CN109463042A - 用于大规模mimo中d2d适用的预编码的自适应csi共享机制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用户设备装置以及通过设备到设备通信在多输入多输出系统中自适应地共享信道状态信息和设置分布式的预编码的方法。多个用户设备装置彼此共享所述信道状态信息统计并且为设备到设备信道状态信息交换合作地设计单独的信道码本和预编码器码本。各自的预编码器可以随后从所述各自的预编码器码本中被计算和选择以使最大化所述信号泄漏噪声比。只有存在于所述重叠信号子空间的信道状态信息的部分被每个用户设备装置共享并且信道状态信息所共享的部分被量化至适于所述全局信道状态信息统计和设备到设备之间信令容量的分辨率。

Description

用于大规模MIMO中D2D适用的预编码的自适应CSI共享机制

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种设备到设备(device-to-device，D2D)通信中的多输入多输出(multi-input multi-output，MIMO)系统。

背景技术

在大规模多输入多输出(multi-input multi-output，MIMO)系统中，收发器可以通过利用大量的天线获得接收信号上的高功率增益以及为大量用户并行传输的大空间复用增益。然而，这样的增益的获得需要在MIMO预编码的设计上的许多额外努力。最困难的挑战之一是信道状态信息(channel state information，CSI)的获取，尤其是在频分多路复用(frequency-division multiplexing，FDD)系统中，它仍然主导着市场尽管在时分双工(time-division duplexing，TDD)系统中关注预编码策略的浓厚文献的日益发展。

虽然下行链路CSI可以在TDD系统中通过信道互异性从上行链路传输中获得，信道互异性并不在FDD系统。因此，为获得FDD系统中的下行链路CSI，基站(base station，BS)首先为每个天线发送导频符号序列，然后用户评估信道并为每个天线向BS反馈信道评估。这样的闭环反馈程序引起了大量信道训练和反馈的开销，这限制了大规模MIMO系统的吞吐量。例如，对于CSI的量化和反馈使用传统的技术，所需的比特数量根据天线数量(Nt)和用户(K)呈线性关系，这样，反馈负载可能超过大规模MIMO系统的容限。

由于在BS的CSI质量对系统性能产生了很大的影响，对于大规模MIMO预编码的CSI获取的新策略应该被发展。在传统的MIMO系统中，其中天线的数量并不大，信道量化是减少CSI反馈的有效途径。众多基于技术的量化，如格拉斯曼(Grassmannian)量化和随机矢量量化(random vector quantization，RVQ)，已经被发展。然而，它们依靠根据天线的数量呈指数增长的预先计算的码本，这样，它们不能直接地扩展到大规模的MIMO系统。在另一种方法中，CSI反馈的减少利用了大规模MIMO系统中发送协方差矩阵的低阶特性。然而，这种途径导致信号具有非常小的角度的传播和天线数量从Nt到M的减少，其中M仍然非常大。

设备到设备(device-to-device，D2D)通信适用的预编码技术已经由H.Yin,L.Cottatellucci和D.Gesbert在信号、系统和计算机的阿西洛玛(Asilomar)会议的进程中提出，帕西菲克格罗夫，CA，2014年11月，656-660页，在“由于D2D通信在FDD模式下使能大规模MIMO系统”中提出。其中，大规模MIMO BS服务于一群用户，其中一个用户被选作带头者，其通过D2D通信链路收集来自所有其他用户的完整CSI。一旦获得全局CSI，该带头者计算预编码并将该套被选择的预编码指数回馈给BS。仿真结果表明这样的技术可以显著减少从用户到BS的反馈负载，同时仍然实现了良好的总速率性能。然而，两个主要的问题仍然存在。第一，该方法需要在用户间的中心协调，这在多用户网络中可能不是一个鲁棒的设计。第二，该技术假设完美的全局CSI被带头者用户获知，这需要非常高用户间信令的数据速率。因此，由此产生的对于D2D CSI交换所需的容量可能对于D2D网络来说太大，这样，D2D适用的大规模MIMO预编码很难在用户之间对于CSI交换没有智能设计的现有系统中被实现。

