CN106899334B - 一种通信方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例中，提出一种发送信号的方法，包括：对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；向接收端发送经过调节处理的多载波信号；在该方案中，所有载波信号随机产生的波束方向不仅位于目标波束方向内，而且由于载波信号产生的波束方向是随机的，因此，任意两个不同的载波信号随机产生的波束方向可以是不同的，这样，即使接收端接收不到一个波束方向的载波信号，由于其他载波信号还可以产生其他方向的波束，因此，接收端还可以接收到其他方向的载波信号，降低了丢包率，提高了链路的可靠性。

Description

一种通信方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信方法及装置。

背景技术

随着无线通信产业的发展，频谱资源正面临着日益紧缺的困境。在实际应用中，随着载波频率的升高，频谱资源变得越来越丰富。例如，在6GHz以上的频带中存在100MHz以上的空闲频谱，如此丰富的频谱资源可以为未来移动通信系统提供更为快速的接入带宽，因此，将高频段的频谱资源引入到无线通信技术中显得尤为重要。

目前，在卫星通信中已经采用了高频段无线通信技术，例如，卫星通信中的无线骨干网传输中采用毫米波段的载波频率。然而，卫星通信和地面移动通信的具体实现方式上有很多不同，如果想要将高频段无线通信技术引入到地面移动通信中，仍然有很多问题需要解决。由于路径损耗具有随着频率的升高而升高的特点，因此，路径损耗是高频段无线通信技术应用到地面移动通信的最大挑战之一。

目前，主要通过波束赋形方法来解决高频段无线通信应用到地面移动通信中的路径损耗的问题。虽然，使用波束赋形可以有效克服高频段无线通信技术的路径损耗问题，然而同时也面临着其他挑战。波束赋形中心方向的增益随着使用天线数的增加而增加，而波束赋形非中心方向的衰减也随着天线数的增加而增加。当使用大规模的天线阵列时，如果发射波束和接收波束不能很好对准，信道的增益为零，使得即使发送分集能够对抗信道的随机衰落，仍然会由于接收功率太低而无法实现可靠传输，因此，链路的可靠性将大幅度下降。

为了得到最大的系统吞吐量，提升链路的可靠性，需要同时在发射端和接收端使用波束赋形，并将发射波束与接收波束对准，此时，接收信号的SNR(signal-noise ratio，信噪比)会达到最大。也就是说，通过一对彼此对准的波束，高频段的无线链路的增益是最大的。在地面移动通信的场景中，可以通过发送训练序列来确定彼此对准的波束。通过训练序列，接收端可以找到最优的发射波束和最优的接收波束，并通过反馈信道，将最优的发射波束索引反馈给发射端，这样，一个发射接收波束对(Tx-Rx beam pair)就建立起来了，然后，发射端使用该发射波束索引对应的波束发送信号，从另外一个方面解释，就是发射端在多个较宽的发射波束中选择了一个较优的发射波束，接收端将找到的最优接收波束接收信号。图1A展示了一对彼此对准的波束，发射波束为#C，接收波束为#2。

图1B给出了另外一对彼此对准的波束的示意图。基于图1B对确定对准的波束的过程进行简单描述：

BS(Base station，基站)发送3个较宽的波束：波束#A、波束#B和波束#C，3个较宽的波束发送的RS(Reference Signal，参考信号)分别为RS#1、RS#2和RS#3；

UE(User Equipment，终端)使用一个接收波束#X测量3个RS，并确定出接收强度最大的RS为RS#2，然后，UE将RS#2的编号反馈至BS；

这样，BS可以选择波束#B作为与波束#X对准的波束，进而采用波束#B发送信号。注意，此处BS仅使用了天线阵列中的部分天线单元，具体为使用了1/4的天线单元来发送3个波束，这意味着发射端可以生成更为精细的发送波束。需要注意的是，图中仅为一种视觉上的展示，并不意味着具体的实现过程一定是仅激活部分实际的物理天线。

本发明还给出了采用接收端反馈方式获得对准波束的流程图，如图1C所示。

前面所述的对准的波束是指发射波束和接收波束较为粗略地对准，也就是说，存在一定的误差，没有完全对准，因此，上述对准的波束是粗略对准的波束。确定粗略对准的波束的方法有很多种，例如，接收端使用接收到的参考信号进行信道测量，从而获得信号的接收波束的方向，然后，利用信道的互异性推导出发射波束的方向。又例如，发射端首先通过几个较宽的波束发送不同的参考信号，接收端在接收到参考信号后比较每个波束的接收信号的强度，随后，接收端将强度最强的信号对应的发射波束索引反馈至发射端。

无论采用哪种方法来确定粗略对准的波束，发射端可以仅激活天线阵列中的部分天线，这样，发射波束在空间上所涉及的范围较宽。例如，发射端仅使用部分天线发射参考信号。或者，接收端在测量参考信号时，仅使用部分天线接收信号，这样推算出的发射波束在空间上所涉及的范围也较宽。

在获得粗略对准的波束后，为了进一步提升系统的传输效率，带来更高的波束赋形增益，使得接收功率增高，需要进一步细化粗略对准的波束中的发射波束。使用增强的信号处理方式或其他波束对准方式能够实现细化发射波束的目的。然而，进一步细化粗略对准的波束中的发射波束意味着对波束对准的精度要求也要提高，很小的对准误差可能会导致接收功率的大幅度下降，进而使系统性能下降。

目前，一个数据包的信号被加载到OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用)的多个子载波之上。所有子载波使用相同的细化波束方向，如果该细化波束对准存在误差，则整个数据包将遭遇极高的丢包概率。例如，在终端高速移动的情况下，对准的波束可能随时被终端的移动破坏，导致丢包概率增加。又例如，在反馈的时间延迟过大的情况下，也可能存在波束对准精度下降的问题，导致丢包概率增加。又例如，天线的校准存在误差的情况下，也可能导致利用信道互异性(Channel Reciprocity)的波束对准方法无法获得足够的精度，导致丢包概率增加。

综上所述，在基于波束赋形的高频段地面移动通信的场景下，利用目前的细化发射波束的方法来发送信号的方法，存在丢包率较高、链路可靠性较低的缺陷。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种通信方法及装置，用于解决现有技术中存在的丢包率较高、链路可靠性较差的缺陷。

