DFT-s-OFDM和CP-OFDM波形動態(tài)切換的影響
3GPP 同意在R-18中引入動態(tài)波形指示功能,支持動態(tài)波形指示需新增1位字段,用bit“0”指示一個波形,bit“1”指示另一個波形。
有兩種方法來調整DCI有效載荷大小,即調整總DCI大小,即按格式調整DCI大??;以及調整每個字段,即按字段調整DCI尺寸。按照格式調整DCI大小僅要求CP-OFDM和DFT-s-OFDM對應的DCI?format0_1/0_2的總大小相同。對于與具有較少信息比特的波形相對應的DCI,生成多個零填充比特用于對齊。為了正確解碼DCI,當使用每種格式的DCI大小時,波形切換字段應位于DCI的前面,例如,在DCI格式的標識符字段之后。對齊每個字段的DCI大小要求每個字段的比特寬度應與指示DFT-s-OFDM和CP-OFDM所需的最大寬度對齊。對于具有較小位寬的波形,將保留相應字段的MSB,并生成多個零填充位用于對齊。
按格式對齊DCI大小和按字段對齊DCI尺寸的優(yōu)缺點如下。
如圖所示,按格式調整DCI大小只需要在DCI末尾進行簡單的位填充,并且當引入新字段以增強DFT-S-OFDM的其他特性時,填充位的數量很容易減少,例如,支持DFT-S-OFDM中的Rel-18頻域頻譜整形。因此,按格式調整DCI大小具有更小的DCI大小,以支持未來引入新字段的前向兼容性,這意味著更好的覆蓋性能。此外,它允許在gNB和UE側重用當前DCI解碼/解析實現。
對齊每個字段的DCI大小對波形切換位的位置沒有要求。然而,如下圖所示,它需要大多數字段的位填充,其中填充位不能被新字段重用。換言之,當DCI中僅針對DCI大小較小的波形引入新字段以支持未來功能或增強時,每字段對齊DCI大小具有更大的DCI大小。較大的DCI大小意味著較差的覆蓋性能。此外,當前DCI解碼方案基于由RRC配置的波形。每字段對齊需要改變當前的DCI解碼/解析實現,這增加了UE不必要的實現復雜性。

每字段對齊不僅增加了實現的復雜性,還增加了DCI開銷,這是一種過度優(yōu)化。
兩個波形之間的最大發(fā)射功率的差異通常在不同UE之間變化。它與UE實現密切相關。例如,當UE采用先進的技術來降低CP-OFDM的PAPR時,兩個波形的最大發(fā)射功率彼此非常接近。當將波形從CP-OFDM切換到DFT-s-OFDM時,一些UE對于相同調制可以獲得2-2.5dB的功率提升,對于不同調制可以獲得最多6dB的功率提升。功率提升的變化接近6dB。當gNB指示UE切換波形時,gNB還應指示適當數量的PRB、MSC和傳輸功率控制,以最佳利用功率提升,即從CP-OFDM切換到DFT-s-OFDM的最大傳輸功率差,以提高覆蓋性能。
如果gNB沒有關于功率提升的信息,則它必須估計功率提升。估計精度與波形切換性能的提高密切相關。將波形從CP-OFDM切換到DFT-s-OFDM,當gNB估計比UE的功率提升更大的功率提升時,由于UE沒有足夠的功率來傳輸數據,這可能導致數據傳輸失敗。當gNB估計的功率提升小于UE的功率提升時,這可能導致上行鏈路數據傳輸的性能下降,因為UE具有更多的功率來傳輸更多的數據。上述情況發(fā)生的概率很高,并降低了波形切換的性能改進。

圖2說明了當將CP-OFDM切換到DFT-s-OFDM時,具有和不具有功率提升信息的不同MCS和RB分配策略。從圖2可以看出,即使UE實際上通過將CP-OFDM切換到DFT-s-OFDM獲得了功率提升,而當gNB不知道UE的功率提升信息時,gNB仍然必須將原始RB、MCS、功率分配給UE,以避免由于過高估計增加的功率而導致通信中斷。這意味著通過將CP-OFDM切換到DFT-s-OFDM而獲得的功率提升不會帶來吞吐量增益,直到gNB通過PHR知道功率余量。當gNB知道UE的功率提升信息時,可以指示適當的MCS和RB分配,這保證了改進的性能。