发明内容

因此，本发明的目的是提供方法和一种用户设备装置，其通过减少码本和反馈开销来改善现有技术。

特别地，本发明的方法和装置允许通过设备到设备通信的多输入多输出系统中的多个用户之间的自适应地共享或交换信道状态信息并设置分布式的预编码。

该目标通过独立权利要求的特征实现。本发明的进一步实施例在从属权利要求、描述和附图中可见。

根据第一方面，本发明涉及一种通过设备到设备(device-to-device，D2D)通信在多输入多输出系统中自适应地共享信道状态信息(channel state information，CSI)的方法，在第一发送装置上执行的该方法包括第一发送装置确定各自的信号子空间；在所述第一发送装置上确定所述第一发送装置的所述信号子空间是否与至少一个第二发送装置的信号子空间重叠，以形成重叠信号子空间；量化存在于重叠信号子空间的CSI部分；以及通过D2D通信将所述量化的CSI部分共享给至少一个第二发送装置的步骤。

该发送装置可以是任何能够在MIMO系统中发送和接收数据的装置。共享信息的步骤，如CSI的量化部分，可以包括在MIMO系统中的发设装置之间交换信息。

根据实施方案，通过设备到设备(device-to-device，D2D)通信在多输入多输出系统中的自适应地共享信道状态信息(channel state information，CSI)的方法可以包括为多个用户设备装置中的每个确定各自的信号子空间的步骤，为多个用户设备装置中的每个确定用户设备装置的信号子空间是否覆盖另一UE装置的信号子空间以形成重叠信号子空间的步骤，量化存在于覆盖信号子空间的信道状态信息的部分的步骤，以及通过设备到设备通信将所述量化的信道状态信息部分共享给多个用户设备装置中的每个的步骤。

因此，仅仅重叠信号子空间的信道信息在用户(即，用户设备装置)之间被共享或交换，从而用户间的部分CSI交换可以被实施。因此，不需要用于通过D2D共享CSI的大量的信令。如果两个用户具有正交的信号子空间，那么他们不需要向彼此交换CSI，因为他们任何一个都不会对对方造成干扰，并且如果两个用户具有相同的信号子空间，那么他们需要量化他们完整的CSI并在高分辨率中将其交还给彼此。

根据所述第一方面的所述方法的第一实施方案，确定每个信号子空间的步骤包括将各自的CSI统计信息共享给至少一个第二发送装置。

根据进一步的实施方案，确定各自的信号子空间的步骤可以包括将各自的信道状态信息统计信息共享给多个用户设备装置中的彼此的步骤。

因此，特定的量化为每个用户设备装置单独设计，这需要考虑所有的用户的CSI统计。我们知道用户通信其CSI给另外一个用户仅仅需要传达存在于重叠信号子空间的CSI部分，如果重叠信号子空间具有秩1，CSI的“有用”部分减少到标量，以使其对于用户发送该标量至其它用户是充足的。

根据所述第一方面的所述第一实施方案的所述方法的第二实施方案，共享各自的CSI统计信息的步骤包括将第一发送装置的信道协方差矩阵共享给至少一个第二发送装置。

根据进一步实施方案，共享各自的CSI统计信息的步骤可以包括将每个用户设备装置或发送装置的信道协方差矩阵共享给多个用户设备装置或发送装置中的彼此。

因此，对于CSI交换的需要取决于拓扑并且根据在两个用户的协方差矩阵之间的差异而变化(如，街道转角情况)。存在于和其他的用户重叠信号子空间的CSI部分，可以因此被量化到适于全局信道统计的特定分辨率。此外，每个用户的信号子空间可以与每个各自的信道协方差矩阵的主导特征向量相对应。

根据所述第一方面的所述第二实施方案的方法的第三实施方案，确定重叠信号子空间的步骤包括将每个发送装置的信道协方差矩阵投影到其他发送装置各自的信号子空间以获得干扰协方差矩阵。