在本发明实施方式的第一方面中，提供了一种发送信号的方法，包括：

对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得所述每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

在一个实施例中，根据本发明的上述实施例所述的方法，向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号，包括：

通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，包括：

针对所述每一个载波信号，对该载波信号与预编码向量相乘；

其中，所述预编码向量的相位与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，所述预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号，包括：

通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，包括：

针对每一路基带处理单元的每一个载波信号，对该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号；

对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号；

其中，所述第一预编码向量的相位为单位向量和/或与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关；所述第二预编码向量的相位为所述目标波束方向的中心方向的角度。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，所述第一预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，若所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节之前，所述方法还包括：

将该载波信号进行复制，得到多路信号；

针对所述多路信号中每一路信号，将该路信号的相位和/或幅度进行调节。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，若所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节之前，所述方法还包括：

将该载波信号进行分流，得到多个子路信号；

针对所述多个子路信号中的每一子路信号，将该子路信号的相位和/或幅度进行调节。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，对待发送的多载波信号中每一个载波信号的相位和/或幅度均进行调节前，所述方法还包括：

在多个不同的方向向所述接收端发送参考信号；

接收所述接收端发送的针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号，并根据所述反馈信号确定出与所述接收波束初次对准的发射波束。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，所述一个随机的波束方向对应的波束所覆盖的范围比所述目标波束方向对应的波束所覆盖的范围窄。

在本发明实施方式的第二方面中，提供了一种发送信号的装置，包括：

调节单元，用于对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得所述每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

发送单元，用于向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

在一个实施例中，根据本发明的上述实施例所述的装置，所述发送单元向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，具体为：

通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述调节单元对待发送的多载波信号中每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节时，具体：

针对所述每一个载波信号，对该载波信号与预编码向量相乘；

其中，所述预编码向量的相位与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关。

在一些实施例中根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述发送单元向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，具体为：

通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述调节单元对待发送的多载波信号中每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节时，具体：

针对每一路基带处理单元的每一个载波信号，对该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号；

对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号；

其中，所述第一预编码向量的相位为单位向量和/或与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关；所述第二预编码向量的相位为所述目标波束方向的中心方向的角度。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述第一预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，若所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，所述装置还包括复制单元，用于将该载波信号进行复制，得到多路信号；

所述调节单元具体用于，针对所述多路信号中的每一路信号，将该路信号的相位和/或幅度进行调节。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，若所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号，所述装置还包括分流单元，用于将该载波信号进行分流，得到多个子路信号；

所述调节单元具体用于，针对所述多个子路信号中的每一子路信号，将该子路信号的相位和/或幅度进行调节。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述发送单元还用于，在多个不同的方向向所述接收端发送参考信号；

所述装置还包括接收单元和确定单元，其中：

所述接收单元，用于接收所述接收端发送的针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号；

所述确定单元，用于根据所述反馈信号确定出与所述接收波束初次对准的发射波束。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述一个随机的波束方向对应的波束所覆盖的范围比所述目标波束方向对应的波束所覆盖的范围窄。

在本发明实施方式的第三方面中，提供了一种接收信号的方法，包括：

采用接收波束接收发射端发送的经过相位和/或幅度调节的多载波信号，所述多载波信号中的每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与所述接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

对接收到的多载波信号进行处理。

在一个实施例中，根据本发明的上述实施例所述的方法，所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，和/或所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的方法，采用接收波束接收发射端发送的经过相位和/或幅度调节的多载波信号之前，所述方法还包括：

从不同的方向接收所述发射端发送的参考信号；

向所述发射端发送针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号。

在本发明实施方式的第四方面中，提供了一种接收信号的装置，包括：

接收单元，用于采用接收波束接收发射端发送的经过相位和/或幅度调节的多载波信号，所述多载波信号中的每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与所述接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

处理单元，用于对接收到的多载波信号进行处理。

在一个实施例中，根据本发明的上述实施例所述的装置，所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，和/或所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号。

在一些实施例中，根据本发明的上述任一实施例所述的装置，所述接收单元还用于，从不同的方向接收所述发射端发送的参考信号；

所述装置还包括发送单元，用于向所述发射端发送针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号。

本发明实施例中，提出一种发送信号的方法，包括：对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；向接收端发送经过调节处理的多载波信号；在该方案中，所有载波信号随机产生的波束方向不仅位于目标波束方向内，而且由于载波信号产生的波束方向是随机的，因此，任意两个不同的载波信号随机产生的波束方向可以是不同的，这样，即使接收端接收不到一个波束方向的载波信号，由于载波信号还可以产生其他方向的波束，因此，接收端还可以接收到其他方向的载波信号，降低了丢包率，提高了链路的可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1A是现有技术中对准的波束的一种示意图；

图1B是现有技术中对准的波束的另一种示意图；

图1C是现有技术中确定最优发射波束的示意图；

图1D是现有技术中使用相位的天线阵列的示意图；；

图1E是现有技术中均一线性的天线阵列的示意图；

图1F是现有技术中均一线性的天线阵列的波束模式的示意图；

图1G是现有技术中均一方形的天线阵列的示意图；

图1H是现有技术中均一方形的天线阵列的波束模式的示意图；

图1I是现有技术中一种基于混合波束模式的通信设备结构；

图1J是现有技术中另一种基于混合波束模式的通信设备结构；

图1K是现有技术中发射端信号生成的流程图；

图1L是现有技术中接收端信号生成的流程图；

图2是根据本发明的实施例提出的发送信号的实施例的流程图；

图3是根据本发明的实施例提出的发送信号的装置的示意图；

图4是根据本发明的实施例提出的接收信号的实施例的流程图；

图5是根据本发明的实施例提出的接收信号的装置的示意图；

图6是根据本发明的实施例提出的通信方法的一种仿真比较图；

图7是根据本发明的实施例提出的通信方法的另一种仿真比较图；

图8是根据本发明的实施例提出的通信方法的另一种仿真比较图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面对利用波束赋形进行高频段无线通信的技术进行简单描述。

