开的实施例，RF信号接收器1430可以接收发送器的信号。信号可以包括控制信息和数据。为此，RF信号接收器1430可以由RF接收器配置，用于下转换和放大接收信号的频率。此外，RF信号接收器1430可以被称为接收器、收发器等。此外，信号被发送到相应接收器，即，控制信道被发送到控制信号接收器1420，数据信道通过解复用器1410被发送到数据信号接收器1400，并且数据信号可以由存储器/控制器1440基于来自控制信道的重构命令来重构。
根据本公开的实施例，存储器/控制器1440可以存储接收器操作所需的程序和数据。此外，存储器/控制器1440可以存储包括在由发送器发送的信号中的控制信息或数据。存储器/控制器1440可以由诸如ROM、RAM、硬盘、CD-ROM和DVD的存储介质或存储介质的组合来配置。此外，存储器/控制器1440可以由多个存储器配置。根据本公开的实施例，存储器/控制器1440可以存储用于快速数据信号处理的信息、数据及其程序。此外，由解复用器1410、控制信号接收器1420和数据信号接收器1400执行的操作可以由存储器/控制器1440执行。
根据本公开的实施例，存储器/控制器1440可以控制一系列处理，使得BS可以根据本公开实施例进行操作。
根据权利要求书或本公开说明书中描述的各种实施例的方法可以通过硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。
当方法由软件实现时，可以提供用于存储一个或多个程序(软件模块)的计算机可读存储介质。存储在计算机可读存储介质中的一个或多个程序可以被配置为由电子设备内的一个或者多个处理器执行。至少一个程序可以包括使得电子设备执行如所附权利要求书所定义和/或本文所公开的根据本公开的各个实施例的方法的指令。
程序(软件模块或软件)可以存储在非易失性存储器中，包括随机存取存储器和闪存、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、磁盘存储设备、光盘ROM(CD-ROM)、数字多用盘(DVD)或其他类型的光存储设备或磁带。可选地，它们中的一些或全部的任何组合可以形成存储程序的存储器。此外，电子设备中可以包括多个这样的存储器。
此外，程序可以存储在可连接的存储设备中，该存储设备可以通过诸如互联网、内联网、局域网(LAN)、广域网(WLAN)和存储区域网(SAN)或其组合的通信网络来访问电子设备。这种存储设备可以通过外部端口访问电子设备。此外，通信网络上的单独存储设备可以访问便携式电子设备。
在本公开的上述详细实施例中，根据所呈现的详细实施例，本公开中包括的元件以单数或复数表示。然而，为了便于描述，单数形式或复数形式被适当地选择为所呈现的情况，并且本公开不受以单数或复数表示的元件的限制。因此，用复数表示的元件也可以包括单个元件，或者用单数表示的元件也可以包括多个元件。
说明书和附图中描述和示出的本公开的实施例仅仅是为了容易地解释本公开的技术内容和帮助理解本公开而呈现的具体示例，并不旨在限制本公开的范围。也就是说，对于本领域技术人员来说，可以实现基于本公开的技术思想的其他变型是显而易见的。此外，根据需要，可以组合使用上述各个实施例。例如，本公开的一个实施例的一部分可以与另一个实施例的一部分组合以操作基站和终端。例如，本公开的一个实施例的一部分可以与另一个实施例的一部分相结合，以操作基站和终端。此外，本公开的实施例可应用于其他通信系统，也可实现基于实施例的技术思想的其他变型。例如，这些实施例还可应用于LTE、5G或NR系统。

Claims (15)

1.一种通信系统中的发送器的方法，所述方法包括：
向接收器发送用于发送信号的配置信息；
识别用于发送信号的资源，并向所述接收器发送指示所述资源的调度信息；
根据所述配置信息将所发送的信号转换为压缩信号；
将所述压缩信号扩展到多个维度；
将扩展的压缩信号中的一些映射到与所述调度信息相对应的所述资源；以及
转换所述扩展的压缩信号以生成正交频分复用(OFDM)信号，并向所述接收器发送所生成的OFDM信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述配置信息包括与延迟多普勒域配置或稀疏映射规则有关的至少一条信息或者关于发送所发送的信号的频带的信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述配置信息将所发送的信号转换为压缩信号包括将所发送的信号中包括的传输信息映射到各个对应的稀疏向量，或者
将所述压缩信号扩展到多个维度包括：
将所述稀疏向量映射到延迟多普勒域；以及
将映射的稀疏向量扩展到时频带。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，将所述稀疏向量映射到延迟多普勒域还包括将所述稀疏向量的各个比特映射到延迟多普勒域中包括的资源块。
5.一种通信系统中的接收器的方法，所述方法包括：
从发送器接收用于接收信号的配置信息；
从所述发送器接收用于接收信号的调度信息；
基于所述配置信息和所述调度信息来重构所接收的信号；以及
解压缩重构的接收信号，以获取传输信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述配置信息包括与延迟多普勒域配置或稀疏映射规则有关的至少一条信息。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，重构所接收的信号包括：
将所接收的信号转换为延迟多普勒域信号；以及
识别是否存在所述延迟多普勒域信号的相应资源块，并重构所接收的信号。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，获取所述传输信息是通过将稀疏解映射应用于所述重构的接收信号来执行的。
9.一种通信系统中的发送器，所述发送器包括：
收发器；以及
控制器，被配置为执行控制以向接收器发送用于发送信号的配置信息，识别用于发送信号的资源并向所述接收器发送指示所述资源的调度信息，根据所述配置信息将所发送的信号转换为压缩信号，将所述压缩信号扩展到多个维度，将扩展的压缩信号中的一些映射到与所述调度信息相对应的所述资源，以及转换所述扩展的压缩信号以生成正交频分复用(OFDM)信号并向所述接收器发送所生成的OFDM信号。
10.根据权利要求9所述的发送器，其中，所述配置信息包括与延迟多普勒域配置或稀疏映射规则有关的至少一条信息或者关于发送所发送的信号的频带的信息。
11.根据权利要求9所述的发送器，其中，所述控制器被配置为进一步执行控制以将所发送的信号中包括的传输信息映射到各个对应的稀疏向量，或者
将所述稀疏向量映射到延迟多普勒域，并将映射的稀疏向量扩展到时频带。
12.根据权利要求9所述的发送器，其中，所述控制器被配置为进一步执行控制以将所述稀疏向量的各个比特映射到延迟多普勒域中包括的资源块。
13.一种通信系统中的接收器的方法，所述方法包括：
发送器；以及
控制器，被配置为执行控制以从发送器接收用于接收信号的配置信息，从所述发送器接收用于接收信号的调度信息，基于所述配置信息和所述调度信息来重构所接收的信号，以及解压缩重构的接收信号以获取传输信息。
14.根据权利要求13所述的接收器，其中，所述配置信息包括与延迟多普勒域配置或稀疏映射规则有关的至少一条信息。
15.根据权利要求13所述的接收器，其中，所述控制器被配置为进一步执行控制以将所接收的信号转换为延迟多普勒域信号并识别是否存在所述延迟多普勒域信号的相应资源块以重构所接收的信号，或者将稀疏解映射应用于所述重构的接收信号以获取所述传输信息。
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