确定重叠信号子空间的步骤可以包括，在进一步的实施方案中，将每个用户设备装置的信道协方差矩阵投影到其他用户设备装置各自的信号子空间以获得干扰协方差矩阵。

因此，所述协方差矩阵的属性可以被利用。此外，在用户和另一用户之间的重叠信号子空间可以对应于从用户到其他用户的干扰协方差矩阵的主特征向量。

根据所述第一方面的所述第三实施方案的方法的第四实施方案，量化CSI部分的步骤包括基干扰协方差矩阵设计各自的信道码本以使信道码本适于重叠的信号子空间中的每个。

因此，该信道码本可以适于干扰协方差矩阵并且因此适于D2D CSI共享内的重叠信号子空间。

根据所述第一方面的所述第四实施方案的方法的第五实施方案，每个信道码本被设计为具有就比特而言自适应的大小，该大小受限于整体D2D通信的信令容量并且根据所述整体CSI统计信息是自适应的。

因此，鉴于D2D CSI共享的总容量就比特(B_d比特)而言是受限的，对D2D CSI共享的比特智能分配可以被实施。因此，存在于与其他用户的重叠信号子空间的CSI部分可以被量化到不仅适于全局信道统计也适于D2D信令容量的特定分辨率。

根据所述第一方面的所述第五实施方案的所述方法的第六实施方案，所述大小适于最小化相应通信网络中的整体干扰泄漏。

因此，所述D2D通信资源中的智能分割可以被实施。比如，如果第一个用户需要和第二个用户交换标量，但第三个用户需要和第四个用户交换长矢量，那么更多的D2D通信资源将被分配给较后的用户对并且由此产生的结果是，他们具有更大的信道码本。

根据所述第一方面的所述第五实施方案的的所述方法的第七实施方案，所述第一发送装置将在其与基站(base station，BS)之间的其自己的直接通信信道投影到与至少第二个发送装置的其各自的重叠信号子空间，并且使用相应的信道码本量化所投影的信道以获得所述量化的量CSI部分。

一般来说，每个用户设备装置可以将其与BS之间的其自己的直接通信的信道投影到与其他用户设备装置的其各自的重叠信号子空间，并且使用相应的信道码本量化所投影的信道以获得所述量化的CSI的部分。

因此，仅仅在重叠信号子空间的CSI部分，即，干扰子空间，需要被量化。

根据所述第一方面的所述第七实施方案的所述方法的第八实施方案，所述发送装置将所述量化的投影信道通过D2D通信发送至至少一个第二发送装置。

根据进一步的实施方案，每个用户的装置通过D2D通信将所述量化的投影信道发送至另一用户设备装置。

因此，D2D CSI共享可以被实施。所述从用户到另一用户设的发送可以通过隧道执行，其是定向的从用户到其他用户。对D2D CSI交换使用这样的隧道可以显著降低用户信道量化的复杂性。

上述目标也按照第二方面被解决。

根据所述第二方面，本发明涉及一种通过设备到设备通信在多输入多输出系统中的自适应地设置分布式的预编码的方法，所述方法包括应用所述第一方面以及所述第一方面的实施方式中详细说明的方法的步骤，基于每个发送装置的各自的信道协方差矩阵为多个发送装置中的每个发送装置设计各自的预编码器码本，以及基于每个用户设备装置的自己的信道状态信息和由其他用户设备装置共享的信道状态信息的所量化的部分为每个发送装置计算各自的预编码器。

因此，高度分布式的D2D预编码可以被获得。事实上，预编码器是基于完善的直接连路CSI和来自其他用户的部分交叉链路CSI被计算，同时意识到在相应的通信网络中给其他用户的干扰泄漏。此外，在多数用户间的每个用户的预编码器码本可以适于第一实施例中的任何各自的的用户或者第二实施例中的多数用户的信道协方差矩阵。在后面的实施例中，预编码器码本可以被设计在最可能的传输方向上放置更多的矢量。

根据所述第二方面的所述方法的第一实施方案，预编码器从各自的预编码器码本中选择以使最大化信号泄漏噪声比。

因此，相应的SLNR预编码在可以在多用户MIMO系统中获得良好的性能的同时为单独的预编码提供简单的方式。此外，所选择的预编码器可以随后从它用户向到其服务基站发送。