目前，比较成熟且有效的波束赋形生成方式主要是通过带有相位差的天线阵列来实现的，这种天线阵列最早在军事领域中用于目标监测。由于具有良好的可操作性和抗干扰性，在第二次世界大战时期，这种天线阵列广泛应用于敌方飞机和舰艇的侦测，随后，这种天线阵列也被用于无线通信，尤其是卫星通信之中。

通过带有相位差的天线阵列来实现波束赋形的主要原理为，将一组预设相位差引入到天线阵列中，天线的波束形状可以产生强烈的方向性，这种方向性一方面可以增强目标方向上信号的发射功率或者接收功率，另一方面也可以抑制不相关方向上的干扰。如果发射端和接收端均装配了这种天线阵列，则信号的增强或干扰的抑制可以得到双倍的增益。

天线阵列中的天线单元间的间距需要根据载波频率做相应的设计，传统的低频段地面移动通信需要非常大的天线尺寸，因此，在无线通信中，尤其是在地面移动通信中，由于设备尺寸的限制，天线阵列在过去没有得到广泛的应用。然而，这个情况在高频段载波下可以被改善。高频段载波下的波长更为短，因此，相同尺寸的空间内可以放入更多的天线单元，从而，可以在有限空间内部署大规模的天线阵列。因此，在高频段的地面移动通信中，可以采用波束赋形的方法来克服路径损耗。图1D展示了使用相位天线阵列的接收端，其中，天线单元按照线性的方式排列。每个天线单元上的接收信号被添加一个相位偏差，每两个天线单元间的相位偏差相等。在这种设计下，该接收端可以在特定的方向上产生较强的接收增益，而在其他方向上的接收增益则很小。这种方向性可以由一个波束模式来描述，通过计算不同的相位权值，可以得到不同的波束模式。

天线阵列中的天线单元的排布方法有很多种，例如，可以为均一线性排布，如图1E所示，这种天线阵列结构可以在二维空间内产生方向性，如图1F所示，即图1E所示的天线阵列的结构可以产生如图1F所示的波束模式。如果天线单元被安排在二维空间内，如图1G所示的均一方形阵列的天线阵列，则生成的波束模式具有三维的方向性，如图1H所示的波束模式。此处我们假设图1E-图1H中所示的天线单元为全向天线单元。由图1F可见，均一线性排布的天线阵列只产生了二维的波束模式，由图1H可见，均一方形排布的天线阵列产生了三维的波束模式。由于均一方形排布的天线阵列拥有更多的天线单元，因此，其在中心方向上产生了更强的增益。

上述只是描述了通过天线阵列实现波束赋形的方法，在实际应用中，还存在其他实现波束赋形的方法，在此不再进行一一详述。

基于不同的操作信号方法，波束赋形可以分为模拟(Analog)波束赋形和数字(Digital)波束赋形，其中：

模拟波束赋形通过对模拟信号进行相位旋转操作，在每个天线单元上生成不同的权重，进而实现波束赋形。在一个通信系统中，模拟波束赋形可以在RF(Radio Frequency，射频)、IF(Intermediate Frequency，中频)或LO(Local Oscillator，本振)等不同阶段实现。

数字波束赋形是通过对数字信号进行数学运算，在每个天线单元上生成不同的相位和幅度权值，进而实现波束赋形。在发射端，这个操作需要在DAC(Digital to AnalogConverter，数字模拟转换)之前完成；在接收端，这个操作则在ADC(Analog to DigitalConverter，模拟数字转换)之后完成。通过对数字信号的不同操作，数字波束赋形可以同时生成多个波束，而模拟波束赋形则每次只能产生一个波束，因此，数字波束赋形比模拟波束赋形更加灵活。利用先进的数字信号处理技术，数字波束赋形可以估计信号的到达角，进一步的，还可以进行MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)传输，例如STBC(Space Time Block Code，时空分组编码)，spatial multiplexing(空间多路法)等。尽管有诸多好处，但是，由于数字波束赋形需要多个射频通路，因此，采用数字波束赋形的系统的复杂度和成本较高。

为了平衡复杂度、成本和性能之间的矛盾，提出了使用数字和模拟相混合的混合波束赋形。例如，一路基带通路可以级联一组天线单元，其中，各个天线单元间通过模拟的方法实现相位差。如图1I所示，每个基带处理单元级联了多个天线单元，并且整个系统拥有多个基带处理单元。对于第一路基带处理单元，每个天线上的权重可以用[w1,w2,w3,w4]表示，对于最后一路基带处理单元，每个天线上的权重可以用[wM-3,wM-2,wM-1,wM]来表示。需要注意的是，在图1I所示的结构下，每路基带处理单元之间并不共享任何一个天线单元，且系统可以独立控制每个天线单元上的权重。

图1J展示了另外一种可以实现混合波束赋形的结构。在这种结构中，每路基带处理单元均共享每一个天线单元。也就是说，在每一个天线单元上，所有路的基带信号在通过加权后叠加在一起。

除了图1I和图1J所示的两种可以实现混合波束赋形的结构外，还存在其他结构，在此不再进行一一详述，但是，其他可以实现混合波束赋形的结构可以视为在图1I和图1J所示结构的基础上所做的一些变形。

使用高频段载波意味着有更为丰富的频谱资源可以被利用。如何高效利用丰富的频谱资源也是通信系统设计的重点之一。目前主要采用多载波(Multiple Carrier)调制技术，例如，OFDM、FBMC(Filterbank Based Multi Carrier，滤波器组多载波)、FilteredOFDM等调制方法。

图1K给出了一种基于OFDM调制的波束赋形系统的发送信号流程图，该图主要描述了如下过程：将通过星座点调制的复数信号经过MIMO预处理，再将经过MIMO预处理的信号进行串并转换转，得到信号向量，然后，将该信号向量进行IFFT(Inverse Fast FourierTransform，快速傅里叶逆变换)处理，并将经过IFFT处理的信号添加CP(Cyclic Prefix，循环前缀)，接着，进行并串转换，并将得到的数字信号转为模拟信号并添加高频载波，得到射频信号，最后，通过天线阵列将射频信号发送出去。在发送信号的过程中，天线阵列的相位差根据发射端的控制生成，进而产生需要的波束模式。

