CN110114983A - 用于支持通信网络中的用户通信设备分组的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用户通信设备和通信网络设备，两者都用于支持通信网络中的用户通信设备的分组。上述用户通信设备确定包括该用户通信设备和相邻用户通信设备的相邻用户通信设备集，并且通过经由设备到设备通信与相邻用户通信设备集的相邻用户通信设备进行通信，确定该用户通信设备要加入的用户通信设备组。上述通信网络设备接收关于由通信网络中的用户通信设备确定的多个用户通信设备组的信息，并且对多个用户通信设备组执行聚类。

Description

用于支持通信网络中的用户通信设备分组的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于支持通信网络中的通信设备分组的设备和方法，用于增强通信网络中的通信。
背景技术
在多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)系统中，尤其是在大规模MIMO系统中，分别引入了双层预编码和用户分组或用户通信设备分组，以降低即时处理复杂度，促进对通信网络中增长的数据流量的处理，从而增强了通信网络中的通信。然而，为了分别将用户或用户的通信设备划分为组，用户通信设备需要将完整的信道协方差矩阵反馈到诸如基站(base station,BS)的通信网络设备，这可能会导致巨大的信令开销，因为信道协方差矩阵具有非常大的维度。另外，当前的用户通信设备分组算法需要计算用户通信设备的具有大维度的所有协方差矩阵。因此，多输入多输出系统中的计算复杂度很高，并且计算复杂度随着通信流量的增加而增加。
当前技术基于对用户通信设备的所有信道协方差矩阵的集中处理，在基站执行用户通信设备分组。然而，集中处理具有至少以下三个主要缺点。第一，引入了巨大的信令开销，因为在频分双工(frequency-division-duplex,FDD)系统中，用户通信设备需要反馈完整的或全部的协方差矩阵，而大规模MIMO系统中大量的发射天线使得这些协方差矩阵具有相当多的元素。第二个缺点是协方差矩阵的维度很大。对具有大维度的所有协方差矩阵的处理是复杂的，需要大量处理资源，并且速度慢。这使得难以管理大量用户通信设备。然而，在通信技术时代，彼此通信的用户通信设备的数量迅速增长。第三，现有机制下的算法的局部最优性较差，因为算法未能利用来自用户通信设备的邻近(地理)信息(proximity(geographic)information)，因此算法迭代遭受不良初始点(initial point)。
因此，越来越需要能够降低在诸如基站的通信网络设备处的信令开销和计算复杂度、并且保持系统的相似和速率(sum rate)性能的方法和设备。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通信网络中的改进的用户通信设备分组，用于增强通信网络中的通信。特别需要一种克服至少上述缺点之一的用户通信设备分组。
通过所附独立权利要求中提供的方案实现了本发明的目的。在各项从属权利要求、本说明书、和/或附图中进一步限定了本发明的有益实现形式。
本发明提出一种克服至少上述缺点的机制。本发明提出以两个阶段执行用户通信设备分组。在第一阶段，待分组的用户通信设备确定或产生用户通信设备组。用户通信设备经由设备到设备(device-to-device,D2D)通信得知他们的邻居，从而能够鉴于这种相邻了解(neighborhood knowledge)执行自组织分组。在第二阶段，通信网络设备对由用户通信设备自身在第一阶段确定或产生的用户通信设备执行聚类。通过聚类，如有必要或有用，可以将由用户通信设备产生或确定的两个或两个以上的组组合在一起。因此，在第二阶段确定或产生规模更大的组。
以这种方式，可以执行有效的用户通信设备分组。上面列出的缺点可以被克服。根据本发明，显著降低了反馈开销，减少了在通信网络设备处的计算量。此外，总体上提高了通信网络中的性能。
根据第一方面，提供了一种用户通信设备。该用户通信设备用于支持通信网络中的用户通信设备的分组，其中，该用户通信设备用于经由D2D通信与通信网络中的其他用户通信设备进行通信，并且还用于经由通信网络设备与其他用户通信设备进行通信，其中，在支持通信网络中的用户通信设备的分组时，该用户通信设备用于：确定包括该用户通信设备和相邻用户通信设备的相邻用户通信设备集，相邻用户通信设备用于在通信网络中进行通信并且与通信网络中的该用户通信设备相邻；以及，通过经由D2D通信与相邻用户通信设备集的相邻用户通信设备进行通信，在相邻用户通信设备集的用户通信设备中确定该用户通信设备要加入的用户通信设备组；其中，关于该用户通信设备组的信息被提供给通信网络设备。
在根据第一方面的第一可能实现形式中，该用户通信设备用于通过分析相邻用户通信设备集的用户通信设备中的不同可能组，确定用户通信设备组。
在根据第一方面或根据第一方面的第一实现形式的第二可能实现形式中，该用户通信设备用于针对相邻用户通信设备集中的用户通信设备的不同可能组中的可能组，获取该可能组的外部预编码矩阵，并且用于基于该可能组的外部预编码矩阵，决定该用户通信设备是否将加入该可能组。
在根据第一方面或根据第一方面的任一前述实现形式的第三可能实现形式中，该用户通信设备用于针对相邻用户通信设备集中的用户通信设备的不同可能组中的可能组，确定加入该可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的相应估计比，并且用于基于相应估计比，决定该用户通信设备是否将加入该可能组。
在根据第一方面的第二或第三实现形式的第四可能实现形式中，该用户通信设备用于通过使用可能组的外部预编码矩阵，确定加入各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的相应估计比。
在根据第一方面的第三或第四实现形式的第五可能实现形式中，如果加入相邻用户通信设备集中的用户通信设备的不同可能组中的可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比大于或等于预定阈值，则该用户通信设备用于将该可能组确定为该用户通信设备要加入的用户通信设备组；以及，针对相邻用户通信设备集中的用户通信设备的所有不同可能组，如果加入各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的各个估计比低于预定阈值，则该用户通信设备用于产生新组作为该用户通信设备要加入的用户通信设备组。