上述目标也根据第三方面被解决。

根据所述第三方面，本发明涉及一种通过D2D通信在多输入多输出系统中自适应地共享CSI的用户设备装置，其中所述发送装置适于确定信号子空间；确定其信号子空间是否与至少一个第二发送装置的信号子空间重叠以形成重叠信号子空间，量化存在于重叠信号子空间的CSI部分，并且通过D2D通信将所述量化的CSI部分共享给至少一个第二发送。

根据进一步的实施方案，所述传输用户设备装置适于确定信号子空间；确定其的信号子空间是否与另一用户设备装置重叠以形成重叠的信号子空间，量化存在于重叠信号子空间的CSI部分，并且通过D2D通信将所述量化的CSI部分共享给在多个用户设备装置中的彼此。

根据所述第三方面的所述发送装置的第一实施方案，所述发送装置适于设计基于其信道协方差矩阵设计预编码器码本，以及基于其自己的CSI以及由至少一个第二发送装置共享的所述量化的CSI部分计算预编码器。

根据进一步的实施方案，所述用户装置适于基于其信道协方差矩阵设计预编码器码本，以及基于与其自己的CSI和由其他用户设备装置共享的所述量化的CSI部分计算预编码器。

根据所述第三方面的所述第一实施例的所述发送装置的第二实施方案，所述发送装置适于向服务基站发送预编码器。

上述目也根据第四方面被解决。

根据所述第四方面，本发明涉及一种包括程序代码的计算机程序，当在计算机上执行时，所述程序代码用于执行根据所述第一和第二方面的任何一个方面和/或他们的各自的实施形式的任何一种实施形式的所述方法。因此，该方法可以在自动的和可重复的放方式被执行。

所述计算机程序可以由上述设备或装置中的任何一个执行。所述设备或装可以被编程地设置去执行计算机程序。

本发明的实施例可以在硬件、软件或者其任意组合中实现。

进一步理解本发明的优选实施例也可以是从属权利要求或各自的独立权利要求的上述实施例的组合。

本发明的这些和其他方面将参照下述的实施例加以明确和阐明。

附图说明

本公开的下列详细部分中，本发明将结合附图中示例性实施例更详细的解释，其中：

图1示出了根据本发明的第一实施例表明用于单小区多用户大规模MIMO系统适用的预编码的分布式的D2D的信令；

图2示出了根据本发明的第二实施例由两个UE装置的信号子空间之间的重叠形成的的重叠信号子空间；

图3示出了根据本发明的第三实施例表明UE装置k的部分信道的量化为的矢量图；

图4示出了根据本发明的第四实施例表明在单小区多用户大规模MIMO系统的分布式的D2D适用的预编码的信令；

图5示出了根据本发明的第五实施例表明在多小区多用户大规模MIMO系统的分布式的D2D适用的预编码的信令；

图6示出了根据本发明的第六实施例通过D2D通信在MIMO系统中自适应地共享CSI的示意流程图；以及

图7示出了根据本发明的第七实施例通过D2D通信在MIMO系统中自适应地设置分布式的预编码的示意流程图。

可能的相同参考标志为相同的或者至少功能等效的特征所使用。

具体实施方式

为在用户间得到有效地CSI交换的解决方案可能应用传统的信道量化技术以压缩每个用户的信道并在D2D网络中共享。然而，传统的码本只能适于特定用户的空间相关性，但不能共同利用其他用户的空间相关性。这可能导致大的码本和反馈开销。因此，优化这些技术以充分的利用网络中所有用户的信道统计仍然是可能的。

让我们考虑下单小区多用户大规模MIMO系统，其中该单基站(base station，BS)配备有Nt天线并服务多个K用户设备(user equipment，UE)装置。

为简化起见，我们考虑K≤Nt，其中没有用户调度被执行。该单小区多用户大规模MIMO系统工作于频分双工(frequency-division duplexing，FDD)模式，这样没有信道互异性适用于下行链路CSI采集。假定该UE装置在地理上彼此接近，这样它们能够通过利用另一不干扰BS和UE装置之间通信的空中接口进行彼此间通信。然而，很明显，本发明不限于上述假定并且下面所描述的原则适于更一般的系统。