图1I展示了接收图1H发送的信号的流程图。接收端的天线阵列的天线单元间的相位差根据接收端的控制生成，进而产生需要的波束模式。先将天线阵列接收到的信号进行降频处理并转为数字信号，再去除数字信号的CP，并将去除CP的数字信号进行串并转换，接着将串并转换后的信号进行FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏变换)处理，并将经过FFT处理后的信号进行并串转换，最后，将并串转换后的信号进行MIMO处理，并将MIMO处理后的信号进行均衡处理，得到最终的接收信号。

需要说明的是，在图1K和图1L中，信道编码和解码部分没有展示出来，在实际应用中可以根据需要添加。

下面对本发明实施例可以适用的场景进行简单描述。

本发明实施例可以用于高频段移动通信场景中，例如，载波频率大于6GHz的移动通信中。其中，移动通信具体可以是点对点的移动通信，也可以是点对多点的移动通信。

需要说明的是，移动通信所针对的终端可以处于不同的移动状态，例如，处于低速移动状态或高速移动状态中。移动通信所针对的基站可以是单个基站，或者也可以是多个基站，多个基站可以位于同一位置，也可以位于不同位置。移动通信所适用的网络可以是室内LAN(Local Area Network，局域网)，或者室外WAN(Wide Area Network，广域网)。

图2示意性地示出了根据本发明实施方式的发送信号的方法20的流程示意图。如图2所示，该方法20可以包括步骤200和210。

步骤200：对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得所述每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

步骤210：向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

本发明实施例中，可选地，多载波信号为OFDM调制的信号，当然，OFDM调制的信号只是其中一种具体的示例，在实际应用中并不限定于该种方式调制的信号。

本发明实施例中，可选地，多载波信号可以通过数字波束赋形的天线阵列发送，也可以通过混合波束赋形的天线阵列发送。即向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号的方式有多种，可选地，可以采用如下方式：

通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号；或者

通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

下面分别对这两种结构下的对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节的方式进行描述。

本发明实施例中，通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节的方式，可选地，可以采用如下方式：

针对所述每一个载波信号，对该载波信号与预编码向量相乘；

其中，所述预编码向量的相位与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关。

其中，所述预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

具体的，所述预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量。预编码向量的相位为θ_c-θ_o时，产生的波束的中心方向的角度为θ_c-θ_o；预编码向量的相位为θ_c+θ_o时，产生的波束的中心方向的角度为θ_c+θ_o。这里描述的预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种的情况，是说细化后的波束的数量为3，当然，在实际应用中，细化后的波束的数量不限于3个，可以是2个，此时，预编码向量的相位从2个中心方向的角度中选择，也可以是4个，此时，预编码向量的相位从4个中心方向的角度中选择，或者5个，此时，预编码向量的相位从5个中心方向的角度中选择，但是，细化原理都是一样的，只要细化后的波束的方向为目标波束方向内即可，在此不再进行详述。

这样，预编码后的载波信号在不同天线上可以产生不同的相位差和/或幅度差，相位差和/或幅度差使得载波信号将在空间上产生不同的方向性。

具体实现中，可以对基带信号进行频域预编码。

下面对数字波束赋形的天线阵列发送信号的过程进行举例说明。

例如，

为第k路天线单元上承载的OFDM频域信号，该路天线上所使用的预编码向量为

则对该OFDM频域信号和预编码向量相乘，得到预编码后的信号

如果

其中，j是虚部标识，1≤m≤N，θ_m为一个随机选取的相位值，则最终多个载波的发送方向是随机的。但是，方向完全随机的话，会存在丢包概率增加，链路可靠性降低的缺陷。如图2B所示，与接收波束#X初次对准的发射波束为波束#B，如果预编码后的OFDM频域信号产生的波束落在图2B所示的波束#A的范围内时，该OFDM频域信号所承载的信号将完全丢失。

其中，在本发明的实施例中，初次对准是指使用空间分辨率较低，亦即波束宽度较宽、方向增益较低的发送和接收波束之间的对准，该对准能保证在一个较大的范围内使发送和接收波束之间有较大的重叠面积(overlap)。相对于初次对准，精细化对准是指波束宽度较窄、方向增益较强、对准误差较小的发送和接收波束之间的对准。

因此，为了进一步降低丢包概率，提高链路的可靠性，预编码处理后的OFDM频域信号产生的波束应该位于波束#B的范围内。例如，产生的波束为图2B中所示的波束#a、波束#b和波束#c，为了达到产生波束#a、波束#b和波束#c的效果，预编码向量的相位需要分别为波束#a、波束#b和波束#c的波束的中心方向的角度，其中波束#b的中心方向的角度为波束#B的中心方向的角度θ_c。进一步的，波束#a对应的中心方向的角度为θ_c-θ_o，波束#c对应的中心方向的角度为θ_c+θ_o。这样，OFDM频域信号经过相位为θ_c-θ_o的预编码向量处理后，产生的波束为波束#c，经过相位为θ_o的预编码向量处理后，产生的波束为波束#b，经过相位为θ_c+θ_o的预编码向量处理后，产生的波束为波束#a。

此时发射端的所有天线资源全部被利用用以生成细化波束：波束#a、波束#b和波束#c。不同的子载波(Sub 1，Sub 2，…)被分配到不同的细化波束上。当然，波束#B被细化后得到的波束#a、波束#b和波束#c并不是在空间上任意的方向，而是受限于波束#B的波束方向。从OFDM符号的角度，最终的效果是每个子载波被发送到一个较优空间中的不同方向之上。图2C从OFDM信号的角度给出了细化波束的示意图。

前面描述的方案适用于数字波束赋形的天线阵列的场景，但是在实际应用中，天线阵列还可以实现混合波束赋形。下面对混合波束赋形的天线阵列场景下的待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节的方式进行描述。

本发明实施例中，通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节的方式，可选地，可以采用如下方式：

针对每一路基带处理单元的每一个载波信号，对该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号；

对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号；

其中，所述第一预编码向量的相位为1(亦即为单位向量)和/或与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关；所述第二预编码向量的相位为所述目标波束方向的中心方向的角度。