在根据第一方面的第三至第五实现形式中的任一实现形式的第六可能实现形式中，该用户通信设备用于确定加入相邻用户通信设备集中的用户通信设备的不同可能组中的可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比如下：
其中，ηk(g)是加入各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比，g是各个可能组，k是指该用户通信设备作为相邻用户通信设备集的第k个用户通信设备，Vg是各个可能组的外部预编码矩阵，Vg H是外部预编码矩阵Vg的厄密共轭(Hermitian)，Rk是该用户通信设备与通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵，以及是协方差矩阵Rk的最大的M个特征值之和，其中M是大于或等于1的整数。
在根据第一方面的第三至第五实现形式中的任一实现形式的第七可能实现形式中，如果相邻用户通信设备集中的用户通信设备的不同可能组中的可能组的用户通信设备位于通信网络中与该用户通信设备所位于的小区不同的小区，则该用户通信设备用于确定加入相邻用户通信设备集中的用户通信设备的不同可能组中的各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比如下：
其中，ηk(b，g)是加入小区b中的各个可能组g的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比，其中各个可能组g的用户通信设备位于小区b，k是指该用户通信设备作为相邻用户通信设备集的第k个用户通信设备，Vb,g是小区b中的各个可能组的外部预编码矩阵，Vb,g H是外部预编码矩阵Vb,g的厄密共轭，Rk (b)是小区b中的用户通信设备与通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵，并且是协方差矩阵Rk (b)的最大的M个特征值之和，其中M是大于或等于1的整数。
在根据第一方面或根据第一方面的任一前述实现形式的第八可能实现形式中，在加入用户通信设备组之后，该用户通信设备用于将其协方差矩阵发送到用户通信设备组的至少一个用户通信设备。
在根据第一方面或根据第一方面的任一前述实现形式的第九可能实现形式中，如果该用户通信设备在用户通信设备组的用户通信设备中具有最佳D2D连接以及最佳上行信道质量，则该用户通信设备是用户通信设备组的组首。
在根据第一方面或根据第一方面的任一前述实现形式的第十可能的实现形式中，如果该用户通信设备是用户通信设备组的组首，则该用户通信设备用于将关于用户通信设备组的信息发送到通信网络设备。
在根据第一方面或根据第一方面的任一前述实现形式的第十一可能的实现形式中，关于用户通信设备组的信息包括组聚合协方差矩阵(group aggregate covariancematrix)，用户通信设备组的用户通信设备的协方差矩阵聚合在组聚合协方差矩阵中，其中，每个协方差矩阵是用户通信设备组的各个用户通信设备与通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵。
在根据第一方面的第十一实现形式的第十二可能的实现形式中，根据权利要求12的用户通信设备，其中，组聚合协方差矩阵由如下等式确定：
其中，Rg是整体组协方差矩阵，Rk是用户通信设备组的第k个用户通信设备与通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵，Ug是用户通信设备组。
根据第二方面，提供了一种方法，该方法用于支持通信网络中的用户通信设备的分组并且被配置为由用户通信设备执行，其中，该用户通信设备用于经由D2D通信与通信网络中的其他用户通信设备进行通信，并且还用于经由通信网络设备与其他用户通信设备进行通信，其中，该方法包括以下步骤以支持通信网络中的用户通信设备的分组：确定包括该用户通信设备和相邻用户通信设备的相邻用户通信设备集，相邻用户通信设备用于在通信网络中进行通信并且与通信网络中的该用户通信设备相邻；以及，通过经由D2D通信与相邻用户通信设备集的相邻用户通信设备进行通信，在相邻用户通信设备集的用户通信设备中确定用户通信设备要加入的用户通信设备组；其中，关于用户通信设备组的信息被提供给通信网络设备。特别地，该方法反映了由如上所述的并在下面详细说明的用户通信设备执行的动作。
根据第三方面，提供了一种通信网络设备，该通信网络设备用于支持通信网络中的用户通信设备的分组，其中，该通信网络设备用于：接收关于由通信网络中的用户通信设备确定的多个用户通信设备组的信息；以及对多个用户通信设备组执行聚类。
在根据第三方面的第一可能实现中，该通信网络设备用于在执行聚类时将多个用户通信设备组中的至少两个用户通信设备组组合成一个用户通信设备组。
在根据第三方面或根据第三方面的第一可能实现的第二可能实现中，该通信网络设备用于通过对多个用户通信设备组执行基于K-mans的算法或图形算法以进行聚类。
在根据第三方面或根据第三方面的任一前述实现形式的第三可能实现形式中，该通信网络设备用于针对多个用户通信设备组中的每个用户通信设备组，接收关于各个用户通信设备组的相应信息。
在根据第三方面的第三实现形式的第四可能实现形式中，通信网络设备用于从用户通信设备组的用户通信设备接收关于各个用户通信设备组的相应信息。
在第四方面，提供了一种方法。该方法用于支持通信网络中的用户通信设备的分组并且被配置为由通信网络设备执行，其中，该方法包括以下步骤：接收关于由通信网络中的用户通信设备确定的多个用户通信设备组的信息；以及执行至少两个用户通信设备组的聚类。特别地，该方法反映了由如上所述的并在下面详细说明的通信网络设备执行的动作。
附图说明
在下面结合附图的具体实施例的描述中将解释本发明的上述方面和实现形式，其中：
图1示出了根据本发明实施例的在通信网络中对用户通信设备进行分组的示例性实现形式。
图2示出了根据本发明实施例的在通信网络中对用户通信设备进行分组的示例性实现形式。
图3示出了根据本发明实施例的用户通信设备的示例性配置。
图4示出了根据本发明实施例的通信网络设备的示例性配置。
图5示出了根据本发明实施例的用于支持通信网络中的用户通信设备的分组的步骤。
图6示出了根据本发明实施例的用于支持通信网络中的用户通信设备的分组的步骤。