让我们指示所述UE装置k(UE_k)的下行链路信道为其中UE_k的接收信号通过下面的公式(1)被给出：

其中，l_k指示UE_k的所述(确定性的)大型的信道增益，s_k是UE_k的标志，是由UE装置k(UE_k)选择的预编码器，是附加的高斯噪声，P是总的传输功率并且K是由BS服务的UE的数量。

此外，信道协方差满足tr{R_k}＝N_t并且在UE装置之间的功率分配被认为是相等的。

完善的CSI h_k被假设是在每个UE_k可以获得的，但是全局CSI的了解需要UE装置之间通过D2D通信的明确的信令。

尽管上述UE装置被假设是在地理上彼此接近的，应当指出的是，上述单小区多用户大规模MIMO系统的简化模型也可以被扩展到分布在该小区范围内的所有领域的UE装置中。因此，有用户分组的两层预编码结构可被用于证明多个UE装置之间互通的能力。通过用户分组，我们能够确保同一分组中的UE装置可以相互通信。采用两层预编码结构，BS可以独立地处理每个分组，并且单小区多用户大规模MIMO系统退化为单用户分组事件。

此外，UE装置可以在点对点信令中彼此共享或彼此交换他们各自的CSI，其使用隧道的概念被正式指定的，而不是在一对多的广播信令内。因此，隧道，其直接地从UE装置k(UE_k)到另一UE装置j(UE_j)并且通过k→j被指示，是用于UE装置k(UE_k)向UE装置j(UE_j)发送其消息的点对点的通信链路。应当指出的是，隧道k→j和j→k之间的数据速率可以不同，这两个隧道一般都是非对称的。

使用用于D2D CSI交换的隧道可以显著降低UE装置的信道量化的复杂性。通过考虑为每个隧道设计的特定的码本，UE装置k(UE_k)可以，通过隧道k→j，使用相对小的码本Ckj发送专用于UE装置j(UE_j)的少量的消息。随后，UE_j能够使用码本Ckj以恢复从UE_k发送的各自的消息。应当注意的是，码本Ckj的大小相对于一对多的广播信令中获得的码本Ck的大小是小的，因为码本大小与比特的数量呈指数关系并且其仅仅需要采集两个UE装置k和j(UE_k，UE_j)的统计信息而不是UE装置k(UE_k)和其他UE装置间的统计信息。此外，对于每个UE装置j(UE_j)，当处于点对点信令的码本{Cij}_i≠j集被存储而不是处于一对多广播信令的码本{Ci}_i≠j集。换句话说，只有当点对点中的信令的码本{Cij}_i≠j集被存储。

除了隧道上的信道k→j码本Ckj外，其是用来量化UE装置k(UE_k)的信道的码本，预编码器码本是存储预编码矢量的码本，即预编码器。像每个UE装置一样，该UE装置k(UE_k)将从其各自的预编码器码本中选择预编码器w_k并将向BS反馈所选择的预编码器w_k。

所提出的分布的D2D适用的预编码由两步骤组成：CSI交换和单独的预编码。

对于UE装置(UE_k,UE_j)的每对(k,j)，CSI交换的步骤包含，对于UE装置k(UE_k)，将其信道h_k量化为并通过隧道k→j将它发送至UE装置j(UE_j)。值得注意的是，UE装置也可以通过广播以直接的方式交换或共享CSI。

单独的预编码步骤包含为每个UE装置k(UE_k)基于其自己的信道h_k的完善的CSI和由其他UE装置共享的所量化的交叉链路选择预编码器w_k。特别的，根据下列方程式(2)，UE装置k(UE_k)选择来自预编码器码本的预编码器w_k以使最大化通过信号泄漏噪声比(signal-to-leakage-and-noise ratio，SLNR)预编码的SLNR：

其中P是总传输功率，l_k指示UE_k的所述(确定性的)大型的信道增益，并且k是由BS服务的UE的数量。

应当注意的是，在SLNT预编码和最小均方误差(minimum mean-square error，MMSE)预编码之间有强的联系，这被认为实现从低到高的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)的良好性能。然而，SLNR预编码具有为单独的预编码提供直接的方式的同时实现良好的性能的进一步的优势。