其中，可选地，所述第一预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

具体的，所述第一预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种。预编码向量的相位为θ_c-θ_o时，产生的波束的中心方向的角度为θ_c-θ_o；预编码向量的相位为θ_c+θ_o时，产生的波束的中心方向的角度为θ_c+θ_o。这里描述的预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种的情况，是说细化后的波束的数量为3，当然，在实际应用中，细化后的波束的数量不限于3个，可以是2个，此时，预编码向量的相位从2个中心方向的角度中选择，也可以是4个，此时，预编码向量的相位从4个中心方向的角度中选择，或者5个，此时，预编码向量的相位从5个中心方向的角度中选择，但是，细化原理都是一样的，只要细化后的波束的方向为目标波束方向内即可，在此不再进行详述。

下面对混合波束赋形的天线阵列发送信号的过程进行举例说明。

如图2D所示，发射端包含2个基带处理单元：基带处理单元1和基带处理单元2，2个基带处理单元级连两组天线单元，共8个天线单元。其中，两组天线单元使用相同的模拟波束赋形方式，其中心方向为θ_c。也就是说：

其中，

基带处理单元1对载波信号进行第一次预编码处理，具体为，将该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号，其中，第一预编码向量的相位为1，然后，经过第一次预编码处理后的载波信号再经过第二次预编码处理，具体为对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号，其中，第二预编码向量的相位为θ_c，经过第二次预编码处理后的信号分别再经过第一组天线单元中的天线单元1、天线单元2、天线单元3和天线单元4发送；同理，针对基带处理单元2，基带处理单元2对载波信号进行第一次预编码处理，具体为，将该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号，其中，第一预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种，然后，经过第一次预编码处理后的载波信号再经过第二次预编码处理，具体为对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号，其中，第二预编码向量的相位均为θ_c，经过第二次预编码处理后的信号分别再经过第二组天线单元中的天线单元1、天线单元2、天线单元3和天线单元4发送。

在该示例中，如果一个子载波上的信号随机选择了θ_c，则两个基带处理单元所采用的第一预编码向量分别为

对于其他随机方向的选择，可以根据中心方向选择随机偏转。随机偏转的取值需要根据所要产生的覆盖范围调整，例如第一预编码向量分别为

或者分别为

所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量。

本发明实施例中，载波信号可以为单流数据信号，也可以为多流数据信号，也就是说，本申请中所提供的方案既适用于单流数据信号的场景中，也适用于多流数据信号的场景中，在此不做具体限定。

当然，单流数据信号的场景也可以与不同类型的波束赋形天线阵列相结合，例如，单流数据信号应用于纯数字波束赋形的天线阵列中，或者，单流数据信号应用于纯模拟波束赋形的天线阵列中，又或者，单流数据信号应用于混合波束赋形的天线阵列中。

同理，多流数据信号的场景也可以与不同的波束赋形天线阵列相结合，例如，多流数据信号应用于纯数字波束赋形的天线阵列中，或者，多流数据信号应用于纯模拟波束赋形的天线阵列中，又或者，多流数据信号应用于混合波束赋形的天线阵列中。

需要说明的是，在单流数据信号和波束赋形天线阵列相结合的场景中，先将信号复制，再将复制后的每一路信号进行相位和/或幅度的调节。

具体为，若所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节之前，所述方法还包括：

将该载波信号进行复制，得到多路信号；

针对所述多路信号中的每一路信号，将该路信号的相位和/或幅度进行调节。

在这种方式下，受控的随机波束赋形提供了发送分集的增益，使得数据包对波束对准误差更具鲁棒性。例如，当细化后的中心波束的对准方向存在误差时，仅有部分的子载波信号受到严重影响，但是，另外其他子载波仅受到较小或者没有影响，以图2B为例进行说明，仅有三分之一的子载波信号受到严重影响，但是，另外其他子载波仅受到较小或者没有影响。

下面对单流数据信号和混合波束赋形天线阵列相结合的场景进行举例说明，如图2E所示，在该示例中假设最后细化的波束为图2B所示的#a、#b和#c。

将调制到星座点上的信号复制成两路，每一路信号通过单独的预编码处理过程。第一路信号预编码处理时预编码向量的相位为1，第二路信号预编码处理时预编码向量的相位从θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中选择。由于此处信号还没有经过OFDM调制，所以预编码过程是在频域完成的。随后，频域信号经过OFDM调制转为时域信号，最后通过级联的天线阵列将两路信号发送出去。

前面描述的是单流数据信号和波束赋形天线阵列相结合的场景，下面对多流数据信号和波束赋形天线阵列相结合的场景进行描述，在该场景中，先将信号分流，再将分流后的每一路信号进行相位和/或幅度的调节。

若所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节之前，所述方法还包括：

将该载波信号进行分流，得到多个子路信号；

针对所述多个子路信号中的每一子路信号，将该子路信号的相位和/或幅度进行调节。

在这种方式下，随机波束赋形不仅提供了发送分集增益，同时也避免了多流数据由于信道耦合而无法正确在接收端分离。

下面对单流数据信号和混合波束赋形天线阵列相结合的场景进行举例说明，如图2F所示，在该示例中假设最后细化的波束为图2B所示的#a、#b和#c。

将调制到星座点上的信号分流成两路，每一路信号通过单独的预编码处理过程。第一路信号预编码处理时预编码向量的相位为1，第二路信号预编码处理时预编码向量的相位从θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中选择。由于此处信号还没有经过OFDM调制，所以预编码过程是在频域完成的。随后，频域信号经过OFDM调制转为时域信号，最后通过级联的天线阵列将两路信号发送出去。

若使用相同的模拟波束赋形，在相同子载波上的多流数据可能遭遇相关度非常高的两个信道，此时，信道的秩快速下降，使得多流传输的理论容限大幅度衰减。在一个实际系统中，这种影响体现在接收端受到极强的流间干扰，数据包错误解调概率上升。而采用本方案的话，由于每个子载波选用了不同的波束方向，因此，所有子载波同时遭遇高相关信道的概率就下降了。因此，这种方法可以在开环的情况下能够提升多流传输的可靠性。

本发明实施例中，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度均进行调节之前，需要确定出与接收波束初次对准的发射波束，例如，图2B中的波束#B，因此，进一步的，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度均进行调节之前，所述方法还包括：