图7示出了根据本发明实施例的将多个用户通信设备组中的两个用户通信设备组组合成一个用户通信组的示例。
具体实施方式
通常，应该注意，本申请中描述的所有设置、设备、模块、部件、模型、元件、单元、实体、和方法等可以通过软件或硬件元件或其任何类型的组合来实现。由本申请中描述的各种实体执行的所有步骤以及描述为由各种实体执行的功能旨在表示各个实体适于或被配置为执行各个步骤和功能。即使在以下特定实施例的描述中，由一般实体执行的特定功能或步骤未反映在执行特定步骤或功能的实体的特定详细元件的描述中，本领域技术人员也应该清楚，可以在各硬件或软件元件或其任何类型的组合中实现这些方法和功能。此外，本发明的方法及其各步骤体现在各种装置元件的功能中。
此外，除非明确排除组合，否则本文描述的任何实施例和任何实施例的特征可彼此组合。
根据本发明，利用邻近信息(proximity information)是增强用户通信设备分组性能的有效方式。该方法建立在用户通信设备之间的设备到设备(device-to-device,D2D)通信上。一旦用户通信设备在本地发现彼此并且经由D2D进行连接，用户通信设备就在本地交换它们的信道协方差矩阵，基于此，通过自组织机制(self-organization mechanism)形成了初始本地用户分组。然后，初始组以组为基础将组协方差矩阵(group covariancematrix)反馈给诸如基站的通信网络设备，基于此，通信网络设备计算最终分组。
以这种方式，通过使用本发明，例如，至少实现了以下三个优点之一。第一，由于协方差矩阵反馈是在用户通信设备发起分组后按组进行的，因此，反馈开销显著降低。第二，因为初始分组是在用户通信设备侧执行的而通信网络设备只需要对由用户通信设备产生的每个组执行宏分组处理(grand grouping treating)，并且因为用户通信设备发起的分组为分组算法提供了良好的起始点(starting point)以便更快地收敛，所以降低了通信网络设备处的计算复杂度，从而提高了通信网络设备的效率。第三，因为用户通信设备利用了邻近信息，其中，该邻近信息表明应该考虑将彼此接近的用户通信设备组合在一起，所以可以实现更好的和速率性能(sum rate performance)。另外，分组很好地适应通信网络中的用户通信设备的任何拓扑。
根据本发明的用户通信设备分组可视为分两个阶段执行。阶段I更多地在用户通信设备侧执行。在阶段I，执行用户通信设备自组织(self-organization)。这种用户通信设备自组织由用户通信设备经由D2D通信执行。执行用户通信设备自组织包括以下步骤：(1)每个用户发现邻居列表(list of neighbors)；(2)每个用户通信设备找到要加入的相邻用户通信设备组。如果相邻用户通信设备组提供最高能量比(highest energy ratio)(即，加入相邻用户通信设备组的接收信号能量与保持不分组或用户通信设备本身形成一组的接收信号能量的估计比)，则用户通信设备将该相邻用户通信设备组确定为要加入的组。如果加入现有组的最大能量比(maximum energy ratio)低于阈值，则用户通信设备自身形成新组。此外，选择具有最佳D2D连接和上行信道质量的用户通信设备作为组首(groupleader)。在该过程的几次迭代之后，组首将组信息(组协方差矩阵)反馈给诸如BS的通信网络设备。
在阶段II，基于用户通信设备发起的分组，通信网络设备(例如，基站，BS)将用户通信设备组进一步聚类成更大的用户通信设备组。为此，可以使用各种已知的聚类算法。这种已知的聚类算法包括例如K均值算法(K-means algorithm)或分割合并算法(merge-and-split algorithms)。然而，还可以使用其他合适的已知聚类算法。
通常，执行根据本发明的用户通信设备分组可以有两种场景。这两种场景示例性地示于图1和图2中。
图1示出了根据本发明实施例的在通信网络中对用户通信设备101进行分组的示例性实现形式。根据图1，考虑了通信网络的单个小区。在通信网络的该小区中提供了通信网络设备102(例如，BS或eNodeB)和一个或多个用户通信设备101。诸如BS或eNodeB的通信网络设备102服务于通信网络的该小区，从而服务于该小区中的一个或多个用户通信设备101。
根据本实施例，诸如BS或eNodeB的通信网络设备102包括多个天线。设备101、102之间的通信例如以频分双工(frequency-division duplex,FDD)模式运行。经由来自用户通信设备101的显式反馈(explicit feedback)，在诸如BS或eNodeB的通信网络设备102处获取用户通信设备101的信道协方差矩阵。用户通信设备101用于经由D2D通信彼此通信。此外，用户通信设备用于经由诸如BS或eNodeB的通信网络设备102彼此通信。用户通信设备101利用例如带外D2D(out-band D2D)以在附近建立彼此之间可靠的通信链路来交换数据或信息。例如，用户通信设备101使用以下技术之一：WiFi直连(WiFi direct)，蓝牙，ZigBee等。
根据本实施例，用户通信设备101执行自组织以形成用户通信设备组。在图1中，产生了用户通信设备101的两个示例组103_1、103_2。执行自组织以形成用户通信设备组103_1、103_2是经由用户通信设备101之间的D2D通信进行的，该D2D通信在图1中由用户通信设备101之间的双向箭头指示。此外，在示例组103_1中，选择向诸如BS或eNodeB的通信网络设备102提供或反馈组信息104_1的组首，在示例组103_2中，选择向诸如BS或eNodeB的通信网络设备102提供或反馈组信息104_2的组首。然后，诸如BS或eNodeB的通信网络设备102基于由用户通信设备101产生的组执行全局分组(global grouping)。如上所述，为此，可以使用各种已知的聚类算法。这种已知的聚类算法包括例如K均值算法或分割合并算法。然而，还可以使用其他合适的已知聚类算法。
图2示出了根据本发明实施例的在通信网络中对用户通信设备101进行分组的示例性实现形式。图2的实施例类似于图1的实施例。然而，在图2中，考虑了多小区的情况。根据图2，示例性地示出了通信网络的两个小区，其中，本发明并不限于两个小区的示例。两个小区的每个小区由相应的通信网络设备102(例如，BS或eNodeB)服务。因此，每个用户通信设备101由与该用户通信设备101位于同一小区的通信网络设备102服务。
