DFT-s-OFDM和CP-OFDM波形动态切换的影响

3GPP 同意在R-18中引入动态波形指示功能，支持动态波形指示需新增1位字段，用bit“0”指示一个波形，bit“1”指示另一个波形。

有两种方法来调整DCI有效载荷大小，即调整总DCI大小，即按格式调整DCI大小；以及调整每个字段，即按字段调整DCI尺寸。按照格式调整DCI大小仅要求CP-OFDM和DFT-s-OFDM对应的DCI format0_1/0_2的总大小相同。对于与具有较少信息比特的波形相对应的DCI，生成多个零填充比特用于对齐。为了正确解码DCI，当使用每种格式的DCI大小时，波形切换字段应位于DCI的前面，例如，在DCI格式的标识符字段之后。对齐每个字段的DCI大小要求每个字段的比特宽度应与指示DFT-s-OFDM和CP-OFDM所需的最大宽度对齐。对于具有较小位宽的波形，将保留相应字段的MSB，并生成多个零填充位用于对齐。

按格式对齐DCI大小和按字段对齐DCI尺寸的优缺点如下。

如图所示，按格式调整DCI大小只需要在DCI末尾进行简单的位填充，并且当引入新字段以增强DFT-S-OFDM的其他特性时，填充位的数量很容易减少，例如，支持DFT-S-OFDM中的Rel-18频域频谱整形。因此，按格式调整DCI大小具有更小的DCI大小，以支持未来引入新字段的前向兼容性，这意味着更好的覆盖性能。此外，它允许在gNB和UE侧重用当前DCI解码/解析实现。

对齐每个字段的DCI大小对波形切换位的位置没有要求。然而，如下图所示，它需要大多数字段的位填充，其中填充位不能被新字段重用。换言之，当DCI中仅针对DCI大小较小的波形引入新字段以支持未来功能或增强时，每字段对齐DCI大小具有更大的DCI大小。较大的DCI大小意味着较差的覆盖性能。此外，当前DCI解码方案基于由RRC配置的波形。每字段对齐需要改变当前的DCI解码/解析实现，这增加了UE不必要的实现复杂性。

每字段对齐不仅增加了实现的复杂性，还增加了DCI开销，这是一种过度优化。

两个波形之间的最大发射功率的差异通常在不同UE之间变化。它与UE实现密切相关。例如，当UE采用先进的技术来降低CP-OFDM的PAPR时，两个波形的最大发射功率彼此非常接近。当将波形从CP-OFDM切换到DFT-s-OFDM时，一些UE对于相同调制可以获得2-2.5dB的功率提升，对于不同调制可以获得最多6dB的功率提升。功率提升的变化接近6dB。当gNB指示UE切换波形时，gNB还应指示适当数量的PRB、MSC和传输功率控制，以最佳利用功率提升，即从CP-OFDM切换到DFT-s-OFDM的最大传输功率差，以提高覆盖性能。

如果gNB没有关于功率提升的信息，则它必须估计功率提升。估计精度与波形切换性能的提高密切相关。将波形从CP-OFDM切换到DFT-s-OFDM，当gNB估计比UE的功率提升更大的功率提升时，由于UE没有足够的功率来传输数据，这可能导致数据传输失败。当gNB估计的功率提升小于UE的功率提升时，这可能导致上行链路数据传输的性能下降，因为UE具有更多的功率来传输更多的数据。上述情况发生的概率很高，并降低了波形切换的性能改进。

图2说明了当将CP-OFDM切换到DFT-s-OFDM时，具有和不具有功率提升信息的不同MCS和RB分配策略。从图2可以看出，即使UE实际上通过将CP-OFDM切换到DFT-s-OFDM获得了功率提升，而当gNB不知道UE的功率提升信息时，gNB仍然必须将原始RB、MCS、功率分配给UE，以避免由于过高估计增加的功率而导致通信中断。这意味着通过将CP-OFDM切换到DFT-s-OFDM而获得的功率提升不会带来吞吐量增益，直到gNB通过PHR知道功率余量。当gNB知道UE的功率提升信息时，可以指示适当的MCS和RB分配，这保证了改进的性能。

图3说明了当将DFT-s-OFDM切换到CP-OFDM时，具有和不具有功率变化信息的不同MCS和RB分配策略。从图3中，可以看到，当将DFT-s-OFDM切换到CP-OFDM时，UE遭受功率降低，当gNB不知道UE的功率降低信息时，gNB要么向UE分配原始RB、MCS，要么向UE指派最小RB和MCS。在这种情况下，将DFT-s-OFDM切换到CP-OFDM并分配原始RB、MCS可能会导致数据传输失败。通过分配最小RB和MCS将DFT-s-OFDM切换到CP-OFDM可以避免通信中断，但会导致数据传输的严重性能下降。因为，当UE将DFT-s-OFDM切换到CP-OFDM时，它通常不受覆盖限制，其MCS和RB分配远远大于最小值。而当gNB知道UE的功率降低信息时，可以给出合适的MCS和RB分配，例如，新的MCS和RB分配、新的MCS与原始的RB分配或原始的MCS与新的RB分配，这保证了稳定的性能。