在多个不同的方向向所述接收端发送参考信号；

接收所述接收端发送的针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号，并根据所述反馈信号确定出与所述接收波束初次对准的发射波束。

当然，在实际应用中，有多种确定与所述接收波束初次对准的发射波束的方式，上述只是一种具体示例，并不限定于此。

本发明实施例中，可选地，所述一个随机的波束方向对应的波束所覆盖的范围比所述目标波束方向对应的波束所覆盖的范围窄。

可选地，可以通过天线阵列中的N1个天线发送目标波束方向对应的信号；所述天线阵列中的N2个天线发送所述随机的波束方向对应的信号，所述N1＜所述N2。其中，可选地，N2可以是天线阵列中的全部天线单元的数量。

在该方案中，所有载波信号随机产生的波束方向不仅位于目标波束方向内，而且由于载波信号产生的波束方向是随机的，因此，任意两个不同的载波信号随机产生的波束方向可以是不同的，这样，即使接收端接收不到一个波束方向的载波信号，由于载波信号还可以产生其他方向的波束，因此，接收端还可以接收到其他方向的载波信号，降低了丢包率，提高了链路的可靠性。

如图3所示，本发明实施例中，提出一种发送信号的装置30，包括：

调节单元300，用于对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得所述每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

发送单元310，用于向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

本发明实施例中，可选地，多载波信号为OFDM调制的信号，当然，OFDM调制的信号只是其中一种具体的示例，在实际应用中并不限定于该种方式调制的信号。

本发明实施例中，可选地，多载波信号可以通过数字波束赋形的天线阵列发送，也可以通过混合波束赋形的天线阵列发送。即所述发送单元310向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，可选地，可以采用如下方式：

通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号；或者

通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

下面分别对这两种结构下的对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节的方式进行描述。

本发明实施例中，通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，所述调节单元300对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节时，可选地，可以采用如下方式：

针对所述每一个载波信号，对该载波信号与预编码向量相乘；

其中，所述预编码向量的相位与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关。

其中，所述预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

具体的，所述预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量。预编码向量的相位为θ_c-θ_o时，产生的波束的中心方向为θ_c-θ_o；预编码向量的相位为θ_c+θ_o时，产生的波束的中心方向为θ_c+θ_o。这里描述的预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种的情况，是说细化后的波束的数量为3，当然，在实际应用中，细化后的波束的数量不限于3个，可以是2个，此时，预编码向量的相位从2个中心方向的角度中选择，也可以是4个，此时，预编码向量的相位从4个中心方向的角度中选择，或者5个，此时，预编码向量的相位从5个中心方向的角度中选择，但是，细化原理都是一样的，只要细化后的波束的方向为目标波束方向内即可，在此不再进行详述。

这样，预编码后的载波信号在不同天线上可以产生不同的相位差和/或幅度差，相位差和/或幅度差使得载波信号将在空间上产生不同的方向性。

具体实现中，可以对基带信号进行频域预编码。

下面对数字波束赋形的天线阵列发送信号的过程进行举例说明。

例如，

为第k路天线单元上承载的OFDM频域信号，该路天线上所使用的预编码向量为

则对该OFDM频域信号和预编码向量相乘，得到预编码后的信号

如果

其中，j是虚部标识，1≤m≤N，θ_m为一个随机选取的相位值，则最终多个载波的发送方向是随机的。但是，方向完全随机的话，会存在丢包概率增加，链路可靠性降低的缺陷。如图2B所示，与接收波束#X初次对准的发射波束为波束#B，如果预编码后的OFDM频域信号产生的波束落在图2B所示的波束#A的范围内时，该OFDM频域信号所承载的信号将完全丢失。

因此，为了进一步降低丢包概率，提高链路的可靠性，预编码处理后的OFDM频域信号产生的波束应该位于波束#B的范围内。例如，产生的波束为图2B中所示的波束#a、波束#b和波束#c，为了达到产生波束#a、波束#b和波束#c的效果，预编码向量的相位需要分别为波束#a、波束#b和波束#c的中心方向的角度，其中波束#b的中心方向的角度为波束#B的中心方向的角度θ_c。进一步的，波束#a对应的中心方向的角度为θ_c-θ_o，波束#c对应的中心方向的角度为θ_c+θ_o。这样，OFDM频域信号经过相位为θ_c-θ_o的预编码向量处理后，产生的波束为波束#c，经过相位为θ_o的预编码向量处理后，产生的波束为波束#b，经过相位为θ_c+θ_o的预编码向量处理后，产生的波束为波束#a。

此时发射端的所有天线资源全部被利用用以生成细化波束：波束#a、波束#b和波束#c。不同的子载波(Sub 1，Sub 2，…)被分配到不同的细化波束上。当然，波束#B被细化后得到的波束#a、波束#b和波束#c并不是在空间上任意的方向，而是受限于波束#B的波束方向。从OFDM符号的角度，最终的效果是每个子载波被发送到一个较优空间中的不同方向之上。图2C从OFDM信号的角度给出了细化波束的示意图。

前面描述的方案适用于数字波束赋形的天线阵列的场景，但是在实际应用中，天线阵列还可以实现混合波束赋形。下面对混合波束赋形的天线阵列场景下的待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节的方式进行描述。

本发明实施例中，通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，

所述调节单元300对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节时，具体为：

针对每一路基带处理单元的每一个载波信号，对该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号；

对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号；

其中，所述第一预编码向量的相位为1和/或与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关；所述第二预编码向量的相位为所述目标波束方向的中心方向的角度。

其中，可选地，所述第一预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

具体的，所述第一预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种。预编码向量的相位为θ_c-θ_o时，产生的波束的中心方向的角度为θ_c-θ_o；预编码向量的相位为θ_c+θ_o时，产生的波束的中心方向的角度为θ_c+θ_o。这里描述的预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种的情况，是说细化后的波束的数量为3，当然，在实际应用中，细化后的波束的数量不限于3个，可以是2个，此时，预编码向量的相位从2个中心方向的角度中选择，也可以是4个，此时，预编码向量的相位从4个中心方向的角度中选择，或者5个，此时，预编码向量的相位从5个中心方向的角度中选择，但是，细化原理都是一样的，只要细化后的波束的方向为目标波束方向内即可，在此不再进行详述。