例如，如上述关于图1实施例所解释的，设置有诸如BS或eNodeB的通信网络设备102和用户通信设备101。例如，通信网络设备102中的每一个通信网络设备包括多个天线。设备101、102之间的通信例如以频分双工模式运行。经由来自用户通信设备101的显式反馈，在诸如BS或eNodeB的各个通信网络设备102处获取用户通信设备101的信道协方差矩阵。用户通信设备101用于经由D2D通信彼此通信。此外，用户通信设备101用于经由诸如BS或eNodeB的(为其服务的)通信网络设备102彼此通信。用户通信设备101利用例如带外D2D以在附近建立彼此之间可靠的通信链路来交换数据或信息。例如，用户通信设备101使用以下技术之一：WiFi直连，蓝牙，ZigBee等。
诸如BS或eNodeB的通信网络设备102中的每一个通信网络设备用于将用户通信设备101划分为用户通信设备组103_1、103_2、103_3。通过适当的小区关联和用户通信设备分组，可以仅使用信道统计(channel statistics)来减少小区间干扰(inter-cellinterference)。然而，强力联合的(brute-force joint)用户通信设备分组以及小区关联可能需要巨大的信令开销以将信道协方差矩阵发送到无线资源管理(radio resourcemanagement,RRM)服务器，并且无线资源管理服务器处的计算复杂度很高。本发明提供了一种减少信令开销并且简化分组和小区关联复杂度的方法。
类似于图1的单小区的情况，图2的多小区的情况下的方法包括两个阶段。在第一阶段，用户通信设备101自组织成用户通信组103_1、103_2、103_3。具体地，用户通信设备101在小区b中选择可能给予其最大能量比的组g。在自组织之后，选择组首以向诸如BS或eNodeB的各个通信网络设备102报告关于各个组103_1、103_2、103_3的信息(例如，分组结果和组协方差矩阵)。
在第二阶段中，诸如BS或eNodeB的通信网络设备102中的每一个通信网络设备将各个组103_1、103_2、103_3的信息204_1、204_2(例如，各个分组结果和各个组协方差矩阵)发送到诸如RRM的其他通信网络设备200，其他通信网络设备200通过使用聚类算法结合小区关联将组103_1、103_2、103_3进一步聚类成更大的组。如上所述，为此，可以使用各种已知的聚类算法。这种已知的聚类算法包括例如K均值算法或分割合并算法。然而，还可以使用其他合适的已知聚类算法。
图3示出了根据本发明实施例的用户通信设备101的示例性配置。如图3所示的用户通信设备101是在本文所描述以及在附图中示出的任何一个用户通信设备的代表。
根据本实施例，用户通信设备101包括发送实体301和接收实体302。发送实体301用于执行通信网络中的数据的发送。接收实体302用于执行通信网络中的数据的接收。例如，经由D2D通信和/或经由诸如BS或eNodeB的通信网络设备102来执行数据发送和数据接收。根据实施例，发送实体301和接收实体302作为一个实体(例如，收发器)提供，如图3中虚线框所示。或者，发送实体可以是发射器，接收实体可以是接收器。因此，在此描述为由用户通信设备101执行的任何一个发送步骤是由发送实体301执行的。在此描述为由用户通信设备101执行的任何一个接收步骤是由接收实体302执行的。
用户通信设备101还包括一个或多个处理实体或处理器303，一个或多个处理实体或处理器303用于执行除数据的发送和接收之外的不同的处理步骤，其中，数据的发送由发送实体301执行，数据的接收由接收实体302执行。因此，在此描述为由用户通信设备101执行的并且不涉及数据发送或接收的任何一个步骤都是由一个或多个处理实体302中的至少一个执行的。
图4示出了根据本发明实施例的通信网络设备400的示例性配置。如图4所示的通信网络设备400是在本文所描述以及在附图中示出的任何一个通信网络设备(例如，见上述通信网络设备102和200)的代表。
根据本实施例，通信网络设备400包括发送实体401和接收实体404。发送实体401用于执行通信网络中的数据的发送。接收实体404用于执行通信网络中的数据的接收。根据实施例，发送实体401和接收实体402作为一个实体(例如，收发器)提供，如图4中虚线框所示。或者，发送实体可以是发射器，接收实体可以是接收器。因此，在此描述为由通信网络设备400(例如，也参见上述通信网络设备102和200)执行的任何一个发送步骤是由发送实体401执行的。在此描述为由通信网络设备400(例如，也参见上述通信网络设备102和200)执行的任何一个接收步骤是由接收实体402执行的。
通信网络设备400还包括一个或多个处理实体或处理器403，一个或多个处理实体或处理器403用于执行除数据的发送和接收之外的各种处理步骤，其中，数据的发送由发送实体401执行以及数据的接收由接收实体402执行。因此，在此描述为由通信网络设备400执行的并且不涉及数据发送或接收的任何一个步骤都是由一个或多个处理实体403中的至少一个执行。
图5示出了根据本发明实施例的用于支持通信网络中的用户通信设备101的分组的步骤。图5的步骤由用户通信设备101执行。具体地，图5的步骤由该用户通信设备101的一个或多个处理实体403执行。图5反映了上述阶段I的步骤。
在步骤501中，产生相邻用户通信设备集。相邻用户通信设备集包括与产生501相邻用户通信设备集的该用户通信设备101相邻的用户通信设备101(即相邻用户通信设备101)。另外，相邻用户通信设备集包括该用户通信设备101本身。该用户通信设备101能够通过使用与通信网络中的用户通信设备101的D2D连接，检测通信网络中的相邻用户通信设备101。
在步骤502中，由产生501上述相邻用户通信设备集的该用户通信设备101确定其要加入的用户通信设备组。然后，关于该用户通信设备组的信息会被发送到诸如BS或eNodeB的通信网络设备102。通过分析相邻用户通信设备集中的用户通信设备101的不同可能组来执行用户通信设备组的确定502。这里，该用户通信设备101检验不同可能组中的哪一组是其最合适的组。