图1示出了根据本发明的实施例表明用于单小区多用户大规模MIMO系统100适用的预编码的分布式的D2D的信令。仅出于说明的目的，所描述的系统包括两个用户，即两个UE装置，其分别被记为UE1和UE2，除了单小区外，其被记为BS。因此，很容易理解，全球用户设备装置数量可以超过两个。

可以使用干扰子空间投影方法执行信道量化。当UE装置的信号子空间与其他UE装置的信号子空间重叠时，存在干扰子空间或UE装置和另一UE装置之间的重叠信号子空间，如图2所示。

在UE装置k(UE_k)与UE装置j(UE_j)共享CSI的情况下，UE装置k(UE_k)首先根据以下关系(3)通过将其与BS之间直接通信的自己的信道h_k投影到UE装置j(UE_j)的干扰子空间U_j上计算其部分信道

其中，是半正交矩阵。矩阵U_j可以包含UE_j的协方差矩阵的R_j的主特征向量M_j。

那么，UE装置k(UE_k)将其部分信道量化为如图3所示，使用来自CSI隧道k→j的相应的信道码本C_kj的b_kj比特以获得量化的CSI部分，这对应于干扰子空间U_kj上的CSI。因此，我们得到以下关系(4,5)：

其中是信道的增益，这被假定为完善地发送至UE装置k(UE_k)传输，这样只有信道方向需要被量化。

然后，UE装置k(UE_k)通过D2D通信向UE装置j(UE_j)发送

关于信道和预编码器码本，它们的设计可以通过使用随机矢量量化(randomvector quantization，RVQ)反馈机制被执行。

在UE装置k(UE_k)和UE装置j(UE_j)共享CSI的情况下，UE装置k(UE_k)的信号子空间Uk可以对应于信道协方差矩阵R_k的主导特征向量。在CSI隧道k→j上从UE装置k(UE_k)到UE装置j(UE_j)的干扰信道协方差R_kj通过下列关系(6)被给出：

根据下列关系(7)，信道码本C_kj随后被设计以适于干扰信道协方差矩阵R_kj：

其中ξ_i是具有标准的复高斯分布的随机矢量并服从分布。

在第一实施例中，根据下列关系(8)，预编码器码本可以被设计以适于UE装置k(UE_k)的信道协方差R_k：

其中ξ_i，i＝1,2,…,2^Bf,是具有标准的复高斯分布的随机矢量并服从分布，并且Bf是将预编码器反馈到BS每个UE装置比特数量。

或者，根据下列关系(9)预编码器码本可以被设计以适于所有UE装置的信道协方差∑_kR_k：

其中ξ_i，i＝1,2,…,2^Bf,是具有标准复高斯分布的随机矢量并服从分布，Bf是每个UE装置的比特数量以将与编码器反馈给BS，并且允许正规化矢量f_i以具有单位规范。

应该注意的是，在干扰信道协方差矩阵R_kj和信道协方差R_k是秩亏的情况下，在点对点信令中的信道码本C_kj和在一对多广播信令中的信道码本C_k的码字维度可以通过将它们分别投影到R_kj和R_k的主导子空间而被减少。

为了具有有效的CSI交换，我们解决了如何分配D2D通信资源的问题。因此，我们认为，每时帧的B_d比特在UE装置之间共享用于CSI交换。这样的资源将被在所有的CSI传输隧道中被分区，其中智能分区可以大力提高系统性能。特别地，我们试图去尽量减少总干扰泄漏。对于CSI交换的D2D比特分配问题可以通过下列关系(10)公式化：

服从于：

其中代表在UE装置j的干扰功率由于信号用于UE装置k，ρ＝P/K代表在每个UE装置k的功率分配并且B_d是对于D2D CSI共享的比特的总容量。

应当注意的是，根据关系(10)最小化干扰是对于吞吐量最大化的是高SNR的渐进最优。

该情况现在被认为是说明传输功率P是足够高的高SNR，从而系统工作于干扰受限的区域；并且高分辨率说明D2D信道量化的比特数量目是足够大的。干扰泄漏l_kj近似下限的显式的推导和用于CSI交换的D2D比特分配问题的显式可以通过以下关系(12)为说明目的被给出：