下面对混合波束赋形的天线阵列发送信号的过程进行举例说明。

如图2D所示，发射端包含2个基带处理单元：基带处理单元1和基带处理单元2，2个基带处理单元级连两组天线单元，共8个天线单元。其中，两组天线单元使用相同的模拟波束赋形方式，其中心方向为θ_c。也就是说：

其中，

基带处理单元1对载波信号进行第一次预编码处理，具体为，将该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号，其中，第一预编码向量的相位为1，然后，经过第一次预编码处理后的载波信号再经过第二次预编码处理，具体为对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号，其中，第二预编码向量的相位为θ_c，经过第二次预编码处理后的信号分别再经过第一组天线单元中的天线单元1、天线单元2、天线单元3和天线单元4发送；同理，针对基带处理单元2，基带处理单元2对载波信号进行第一次预编码处理，具体为，将该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号，其中，第一预编码向量的相位为θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o中的任意一种，然后，经过第一次预编码处理后的载波信号再经过第二次预编码处理，具体为对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号，其中，第二预编码向量的相位均为θ_c，经过第二次预编码处理后的信号分别再经过第二组天线单元中的天线单元1、天线单元2、天线单元3和天线单元4发送。

在该示例中，如果一个子载波上的信号随机选择了θ_c，则两个基带处理单元所采用的第一预编码向量分别为

对于其他随机方向的选择，可以根据中心方向选择随机偏转。随机偏转的取值需要根据所要产生的覆盖范围调整，例如第一预编码向量分别为

或者分别为

所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量。

本发明实施例中，载波信号可以为单流数据信号，也可以为多流数据信号，也就是说，本申请中所提供的方案既适用于单流数据信号的场景中，也适用于多流数据信号的场景中，在此不做具体限定。

当然，单流数据信号的场景也可以与不同类型的波束赋形天线阵列相结合，例如，单流数据信号应用于纯数字波束赋形的天线阵列中，或者，单流数据信号应用于纯模拟波束赋形的天线阵列中，又或者，单流数据信号应用于混合波束赋形的天线阵列中。

同理，多流数据信号的场景也可以与不同的波束赋形天线阵列相结合，例如，多流数据信号应用于纯数字波束赋形的天线阵列中，或者，多流数据信号应用于纯模拟波束赋形的天线阵列中，又或者，多流数据信号应用于混合波束赋形的天线阵列中。

需要说明的是，在单流数据信号和波束赋形天线阵列相结合的场景中，先将信号复制，再将复制后的每一路信号进行相位和/或幅度的调节。

具体为，若所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，所述装置还包括复制单元320，用于将该载波信号进行复制，得到多路信号；

所述调节单元300具体用于，针对所述多路信号中的每一路信号，将该路信号的相位和/或幅度进行调节。

在这种方式下，受控的随机波束赋形提供了发送分集的增益，使得数据包对波束对准误差更具鲁棒性。例如，当细化后的中心波束的对准方向存在误差时，仅有部分的子载波信号受到严重影响，但是，另外其他子载波仅受到较小或者没有影响，以图2B为例进行说明，仅有三分之一的子载波信号受到严重影响，但是，另外其他子载波仅受到较小或者没有影响

下面对单流数据信号和混合波束赋形天线阵列相结合的场景进行举例说明，如图2E所示，在该示例中假设最后细化的波束为图2B所示的#a、#b和#c。

将调制到星座点上的信号复制成两路，每一路信号通过单独的预编码处理过程。第一路信号预编码处理时预编码向量的相位为1，第二路信号预编码处理时预编码向量的相位从θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中选择。由于此处信号还没有经过OFDM调制，所以预编码过程是在频域完成的。随后，频域信号经过OFDM调制转为时域信号，最后通过级联的天线阵列将两路信号发送出去。

前面描述的是单流数据信号和波束赋形天线阵列相结合的场景，下面对多流数据信号和波束赋形天线阵列相结合的场景进行描述，在该场景中，先将信号分流，再将分流后的每一路信号进行相位和/或幅度的调节。

若所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号，所述装置还包括分流单元330，用于将该载波信号进行分流，得到多个子路信号；

所述调节单元300具体用于，针对所述多个子路信号中的每一子路信号，将该子路信号的相位和/或幅度进行调节。

在这种方式下，随机波束赋形不仅提供了发送分集增益，同时也避免了多流数据由于信道耦合而无法正确在接收端分离。

下面对单流数据信号和混合波束赋形天线阵列相结合的场景进行举例说明，如图2F所示，在该示例中假设最后细化的波束为图2B所示的#a、#b和#c。

将调制到星座点上的信号分流成两路，每一路信号通过单独的预编码处理过程。第一路信号预编码处理时预编码向量的相位为1，第二路信号预编码处理时预编码向量的相位从θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中选择。由于此处信号还没有经过OFDM调制，所以预编码过程是在频域完成的。随后，频域信号经过OFDM调制转为时域信号，最后通过级联的天线阵列将两路信号发送出去。

若使用相同的模拟波束赋形，在相同子载波上的多流数据可能遭遇相关度非常高的两个信道，此时，信道的秩快速下降，使得多流传输的理论容限大幅度衰减。在一个实际系统中，这种影响体现在接收端受到极强的流间干扰，数据包错误解调概率上升。而采用本方案的话，由于每个子载波选用了不同的波束方向，因此所有子载波同时遭遇高相关信道的概率就下降了。因此，这种方法可以在开环的情况下能够提升多流传输的可靠性。

本发明实施例中，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度均进行调节之前，需要确定出与接收波束初次对准的发射波束，例如，图2B中的波束#B，因此，进一步的，所述发送单元310还用于，在多个不同的方向向所述接收端发送参考信号；

所述装置还包括接收单元340和确定单元350，其中：

所述接收单元340，用于接收所述接收端发送的针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号；

所述确定单元350，用于根据所述反馈信号确定出与所述接收波束初次对准的发射波束。

当然，在实际应用中，有多种确定与所述接收波束初次对准的发射波束的方式，上述只是一种具体示例，并不限定于此。

本发明实施例中，可选地，所述一个随机的波束方向对应的波束所覆盖的范围比所述目标波束方向对应的波束所覆盖的范围窄。

可选地，可以通过天线阵列中的N1个天线发送目标波束方向对应的信号；所述天线阵列中的N2个天线发送所述随机的波束方向对应的信号，所述N1＜所述N2。其中，可选地，N2可以是天线阵列中的全部天线单元的数量。