圖3說明了當將DFT-s-OFDM切換到CP-OFDM時,具有和不具有功率變化信息的不同MCS和RB分配策略。從圖3中,可以看到,當將DFT-s-OFDM切換到CP-OFDM時,UE遭受功率降低,當gNB不知道UE的功率降低信息時,gNB要么向UE分配原始RB、MCS,要么向UE指派最小RB和MCS。在這種情況下,將DFT-s-OFDM切換到CP-OFDM并分配原始RB、MCS可能會導致數據傳輸失敗。通過分配最小RB和MCS將DFT-s-OFDM切換到CP-OFDM可以避免通信中斷,但會導致數據傳輸的嚴重性能下降。因為,當UE將DFT-s-OFDM切換到CP-OFDM時,它通常不受覆蓋限制,其MCS和RB分配遠遠大于最小值。而當gNB知道UE的功率降低信息時,可以給出合適的MCS和RB分配,例如,新的MCS和RB分配、新的MCS與原始的RB分配或原始的MCS與新的RB分配,這保證了穩(wěn)定的性能。
為了解決這個問題,gNB必須知道目標波形的功率余量,并相應地分配RB和指示MCS,這需要UE報告目標波形的功率余量。
有三種類型的方法可以幫助gNB確定目標波形的MCS選擇和RB分配,包括功率余量相關信息報告、PHR觸發(fā)增強和UE波形切換能力報告。
功率余量信息報告
當前功率余量報告(PHR)通過PHR MAC CE報告給gNB。如圖4所示,單條目PHR MAC CE占用16位,其中R是保留位,PH表示長度為6位的功率余量級別,PCMAX,f,c表示用于計算前一個PH字段的PCMAX,f,c。引入新字段來報告多個波形的PH或PCMAX,f,c似乎是過度優(yōu)化。原因如下。首先,多個波形的PH和PCMAX,f,c的報告僅在波形切換持續(xù)時間期間使用,并且波形切換是具有低概率的事件,其持續(xù)時間與上行傳輸時間相比非常小。為這種事情預留資源似乎效率低下。例如,對于小區(qū)中心的UE,多個波形的PH和PCMAX、f、c的報告沒有任何用處,只會浪費功率和時頻資源。第二,有更簡單和更有效的方法來處理上述問題,例如在必要時通過替換當前波形來報告所需波形的PH和PCMAX,f,c。第三,PHR MAC CE擴展需要層2的專業(yè)知識。由于工作量和規(guī)范的影響,擴展PHR MAC CE用于波形切換是不合理的。