根据实施例，针对相邻用户通信设备集中的用户通信设备101的不同可能组中的可能组，该用户通信设备101获取该可能组的外部预编码矩阵，并且基于该可能组的外部预编码矩阵，决定该用户通信设备101是否将加入该可能组。根据实施例，对不同可能组中的每一个可能组执行此步骤。已知，总预编码分解为外部预编码(outer precoder)和内部预编码(inner precoder)。外部预编码抑制小区间或集群间干扰(inter-cell or inter-cluster interference)，而内部预编码用于集群内复用(intra-cluster multiplexing)。使用外部预编码矩阵能够抑制由用户通信设备101确定或产生的组之间的干扰。此外，因为处理的是可能组的外部预编码矩阵而不是用户通信设备的协方差矩阵，并且因为外部预编码矩阵具有与协方差矩阵相比显著更小的维度，所以减少了通信网络中的通信和信令开销。
根据实施例，针对相邻用户通信设备集中的用户通信设备101的不同可能组中的可能组，该用户通信设备101确定加入该可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的相应估计比，并且该用户通信设备101基于相应估计比决定其是否将加入该可能组。根据实施例，对不同可能组中的每一个可能组执行此步骤。加入可能组的接收信号能量指的是在该用户通信设备101已加入该可能组并且属于该组的情况下，在该用户通信设备101处的接收信号能量或接收信号强度。保持不分组的接收信号能量指的是在该用户通信设备101不属于任何可能组的情况下(即，在该用户通信设备101单独组成一个组的情况下)，在该用户通信设备101处的接收信号能量或接收信号强度。通过确定或估计上述比，确定或估计该用户通信设备101加入各个组的益处或优势。比较在该用户通信设备101决定加入可能组的情况下以及在该用户通信设备101不加入可能组而保持独立(即，单独的用户通信设备101表示一个组)的情况下的接收信号能量或强度。
根据实施例，该用户通信设备101用于通过使用可能组的外部预编码矩阵确定加入各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的相应估计比。以这种方式，可以将确定加入各个组的益处或优势与抑制由用户通信设备101确定或产生的组之间的干扰的标准相关联。
根据实施例，如果加入相邻用户通信设备集的用户通信设备101中的不同可能组的可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比大于或等于预定阈值，则该用户通信设备101用于将该可能组确定为该用户通信设备101将加入的用户通信设备组。然而，如果对于相邻用户通信设备集中的用户通信设备101的所有不同可能组，加入各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的相应估计比都低于预定阈值，则该用户通信设备101用于产生新组作为该用户通信设备要加入的用户通信设备组。该新组最初只包括该用户通信设备101。
对于如图1所示的一个小区或单小区场景以及如图2所示的多小区场景，以不同的方式确定502各个用户通信设备组。因此，下面将分别考虑一个小区或单小区场景下(见图1)以及多小区场景下(见图2)的用户通信设备组的确定500。
在两种情况下，即在一个小区或单小区场景的情况下(见图1)和在多小区场景的情况下(见图2)，每个用户通信设备101从所确定501的相邻用户通信设备集中的用户通信设备101的不同可能组中，找到提供最高或最大估计比的用户通信设备组，其中，该估计比是加入该用户通信设备组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比。因此，确定了不同可能组中一个用户通信设备组，在接收信号能量或强度方面，该组提供了用户通信设备101加入该组的最大益处或优势。
在一个小区或单小区场景(见图1)的情况下，在确定了501相邻通信设备集的第k个用户通信设备100处，对于不同可能组g中的每一个可能组，加入可能组g的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比ηk(g)由如下公式确定：
其中，Vg是组g的外部预编码矩阵，是外部预编码矩阵Vg的厄密共轭(Hermitian)，Rk是诸如BS或eNodeB的通信网络设备102与确定了501相邻用户通信设备集的并且作为相邻用户通信设备集的第k个用户通信设备101的用户通信设备101之间的下行信道的协方差矩阵，是用户通信设备101的协方差矩阵Rk的最大的M个特征值之和，其中M是大于或等于1的整数，tr表示各个矩阵上的跟踪函数(trace function)。具体地，表示在用户通信设备101处的加入可能组g的接收信号能量，并且表示在用户通信设备101处的保持不分组的接收信号能量。组外部预编码矩阵Vg可以被选择作为组g的协方差矩阵的M个主特征向量(dominant eigenvector)。这里，可以应用不同的已知方法。在出版物(J.Nam,A.Adhikary,J.-Y.Ahn,G.Caire:“Joint spatial divisionand multiplexing:Opportunistic beamforming,user grouping and simplifieddownlink scheduling”,IEEE J.Sel.Topics Signal Process,Vol.8,No.5,pp.876-890)中描述了确定或获取组外部预编码矩阵Vg的示例。该出版物的教导在此引入作为参考。
在多小区场景(见图2)的情况下，在确定了501相邻通信设备集的第k个用户通信设备100处，针对小区b中的不同可能组g中的每一个可能组，加入小区b中的可能组g的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比ηk(b,g)由如下公式确定：
其中，Vb,g是小区b中的可能组g的外部预编码矩阵，是外部预编码矩阵Vb,g的厄密共轭，是诸如BS或eNodeB的通信网络设备102与确定了501相邻用户通信设备集的并且作为相邻用户通信设备集的第k个用户通信设备101的用户通信设备101之间的下行信道的协方差矩阵，是用户通信设备101的协方差矩阵的最大的M个特征值之和，其中M是大于或等于1的整数，tr表示各个矩阵上的跟踪函数。具体地，表示在用户通信设备101处的加入小区b中的可能组g的接收信号能量，并且表示在用户通信设备101处的保持不分组的小区b中的接收信号能量。组外部预编码矩阵Vb,g可以被选择作为可能组g的协方差矩阵的M个主特征向量。这里，可以应用不同的已知方法。在出版物(J.Nam,A.Adhikary,J.-Y.Ahn,G.Caire:“Joint spatial division andmultiplexing:Opportunistic beamforming,user grouping and simplified downlinkscheduling”,IEEE J.Sel.Topics Signal Process,Vol.8,No.5,pp.876-890)中描述了确定或获取组外部预编码矩阵Vb,g的示例。该出版物的教导在此引入作为参考。