服从于：

其中b_kj是信道码本C_kj的比特大小，M_kj代表严格的正特征值的数量，并且被定义为的特征值的几何平均值。

我们知道D2D比特分配问题是鲁棒线性的(convex)，根据下列关系(14)，优化的比特分配以最小化来自于关系(12)和(13)近似干扰泄漏：

其中 是选择以满足的参数，并且是被定义为的投影算子。应该注意的是，参数可以使用二分法搜索被找到，其收敛速度非常快。

关系(14)表明了根据在UE装置k和j(UE_k,UE_j)之间的干扰子空间的维数M_jk以及重叠子空间的协方差的特征值的对于每个隧道k→j变化的D2D CSI交换的最佳比特分配。

因此，本发明具有节省D2D信令的优势。出于说明目的，让我们考虑，例如，由于小的角展度(θ₁,θ₂)和在UE装置(UE1，UE2)之间的大的距离，第一UE装置(UE1)和第二UE装置(UE2)的信号子空间只是略有重叠，如图4示出了根据本发明的实施例为单小区两用户大规模MIMO系统200的分布式的D2D适用的预编码。本发明的教导允许仅仅量化可能影响其他的CSI的一小部分。在另一示例中，让我们考虑第二UE装置(UE2)比第一UE装置(UE1)遭受更大的路径损耗。情况可能是这样当UE2在室内并且该信号被阻断，或者当UE1在干扰受限的区域并且UE2在噪声受限区域。在这些情景下，本发明允许自适应地为UE2度量更大的信道码本C₂₁和为UE1度量更小的一个C₁₂。

尽管本发明已经描述了关于服务于多个用户设备装置的单个小区(BS)，如图1所示，本发明可以扩展到服务于多个用户设备(即，UE装置)的多个小区(BS)，如图5示出在分布式的D2D中为多小区多用户大规模MIMO系统300适用的预编码，其中，出于说明目的，只描述了两个基站(BS1，BS2)和两个小区边缘用户(UE1，UE2)并且其中h是UE1和BS1(h11)、UE1和BS2(h12)、UE2和BS1(h21)和UE2和BS2(h22)之间的直接通信信道，并且是从UE1到UE2以及从UE2到UE1发送的信道h的量化的信道。在这样的多小区多用户大规模MIMO系统中，其中D2D通信为小区边缘用户(UE1，UE2)建立，本发明的分布式的预编码可以被执行以减轻小区间干扰而没有BS(BS1，BS2)之间的实时回程信令。因此，在来自邻近小区用户之间的CSI共享可以更加有效并且更多的用户可以在多接入信道(multiple accesschannel，MAC)的受限的D2D通信容量下被支持，D2D通信通过由所有用户共享的MAC被执行。

图6示出了通过D2D通信在MIMO系统中自适应地共享CSI的示意流程图。

图7示出了通过D2D通信在MIMO系统中自适应地设置分布式的预编码的示意流程图。

总之，本发明涉及一种用户设备装置以及通过设备到设备通信的多输入多输出系统中自适应地共享信道状态信息以及设置分布式的预编码的方法。多个用户设备装置彼此共享信道状态信息统计并为设备到设备信道状态信息交换设计单独的信道码本和预编码器码本。各自的预编码器可以随后从各自的预编码器码本中被计算和选择以最大化信号泄漏噪声比。只有存在于重叠信号子空间的信道状态信息的部分被每个用户装置装置共享并且信道状态信息的所共享的部分被量化为适于全局信道状态信息统计和设备到设备信令容量的分辨率。

虽然本发明已在附图和前面描述中详细说明和描述，但这种说明和描述应被视为说明性的或示例性的而非限制性的。本发明不限于本公开的实施例。从对本公开的阅读，其他修改将对于本领域技术人员是显而易见的。这种修改可能涉及其他特征，这些特征在本行业已经知晓并且可能用来代替或补充在此已经被描述的特征。特别地，传输系统不限于光传输系统。相反，本发明可以应用于任何有线或无线传输系统。所提出的系统的接收器装置可以在离散的硬件或基于用于在接收侧控制信号处理器的软件程序中被执行。