为了解决这个问题，gNB必须知道目标波形的功率余量，并相应地分配RB和指示MCS，这需要UE报告目标波形的功率余量。

有三种类型的方法可以帮助gNB确定目标波形的MCS选择和RB分配，包括功率余量相关信息报告、PHR触发增强和UE波形切换能力报告。

功率余量信息报告

当前功率余量报告（PHR）通过PHR MAC CE报告给gNB。如图4所示，单条目PHR MAC CE占用16位，其中R是保留位，PH表示长度为6位的功率余量级别，PCMAX，f，c表示用于计算前一个PH字段的PCMAX，f，c。引入新字段来报告多个波形的PH或PCMAX，f，c似乎是过度优化。原因如下。首先，多个波形的PH和PCMAX，f，c的报告仅在波形切换持续时间期间使用，并且波形切换是具有低概率的事件，其持续时间与上行传输时间相比非常小。为这种事情预留资源似乎效率低下。例如，对于小区中心的UE，多个波形的PH和PCMAX、f、c的报告没有任何用处，只会浪费功率和时频资源。第二，有更简单和更有效的方法来处理上述问题，例如在必要时通过替换当前波形来报告所需波形的PH和PCMAX，f，c。第三，PHR MAC CE扩展需要层2的专业知识。由于工作量和规范的影响，扩展PHR MAC CE用于波形切换是不合理的。

为了减少规范影响，最好重用当前PHR方案来报告波形切换的目标波形的功率余量，并且只改变波形切换决策之前报告的PHR的计算方法。因为，在波形切换之前，当前PHR是通过当前波形的传输设置来计算的，所以使用当前波形的PHR作为目标波形的PHL是不准确的。目标波形的PHR计算如下。具体地，UE使用目标波形的PCMAX，f，c和当前波形的发射功率估计来计算目标波形的PHR，其中，通过所使用的当前波形的MCS和RB分配来估计目标波形的PCMAX，f、c。当两个波形的MCS和RB分配相似时，它可以为目标波形提供准确的PHR估计。

幸运的是，两个波形的使用MCS和RB分配可以相同或相似，即可以利用当前波形的使用MCS和RB配置来估计目标波形的PCMAX，f，c。原因如下。当覆盖受限时，UE通常将CP-OFDM切换到DFT-s-OFDM，其中MCS索引和RB分配非常小。对于较小的MCS指数，根据表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，当“q=2”时，两个波形的MCS可以相同。对于频率资源分配的type 1，CP-OFDM的RB分配可以用作DFT-s-OFDM的RB分配。对于频率资源分配的type 0，为了使RB相似，gNB可以选择CP-OFDM和相邻RB的RB分配中具有最大长度的连续RBG作为DFT-s-OFDM的RB分配。而且，UE通常将DFT-s-OFDM切换到CP-OFDM以追求更高的数据速率，当它不受覆盖限制时，MCS和RB分配很大。对于较大的MCS指数，根据表5.1.3.1-1和6.1.3.1-1以及表5.1.3.1-3和6.1.3.1-2，两个波形的大部分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可以在波形切换之前调整当前波形的MCS索引和RB分配，以使DFT-s-OFDM和CP-OFDM的MCS和RB分配相同。

PHR触发增强

当前PHR定期或由事件触发。PHR的周期可以配置为10ms至1000ms或更大。触发事件是路径损耗变化超过可设置为1、3、6dB或甚至更大的配置阈值。通常，当前PHR触发很难保证波形切换的及时PHR。在某些情况下，依靠定期PHR触发是不可能的。例如，当PHR周期被配置为1000ms时，gNB不能最好地利用功率提升来提高覆盖性能，直到波形切换后平均约500ms。如此大的延迟使得波形切换毫无意义。事件触发是不可靠的，因为路径损耗变化超过其阈值，并且波形切换不能总是同时发生。将PHR周期减少到10ms或将事件触发阈值减少到1dB可以通过增加所有UE的PHR频率来缓解这个问题，这增加了功率和时频资源的开销。在这种情况下，即使是小区中心UE也必须报告PHR，这除了浪费功率和时间-频率资源之外没有任何用处。即使忽略频繁PHR的增加的开销，它仍然不能保证波形切换的及时PHR，特别是对于在一帧期间多次调度的UE。为了解决这个问题，应该增强PHR触发。

有三种PHR触发增强，包括网络触发PHR、PHR阈值触发PHR和波形切换触发PHR。网络触发PHR要求gNB引入新的信令以指示UE报告PHR以进行波形切换。PHR阈值触发的PHR要求UE在PH低于或高于阈值时报告PH。波形切换触发的PHR使用波形切换信令来触发PHR，这不能用于波形切换决策。

与其他方法相比，PH阈值触发PHR没有优势。它不能作为第一种方法帮助gNB做出波形切换决策。它比第三种方法具有更大的资源开销，因为它可能过于频繁地报告PHR。

网络触发PHR如图5（a）所示，在波形切换之前，gNB向触发UE发送信令以报告PHR，PHR由目标波形的PCMAX、f、c和当前波形的传输功率估计计算。它可以帮助gNB做出波形切换决策，调整资源分配、MCS选择和传输功率，以充分利用第一调度时隙中的波形切换增益。同时，它带来了1比特的信令成本。波形切换触发的PHR如图5（b）所示，其中UE正常计算PHR，并在波形切换后立即向gNB报告PHR。它可以帮助gNB调整资源分配、MCS选择和传输功率。

当gNB需要保证UE的有效波形切换决策时，网络触发PHR优于波形切换触发PHR，因为它可以在波形切换之前提供目标波形的PHR。并且，网络触发PHR应通过目标波形的PCMAX、f、c和当前波形的发射功率估计来计算。事实上，当波形切换时，大多数UE可以满足某些功率变化阈值。因此，是否引入额外的开销以保证少数UE的有效波形切换决策似乎值得讨论。忽略波形切换的无效性，为了帮助gNB指示合适的RB分配和MCS索引，波形切换触发的PHR就足够了，其中PHR使用当前计算方法。

报告推荐波形或请求切换波形

UE可以报告其期望的波形以帮助gNB做出波形切换决策。然而，gNB决定MCS选择和RB分配没有帮助。它还需要新的MAC CE设计，与重用PHR相比，这需要更多的工作量和更多的规范影响。