在两种情况下(即，在图1的一个小区或单小区的情况下和图2的多小区的情况下)，如果最高或最大估计能量比ηk(g)或ηk(b,g)低于阈值tη，则用户通信设备101不加入任何不同的可能用户通信设备组而是保持独立，即产生或形成新组，该新组仅包括该用户通信设备101。
确定要加入的用户通信设备组的上述步骤502由用户通信设备101中的每一个用户通信设备执行，对此需要执行用户通信设备分组。
随后，在两种情况下(即，在图1的一个区或单小区的情况下和图2的多小区的情况下)，对确定的组g中的每一个组，选择一个对应的组首。在组g的不同用户通信设备101中，将组g中具有最佳D2D连接的并且具有最佳上行信道质量的一个用户通信设备101选择为组首。
在用户通信设备101产生或确定用户通信设备组103_1、103_2、103_3之后，用户通信设备组103_1、103_2、103_3中的每组的组首向诸如BS或eNodeB的通信网络设备102发送关于各个用户通信设备组的信息104_1、104_2。关于用户通信设备组的信息104_1、104_2包括组聚合协方差矩阵(group aggregate covariance matrix)，该用户通信设备组的用户通信设备101的协方差矩阵聚合在该组聚合协方差矩阵中，其中，每个协方差矩阵是该用户通信设备组的各个用户通信设备101与诸如BS或eNodeB的通信网络设备102之间的下行信道的协方差矩阵。
在一个小区或单小区场景的情况下(见图1)，组聚合协方差矩阵由如下公式确定：
其中，Ug表示各个用户通信设备组g中的用户通信设备102，|Ug|表示用户通信设备组g中的用户通信设备101的数量，k表示用户通信设备组g中的用户通信设备101的索引，并且Rk表示用户通信设备组g的第k用户通信设备101的相应协方差矩阵。
在多小区场景的情况下(见图2)，组聚合协方差矩阵由如下公式确定：
其中，Ug表示各个用户通信设备组g中的用户通信设备102，|Ug|表示用户通信设备组g中的用户通信设备101的数量，k表示用户通信设备组g中的用户通信设备101的索引，并且表示小区b中的用户通信设备组g的第k个用户通信设备101的相应协方差矩阵。
根据实施例，各个组g的组首确定或计算整体组协方差矩阵或
图6示出了根据本发明实施例的用于支持通信网络中的用户通信设备101的分组的步骤。图6的步骤由诸如BS、eNodeB、RRM的通信网络设备102、200执行。具体地，图6的步骤由该通信网络设备102、200的一个或多个处理实体403(例如，BS、eNodeB、RRM)执行。图6反映了上述阶段II的步骤。
在步骤601中，通信网络设备102、200接收关于多个用户通信设备组103_1、103_2、103_3的信息104_1、104_2、204_1、204_2。具体地，通信网络设备102、200的接收实体402接收信息104_1、104_2、204_1、204_2。
在一个小区或单小区场景的情况下(见图1)，关于多个用户通信设备组103_1、103_2、103_3的信息104_1、104_2由诸如BS或eNodeB的通信网络设备102接收，并且随后由同一通信网络设备102处理(即，聚类)。
在多小区场景的情况下(见图2)，诸如BS或eNodeB的第一通信网络设备102接收关于多个用户通信设备组103_1、103_2、103_3的信息104_1、104_2、204_1、204_2，该第一通信网络设备102服务于小区，其中，在小区中用户通信设备101已经进行用户通信设备分组。这里，例如，对于用户通信组103_1、103_2、103_3中的每个组，各个组首将信息104_1、104_2、204_1、204_2发送到服务于各个组首的第一通信网络设备102。随后，诸如BS或eNodeB的第一通信网络设备102将关于多个用户通信设备组103_1、103_2、103_3的信息104_1、104_2、204_1、204_2发送到诸如RRM的第二通信网络设备200。然后，诸如RRM的第二通信网络设备200对用户通信设备组103_1、103_2、103_3执行进一步处理(即，聚类)。
在步骤602中，诸如BS、eNodeB、RRM的通信网络设备102、200对多个用户通信设备组进行聚类。如上所述，为此，可以使用各种已知的聚类算法。这种已知的聚类算法包括例如K均值算法或分割合并算法。然而，还可以使用其他合适的已知聚类算法。在聚类602期间，多个用户通信设备组中的至少两个组组合成一个用户通信设备组。
图7示出了根据本发明实施例的将多个用户通信设备组103_1、103_2、103_3中的两个用户通信设备组103_1、103_3组合成一个用户通信组103_1’示例。在图7的左侧，示出了由用户通信设备101确定或产生的用户通信设备组103_1、103_3(例如，通过执行图5的步骤)。通过执行聚类602，得到用户通信设备组103_1’、103_2。所得到的用户通信设备组103_1’、103_2在图7的右侧示出。在执行聚类602期间，用户通信设备组103_1、103_3已经组合成一个用户通信设备组103_1’。
在下文中，将示例性地考虑使用K均值算法执行聚类。
在一个小区或单小区场景的情况下(见图1)，由用户通信设备101产生或确定的(例如，通过执行图5的步骤)每个用户通信组103_1、103_2、103_3被认为是具有协方差矩阵的虚拟用户通信设备i，该协方差矩阵是各个组的聚合协方差矩阵，并且被假设为表示虚拟用户通信设备i与诸如BS或eNodeB的通信网络设备102之间的下行信道的协方差矩阵。
然后，通过使用相应的协方差矩阵将虚拟用户通信设备i(或用户通信组103_1、103_2、103_3)聚类成G个组，具体执行如下步骤：
第一，从所有协方差矩阵中随机选择G个矩阵作为组中心(groupcenter)，对于g＝1、2、...、G的组，组中心表示为
第二，对于每个虚拟用户通信设备i，为组分配最小弦距(minimum chordaldistance)其中
并且，U1表示包含R1的M个主特征向量的矩阵。
第二，将每个虚拟用户通信设备i分配给最小化虚拟设备i和组g之间的弦距的组g，其中