本发明与各种实施例一起已经在此被描述。然而，从对附图、本公开和所附权利要求的研究，本公开实例的其他变化可以被本领域技术人员在实践所宣称的发明时理解并产生作用。在权利要求中，单词“包括”不排除其他的元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单一的处理器或其他的单元可以实现在权利要求中列举的几项功能。仅凭在相互不同的从属权利要求中列举的某些措施的不争事实并不意味着这些措施的组合不能被有利的使用。计算机程序可以存储/分布在适当的介质上，如光存储介质或者和或作为其他硬件的一部分一起提供的固体介质，但也可能通过其他形式被分配，如通过网络或其他有线或无线通信系统。

尽管本发明已经参照其特定的特征和实施例进行了描述，但显然在不脱离本发明精神和范围的情况下可以做出各种修改和组合。因此，说明书和附图被简单地看作是被附加权利要求定义的发明的例证，并被拟涵盖属于本发明范围内的任何和所有修改、变更、组合或等价物。

Claims (15)

1.一种通过设备到设备D2D通信在多输入多输出MIMO系统中自适应地共享信道状态信息CSI的方法，所述方法包括：

在第一发送装置确定信号子空间；

在所述第一发送装置确定所述第一发送装置的所述信号子空间是否与至少一个第二发送装置的所述信号子空间重叠以形成重叠信号子空间；

量化存在于所述重叠信号子空间中的所述CSI部分；以及

通过所述D2D通信将所述量化的CSI部分共享给至少一个第二发送装置。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述确定各自的信号子空间的步骤包括：

将装置各自的CSI统计信息共享给至少一个第二发送装置。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述将所述各自的CSI统计信息共享的步骤包括：

将装置所述第一发送装置的信道协方差矩阵共享给所述至少一个第二发送装置。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述确定重叠信号子空间的步骤包括：

将每个发送装置的所述信道协方差矩阵投影到所述其他发送装置的所述各自的信号子空间以获得干扰协方差矩阵。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述量化所述CSI部分的步骤包括：

基于所述干扰协方差矩阵设计各自的信道码本以使所述信道码本适于所述重叠信号子空间中的每个。

6.如权利要求5所述的方法，其中每个信道码本被设计具有就比特而言的适当的大小，所述大小受限于所述整体D2D通信的所述信令容量并且根据所述整体CSI统计信息是自适应的。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述大小适于最小化所述相应通信网络中的所述整体干扰泄漏。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述第一发送装置将其自己的在其与基站BS之间的直接通信信道投影到与所述至少一个第二发送装置的其各自的重叠信号子空间装置，并且使用所述相应的信道码本量化所投影的信道以使获得所量化的CSI部分。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述发送装置通过所述D2D通信发送所量化的投影的信道至所述至少一个第二发送装置。

10.一种通过设备到设备D2D通信在多输入多输出MIMO系统中自适应地设置分布式的预编码的方法，所述方法包括：

应用如权利要求1到9所主张的所述方法的步骤；

基于所述每个发送装置各自的信道协方差矩阵为多个发送装置中的每个发送装置设计各自的预编码器码本；以及

基于每个UE装置自己的信道状态信息CSI以及由所述其他UE装置共享的量化的CSI部分为每个发送装置计算各自的预编码器。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述预编码器是从所述各自的预编码器码本中选择的以使最大化信号泄漏噪声比SLNR。

12.一种用于通过设备到设备D2D通信的多输入多输出MIMO系统中自适应地共享信道状态信息CSI的发送装置，其中所述发送装置适于：

确定信号子空间；

确定其信号子空间是否与至少一个所述第二发送装置的所述信号子空间重叠以形成重叠信号子空间；

量化存在于所述重叠信号子空间的所述CSI部分；以及

通过所述D2D通信将所量化的CSI部分共享给至少一个第二发送设备装置。

13.如权利要求12所述的UE装置，其中所述发送装置适于：

基于其信道协方差矩阵设计预编码器码本；以及

基于其自己的CSI以及由所述至少一个第二信号发送装置共享的所述量化的CSI部分计算预编码器。

14.如权利要求13所述的UE装置，其中所述发送装置适于：

将所述预编码器发送给服务基站BS。

15.一种计算机程序包括用于当在计算机上执行时执行根据权利要求1到11中的任何一项的所述方法的程序代码。