5G新無線電信號中PRS和PDSCH的疊加：頻譜效率提升和距離模糊消除

核心概念

提出在5G新無線電信號中疊加PDSCH用於通信和PRS用於感知的方法,以提高頻譜效率,並引入新算法消除由PRS引起的距離模糊。

摘要

本文提出在5G新無線電(NR)信號中疊加物理下行共享信道(PDSCH)用於通信和定位參考信號(PRS)用於感知的方法,以提高頻譜效率。作者首先分析了PRS和DMRS在ISAC系統中的作用,並指出PRS的週期性結構會導致距離模糊和幽靈目標的出現。

為了解決這些問題,作者提出了以下方法:

1. 在OFDM資源網格中疊加PDSCH和PRS,並採用適當的功率分配。

2. 提出一種新的算法,利用DMRS抑制PRS對數據解碼的干擾。

3. 提出兩種算法,利用PRS和DMRS聯合消除不同PRS梳狀大小下的距離模糊。

仿真結果表明,所提出的方法不僅消除了從基站感知目標時的距離模糊,而且通過降低PRS和PDSCH之間的干擾,提高了頻譜效率,最多可提高57%的比特錯誤率。這為未來網絡中的感知應用提供了支持。

统计

5G新無線電中PRS和PDSCH的疊加可以提高57%的比特錯誤率。
不同PRS梳狀大小下的距離模糊區間如下表所示:

梳狀大小
15kHz子載波間隔
30kHz子載波間隔
60kHz子載波間隔
120kHz子載波間隔
240kHz子載波間隔

2
4996 米
2498 米
1250 米
624 米
312 米

4
2498 米
1249 米
624 米
312 米
156 米

6
1665 米
832 米
416 米
208 米
104 米

12
832 米
416 米
208 米
104 米
52 米

引用

"提出的方法不僅消除了從基站感知目標時的距離模糊,而且通過降低PRS和PDSCH之間的干擾,提高了頻譜效率,最多可提高57%的比特錯誤率。"

从中提取的关键见解

Superposition of PRS and PDSCH for ISAC System: Spectral Efficiency Enhancement and Range Ambiguity Elimination

by Keivan Khosr... 在 arxiv.org 10-01-2024

https://arxiv.org/pdf/2409.20420.pdf

更深入的查询

如何在不同的信號功率分配和信道條件下,進一步優化PRS和PDSCH的疊加,以實現更高的通信性能和感知精度?

在不同的信號功率分配和信道條件下，優化PRS（定位參考信號）和PDSCH（物理下行共享信道）的疊加可以通過以下幾個方面進行：

功率分配策略：根據信道條件的變化，動態調整PRS和PDSCH的功率分配是關鍵。當信道條件良好時，可以增加PDSCH的功率以提高數據傳輸的可靠性；而在信道條件較差時，則應增加PRS的功率，以確保感知精度不受影響。這種動態功率分配可以通過實時監測信道狀況來實現。

干擾消除技術：利用DMRS（解調參考信號）進行信道估計，然後根據估計的信道狀態進行干擾消除。這樣可以有效減少PRS對PDSCH的干擾，從而提高通信性能。通過改進的干擾消除算法，可以進一步提升信號的解碼性能。

資源配置優化：在OFDM（正交頻分多工）資源網格中，根據不同的應用需求和信道狀況，靈活配置PRS和PDSCH的資源。這包括調整時間和頻率域的資源分配，以最大化感知精度和通信效率。

多目標跟踪：在多目標場景中，根據目標的運動特性和分佈，調整PRS的組合大小和PDSCH的資源分配，以提高對不同目標的檢測能力和精度。

通過這些方法，可以在不同的信號功率分配和信道條件下，實現PRS和PDSCH的最佳疊加，從而提高整體的通信性能和感知精度。

在實際部署中,如何根據不同的應用場景需求,動態調整PRS和PDSCH的資源分配和功率分配?

在實際部署中，根據不同的應用場景需求動態調整PRS和PDSCH的資源分配和功率分配可以通過以下幾個步驟實現：

需求分析：首先，對不同的應用場景進行需求分析，例如自動駕駛、物聯網（IoT）或健康監測等，確定每個場景對通信帶寬、延遲和感知精度的具體要求。

實時監測：部署實時監測系統，收集信道狀況、用戶需求和網絡負載等數據。這些數據可以幫助運營商了解當前的網絡狀況，並根據實際情況進行調整。

智能算法：利用機器學習和人工智能技術，開發智能算法來預測不同場景下的資源需求。這些算法可以根據歷史數據和實時數據，自動調整PRS和PDSCH的資源分配和功率分配。

靈活配置：根據需求分析和實時監測的結果，靈活配置PRS和PDSCH的資源。例如，在高需求的通信場景中，可以增加PDSCH的資源分配，而在需要高精度感知的場景中，則可以優先分配PRS的資源。

反饋機制：建立反饋機制，根據用戶的反饋和網絡性能指標，持續優化資源分配策略。這樣可以確保在不同的應用場景中，PRS和PDSCH的資源分配始終符合實際需求。

通過這些步驟，可以在實際部署中根據不同的應用場景需求，動態調整PRS和PDSCH的資源分配和功率分配，以提高整體系統的性能和用戶體驗。

除了PRS和DMRS,是否還有其他5G NR信號可以用於ISAC系統,以提供更豐富的感知功能和更好的性能?

除了PRS和DMRS，還有其他幾種5G NR信號可以用於ISAC（集成感知與通信）系統，以提供更豐富的感知功能和更好的性能：

CSI-RS（信道狀態信息參考信號）：CSI-RS主要用於信道估計，能夠提供更準確的信道狀態信息，這對於提高感知精度至關重要。在ISAC系統中，CSI-RS可以與PRS和PDSCH結合使用，以增強對目標的檢測和跟踪能力。

SRS（上行聲明信號）：SRS用於上行鏈路的信道估計，能夠提供用戶設備（UE）在上行鏈路的信道狀態信息。在ISAC系統中，SRS可以用於獲取目標的運動信息，從而提高對移動目標的感知能力。

PUSCH（上行物理共享信道）：PUSCH用於上行數據傳輸，通過合理配置PUSCH的資源，可以在ISAC系統中實現數據的上行傳輸和目標的感知功能。

PBCH（物理廣播信道）：PBCH用於廣播系統信息，雖然主要用於通信，但在某些情況下也可以用於感知，特別是在需要廣播感知信息的場景中。

其他參考信號：如CRS（小區參考信號）等，雖然在5G中主要用於LTE的信道估計，但在ISAC系統中也可以考慮其潛在的應用。

通過結合這些信號，ISAC系統可以實現更豐富的感知功能和更好的性能，從而滿足未來多樣化的應用需求。