其中，表示包含的M个主特征向量的矩阵，Ui表示包含的M个主特征向量的矩阵。
第三，对于每个组，根据以下公式更新组中心
第四，重复第二步和第三步，直到每个更新的组中心收敛为止。
则最终分组由给出。
在多小区场景的情况下(见图2)，由用户通信设备101产生或确定的每个用户通信组103_1、103_2、103_3(例如，通过执行图5的步骤)被认为是虚拟用户通信设备i，该虚拟用户通信设备i具有协方差矩阵
以及平均信道增益(mean channel gain)
协方差矩阵是各个组的聚合协方差矩阵，并且被假设为表示虚拟用户通信设备i与诸如BS或eNodeB的通信网络设备102之间的下行信道的协方差矩阵。
然后，对于每个小区b＝1、2、...、B，将虚拟用户通信设备i(或用户通信组103_1、103_2、103_3)聚类成G个组，其中，执行虚拟用户通信设备的分配，具体执行如下步骤：
第一，在初始分配中，执行G轮。对于第一轮，在诸如BS或eNodeB的第一通信网络设备102处(即，g＝1且b＝1)，选择虚拟用户通信设备对于g＝1、2、...、G的每轮，诸如BS或eNodeB的每个通信网络设备102根据下式选择虚拟用户通信设备：
第二，然后，通过根据下式将每个虚拟用户通信设备i分配给小区b中的组g来执行聚类：
第三，通过执行以下两个步骤来定中心。通过根据下式在组中选择虚拟用户通信设备来更新第一小区(1,1)中第一组的中心：
并且根据下式相继更新其他组(b,g)的中心：
第四，重复第二步和第三步，直到每个更新的组中心收敛为止。
在此已经结合各种实施例对本发明进行了描述。本发明的各种实施方案可彼此组合。即在本文描述的、在至少一个附图中示出的、和/或在所附权利要求中要求保护的实施例中的任一个可与所述实施例的另一个相组合。因此，本发明可以有灵活的实现形式。此外，本发明的实现形式可以适应于若干环境或用例。
本发明涉及用户通信设备和通信网络设备，两者都用于支持通信网络中的用户通信设备的分组。用户通信设备确定包括该用户通信设备和相邻用户通信设备的相邻用户通信设备集，并且通过经由D2D通信与相邻用户通信设备集的相邻用户通信设备进行通信，确定该用户通信设备要加入的用户通信设备组。通信网络设备接收关于由通信网络中的用户通信设备确定的多个用户通信设备组的信息，并且对多个用户通信设备组执行聚类。
如上所示，本发明利用用户侧的邻近信息并使用本地协作来改进分组和减少反馈。解释如下。首先，用户通信设备经由D2D通信得知他们的邻居。由于局部散射(localscattering)，彼此接近的用户通信设备可以更好地组合在一起。这种初始分组不需要来自诸如BS或eNodeB的通信网络设备的协调。因此，诸如BS或eNodeB的通信网络设备可以享有降低的计算复杂度但实现甚至更好的分组结果。其次，用户通信设备之间的本地协作使得用户初始合并为小组，从而避免了对诸如BS或eNodeB的通信网络设备的冗余反馈(redundant feedback)。
本发明可以应用于广泛的应用场景，例如单小区大规模MIMO网络和多小区网络。
尽管上文仅针对图2考虑了多小区的情况，但事实上，有两种方式可以处理多小区的情况。根据第一种方式，执行用户-小区关联(user-cell association)，然后，通过对每个小区进行单独处理，将多小区的情况解耦为一个小区或单小区的情况(见图1)。根据第二种方式，执行联合的用户分组和小区关联(见图2)。
应该注意，除非明确排除组合，否则本文描述的任何实施例以及任何实施例的特征可以彼此组合。
另外，通过研究附图、公开内容、和所附权利要求，本领域技术人员和实践所要求保护的发明的人员也可以理解和实现所附实施例的其他变形。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些方法的仅有事实并不表示这些方法的组合不能用于获益。

Claims (20)

1.一种用户通信设备，用于支持通信网络中的用户通信设备的分组，其中，所述用户通信设备用于经由D2D通信与所述通信网络中的其他用户通信设备进行通信，并且还用于经由通信网络设备与所述其他用户通信设备进行通信，其中，在支持所述通信网络中的用户通信设备的分组时，所述用户通信设备用于执行以下：
确定包括所述用户通信设备和相邻用户通信设备的相邻用户通信设备集，所述相邻用户通信设备用于在所述通信网络中进行通信并且与所述通信网络中的所述用户通信设备相邻；以及
通过经由所述D2D通信与所述相邻用户通信设备集的所述相邻用户通信设备进行通信，在所述相邻用户通信设备集的用户通信设备中确定所述用户通信设备要加入的用户通信设备组；
其中，关于所述用户通信设备组的信息被提供给所述通信网络设备。
2.根据权利要求1所述的用户通信设备，其中，所述用户通信设备用于通过分析所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的不同可能组，确定所述用户通信设备组。
3.根据权利要求1或2所述的用户通信设备，其中，所述用户通信设备用于针对所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的不同可能组中的可能组，获取所述可能组的外部预编码矩阵，并且用于基于所述可能组的所述外部预编码矩阵，决定所述用户通信设备是否将加入所述可能组。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用户通信设备，其中，所述用户通信设备用于针对所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的不同可能组中的可能组，确定加入所述可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的相应估计比，并且用于基于所述相应估计比，决定所述用户通信设备是否将加入所述可能组。
5.根据权利要求3和4所述的用户通信设备，其中，所述用户通信设备用于通过使用所述可能组的外部预编码矩阵，确定加入各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的相应估计比。
6.根据权利要求4或5所述的用户通信设备，其中：
如果加入所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的所述不同可能组中的所述可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比大于或等于预定阈值，则所述用户通信设备用于将所述可能组确定为所述用户通信设备要加入的所述用户通信设备组；以及