為了減少規(guī)范影響,最好重用當前PHR方案來報告波形切換的目標波形的功率余量,并且只改變波形切換決策之前報告的PHR的計算方法。因為,在波形切換之前,當前PHR是通過當前波形的傳輸設置來計算的,所以使用當前波形的PHR作為目標波形的PHL是不準確的。目標波形的PHR計算如下。具體地,UE使用目標波形的PCMAX,f,c和當前波形的發(fā)射功率估計來計算目標波形的PHR,其中,通過所使用的當前波形的MCS和RB分配來估計目標波形的PCMAX,f、c。當兩個波形的MCS和RB分配相似時,它可以為目標波形提供準確的PHR估計。
幸運的是,兩個波形的使用MCS和RB分配可以相同或相似,即可以利用當前波形的使用MCS和RB配置來估計目標波形的PCMAX,f,c。原因如下。當覆蓋受限時,UE通常將CP-OFDM切換到DFT-s-OFDM,其中MCS索引和RB分配非常小。對于較小的MCS指數,根據表5.1.3.1-1和6.1.3.1-1以及表5.1.3.1-3和6.1.3.1-2,當“q=2”時,兩個波形的MCS可以相同。對于頻率資源分配的type 1,CP-OFDM的RB分配可以用作DFT-s-OFDM的RB分配。對于頻率資源分配的type 0,為了使RB相似,gNB可以選擇CP-OFDM和相鄰RB的RB分配中具有最大長度的連續(xù)RBG作為DFT-s-OFDM的RB分配。而且,UE通常將DFT-s-OFDM切換到CP-OFDM以追求更高的數據速率,當它不受覆蓋限制時,MCS和RB分配很大。對于較大的MCS指數,根據表5.1.3.1-1和6.1.3.1-1以及表5.1.3.1-3和6.1.3.1-2,兩個波形的大部分MCS可以相同。DFT-s-OFDM的RB分配可以直接用作CP-OFDM的RB分配。更重要的是,gNB可以在波形切換之前調整當前波形的MCS索引和RB分配,以使DFT-s-OFDM和CP-OFDM的MCS和RB分配相同。
PHR觸發(fā)增強
當前PHR定期或由事件觸發(fā)。PHR的周期可以配置為10ms至1000ms或更大。觸發(fā)事件是路徑損耗變化超過可設置為1、3、6dB或甚至更大的配置閾值。通常,當前PHR觸發(fā)很難保證波形切換的及時PHR。在某些情況下,依靠定期PHR觸發(fā)是不可能的。例如,當PHR周期被配置為1000ms時,gNB不能最好地利用功率提升來提高覆蓋性能,直到波形切換后平均約500ms。如此大的延遲使得波形切換毫無意義。事件觸發(fā)是不可靠的,因為路徑損耗變化超過其閾值,并且波形切換不能總是同時發(fā)生。將PHR周期減少到10ms或將事件觸發(fā)閾值減少到1dB可以通過增加所有UE的PHR頻率來緩解這個問題,這增加了功率和時頻資源的開銷。在這種情況下,即使是小區(qū)中心UE也必須報告PHR,這除了浪費功率和時間-頻率資源之外沒有任何用處。即使忽略頻繁PHR的增加的開銷,它仍然不能保證波形切換的及時PHR,特別是對于在一幀期間多次調度的UE。為了解決這個問題,應該增強PHR觸發(fā)。
有三種PHR觸發(fā)增強,包括網絡觸發(fā)PHR、PHR閾值觸發(fā)PHR和波形切換觸發(fā)PHR。網絡觸發(fā)PHR要求gNB引入新的信令以指示UE報告PHR以進行波形切換。PHR閾值觸發(fā)的PHR要求UE在PH低于或高于閾值時報告PH。波形切換觸發(fā)的PHR使用波形切換信令來觸發(fā)PHR,這不能用于波形切換決策。
與其他方法相比,PH閾值觸發(fā)PHR沒有優(yōu)勢。它不能作為第一種方法幫助gNB做出波形切換決策。它比第三種方法具有更大的資源開銷,因為它可能過于頻繁地報告PHR。
網絡觸發(fā)PHR如圖5(a)所示,在波形切換之前,gNB向觸發(fā)UE發(fā)送信令以報告PHR,PHR由目標波形的PCMAX、f、c和當前波形的傳輸功率估計計算。它可以幫助gNB做出波形切換決策,調整資源分配、MCS選擇和傳輸功率,以充分利用第一調度時隙中的波形切換增益。同時,它帶來了1比特的信令成本。波形切換觸發(fā)的PHR如圖5(b)所示,其中UE正常計算PHR,并在波形切換后立即向gNB報告PHR。它可以幫助gNB調整資源分配、MCS選擇和傳輸功率。

當gNB需要保證UE的有效波形切換決策時,網絡觸發(fā)PHR優(yōu)于波形切換觸發(fā)PHR,因為它可以在波形切換之前提供目標波形的PHR。并且,網絡觸發(fā)PHR應通過目標波形的PCMAX、f、c和當前波形的發(fā)射功率估計來計算。事實上,當波形切換時,大多數UE可以滿足某些功率變化閾值。因此,是否引入額外的開銷以保證少數UE的有效波形切換決策似乎值得討論。忽略波形切換的無效性,為了幫助gNB指示合適的RB分配和MCS索引,波形切換觸發(fā)的PHR就足夠了,其中PHR使用當前計算方法。
報告推薦波形或請求切換波形
UE可以報告其期望的波形以幫助gNB做出波形切換決策。然而,gNB決定MCS選擇和RB分配沒有幫助。它還需要新的MAC CE設計,與重用PHR相比,這需要更多的工作量和更多的規(guī)范影響。