如果对于所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的所有不同可能组，加入各个可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的各个估计比都低于所述预定阈值，则所述用户通信设备用于产生新组作为所述用户通信设备要加入的所述用户通信设备组。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的用户通信设备，其中，所述用户通信设备用于确定加入所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的所述不同可能组的所述可能组的接收信号能量与保持不分组的接收信号能量的估计比如下：
其中，ηk(g)是加入各个可能组的接收信号能量与所述保持不分组的接收信号能量的所述估计比，g是所述各个可能组，k是指所述用户通信设备作为所述相邻用户通信设备集中的第k个用户通信设备，Vg是所述各个可能组的外部预编码矩阵，Vg H是所述外部预编码矩阵Vg的厄密共轭，Rk是所述用户通信设备与所述通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵，以及是所述协方差矩阵Rk的最大的M个特征值之和，其中M是大于或等于1的整数。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的用户通信设备，其中，如果所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的所述不同可能组中的所述可能组的用户通信设备位于所述通信网络中与所述用户通信设备所位于的小区不同的小区，则所述用户通信设备用于确定加入所述相邻用户通信设备集中的所述用户通信设备的所述不同可能组中的各个可能组的接收信号能量与所述保持不分组的接收信号能量的估计比如下：
其中，ηk(b，g)是加入小区b中的各个可能组g的接收信号能量与所述保持不分组的接收信号能量的所述估计比，其中所述各个可能组g的用户通信设备位于所述小区b，k是指所述用户通信设备作为所述相邻用户通信设备集的第k个用户通信设备，Vb,g是所述小区b中的所述各个可能组的外部预编码矩阵，Vb,g H是所述外部预编码矩阵Vb,g的厄密共轭，Rk (b)是所述小区b中的所述用户通信设备与所述通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵，并且是所述协方差矩阵Rk (b)的最大的M个特征值之和，其中M是大于或等于1的整数。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用户通信设备，其中，在加入所述用户通信设备组之后，所述用户通信设备用于将其协方差矩阵发送到所述用户通信设备组的至少一个用户通信设备。
10.根据前述权利要求中任一项所述的用户通信设备，其中，如果所述用户通信设备在所述用户通信设备组的用户通信设备中具有最佳D2D连接以及最佳上行信道质量，则所述用户通信设备是所述用户通信设备组的组首。
11.根据前述权利要求中任一项所述的用户通信设备，其中，如果所述用户通信设备是所述用户通信设备组的组首，则所述用户通信设备用于将关于所述用户通信设备组的所述信息发送到所述通信网络设备。
12.根据前述权利要求中任一项所述的用户通信设备，其中，关于所述用户通信设备组的所述信息包括组聚合协方差矩阵，所述用户通信设备组的用户通信设备的协方差矩阵被聚合在所述组聚合协方差矩阵中，其中，每个协方差矩阵是所述用户通信设备组的各个用户通信设备与所述通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵。
13.根据权利要求12所述的用户通信设备，其中，所述组聚合协方差矩阵由如下等式确定：
其中，Rg是所述组聚合协方差矩阵，Rk是所述用户通信设备组的第k个用户通信设备与所述通信网络设备之间的下行信道的协方差矩阵，Ug是所述用户通信设备组。
14.一种方法，用于支持通信网络中的用户通信设备的分组并且被配置为由用户通信设备执行，其中，所述用户通信设备用于经由D2D通信与所述通信网络中的其他用户通信设备进行通信，并且还用于经由通信网络设备与所述其他用户通信设备进行通信，其中，所述方法包括以下步骤以支持所述通信网络中的用户通信设备的分组：
确定包括所述用户通信设备和相邻用户通信设备的相邻用户通信设备集，所述相邻用户通信设备用于在所述通信网络中进行通信并且与所述通信网络中的所述用户通信设备相邻；以及
通过经由所述D2D通信与所述相邻用户通信设备集的所述相邻用户通信设备进行通信，在所述相邻用户通信设备集的用户通信设备中确定所述用户通信设备要加入的用户通信设备组；
其中，关于所述用户通信设备组的信息被提供给所述通信网络设备。
15.一种通信网络设备，用于支持通信网络中的用户通信设备的分组，其中，所述通信网络设备用于：
接收关于由所述通信网络中的所述用户通信设备确定的多个用户通信设备组的信息；以及
对所述多个用户通信设备组执行聚类。
16.根据权利要求15所述的通信网络设备，其中，所述通信网络设备用于在执行聚类时将所述多个用户通信设备组中的至少两个用户通信设备组组合成一个用户通信设备组。
17.根据权利要求15或16所述的通信网络设备，其中，所述通信网络设备用于通过对所述多个用户通信设备组执行基于K-mans的算法或图形算法来执行所述聚类。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的通信网络设备，其中，所述通信网络设备用于针对所述多个用户通信设备组中的每个用户通信设备组，接收关于各个用户通信设备组的相应信息。
19.根据权利要求18所述的通信网络设备，其中，所述通信网络设备用于从所述用户通信设备组的用户通信设备接收关于所述各个用户通信设备组的所述相应信息。
20.一种方法，用于支持通信网络中的用户通信设备的分组并且被配置为由通信网络设备执行，其中，所述方法包括以下步骤：
接收关于由所述通信网络中的所述用户通信设备确定的多个用户通信设备组的信息；以及
执行至少两个用户通信设备组的聚类。
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