在该方案中，所有载波信号随机产生的波束方向不仅位于目标波束方向内，而且由于载波信号产生的波束方向是随机的，因此，任意两个不同的载波信号随机产生的波束方向可以是不同的，这样，即使接收端接收不到一个波束方向的载波信号，由于其他载波信号还可以产生其他方向的波束，因此，接收端还可以接收到其他方向的载波信号，降低了丢包率，提高了链路的可靠性。

如图4所示，本发明实施例还提出一种接收信号的方法40，该方法包括：

步骤400：采用接收波束接收发射端发送的经过相位和/或幅度调节的多载波信号，所述多载波信号中的每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与所述接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

步骤410：对接收到的多载波信号进行处理。

本发明实施例中，可选地，所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，和/或所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号。

本发明实施例中，进一步的，采用接收波束接收发射端发送的经过相位和/或幅度调节的多载波信号之前，所述方法还包括：

从不同的方向接收所述发射端发送的参考信号；

向所述发射端发送针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号。

如图5所示，本发明实施例还提出一种接收信号的装置50，包括：

接收单元500，用于采用接收波束接收发射端发送的经过相位和/或幅度调节的多载波信号，所述多载波信号中的每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与所述接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

处理单元510，用于对接收到的多载波信号进行处理。

本发明实施例中，可选地，所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，和/或所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号。

本发明实施例中，可选地，所述接收单元500还用于，从不同的方向接收所述发射端发送的参考信号；

所述装置还包括发送单元520，用于向所述发射端发送针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号。

本发明实施例中，还给出了细化后的波束的方向完全随机和限定在一定方向内的简单的仿真性能对比图，如图6所示。以图2C为例对该图进行说明。图中第一种曲线代表细化后的波束的方向不限定在波束#B所对应的方向内的方案。第二种曲线代表精细化后的产生的方向限定在波束#B所对应的方向内的方案。由图可见，第一种曲线所代表的方案的多个载波信号遭遇了深度衰落，而第二种曲线所代表的方案避免了深度的衰落，并同时提供了发送分集能的功能。

本发明实施例中，还给出了一个细化后的波束的方向限定在一定方向内的方案和对准的波束没有误差的方案的简单的仿真性能对比图，如图7所示。由图可见，在没有波束对准误差时，对准的波束没有误差的方案得到最优的结果。

然而，在波束对准存在误差时，例如图8所示，本发明实施例所提供的方案仍能获得较好的接收增益，而固定波束的方法下的所有子载波均遭受了深度衰落。在一个实际的系统中，波束对准的误差可能会受到多重因素的影响。当一次波束对准存在较大误差时，整个数据包将发生错误接收，而本发明实施例所提供的方案则能通过提升部分子载波的接收功率并配合信道编码技术使得数据包接收成功，降低丢包率，提升链路的可靠性。

在此提供的方法和装置不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的若干模块组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者模块中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个装置实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的装置中的一些或者全部模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (22)

1.一种发送信号的方法，包括：

对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得所述每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

2.如权利要求1所述的方法，向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号，包括：

通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

3.如权利要求2所述的方法，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，包括：

针对所述每一个载波信号，对该载波信号与预编码向量相乘；

其中，所述预编码向量的相位与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关。

4.如权利要求3所述的方法，所述预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

5.如权利要求1所述的方法，向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号，包括：

通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

6.如权利要求5所述的方法，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，包括：

针对每一路基带处理单元的每一个载波信号，对该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号；

对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号；

其中，所述第一预编码向量的相位为单位向量和/或与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关；所述第二预编码向量的相位为所述目标波束方向的中心方向的角度。

7.如权利要求6所述的方法，所述第一预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，若所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节之前，所述方法还包括：

将该载波信号进行复制，得到多路信号；

针对所述多路信号中的每一路信号，将该路信号的相位和/或幅度进行调节。

9.如权利要求1-7中任一项所述的方法，若所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节之前，所述方法还包括：

将该载波信号进行分流，得到多个子路信号；

针对所述多个子路信号中的每一子路信号，将该子路信号的相位和/或幅度进行调节。

10.如权利要求1所述的方法，对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度均进行调节之前，所述方法还包括：

在多个不同的方向向所述接收端发送参考信号；

接收所述接收端发送的针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号，并根据所述反馈信号确定出与所述接收波束初次对准的发射波束。

11.如权利要求1所述的方法，所述一个随机的波束方向对应的波束所覆盖的范围比所述目标波束方向对应的波束所覆盖的范围窄。

12.一种发送信号的装置，包括：

调节单元，用于对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节，使得所述每一个载波信号均在一个目标波束方向内产生一个随机的波束方向，所述目标波束方向为与接收端的接收波束初次对准的发射波束所覆盖的方向；

发送单元，用于向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

13.如权利要求12所述的装置，所述发送单元向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，具体为：

通过数字波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

14.如权利要求13所述的装置，所述调节单元对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节时，具体为：

针对所述每一个载波信号，对该载波信号与预编码向量相乘；

其中，所述预编码向量的相位与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关。

15.如权利要求14所述的装置，所述预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

16.如权利要求12所述的装置，所述发送单元向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号时，具体为：

通过混合波束赋形的天线阵列向所述接收端发送经过调节处理的多载波信号。

17.如权利要求16所述的装置，所述调节单元对待发送的多载波信号中的每一个载波信号的相位和/或幅度进行调节时，具体为：

针对每一路基带处理单元的每一个载波信号，对该载波信号与第一预编码向量相乘，得到第一预编码处理信号；

对所述第一预编码处理信号与第二预编码向量相乘，得到第二预编码处理信号；

其中，所述第一预编码向量的相位为单位向量和/或与所述目标波束方向的中心方向的角度和波束偏移量相关，所述波束偏移量与所述目标波束方向对应的发射波束的宽度和发射端的天线端口数相关；所述第二预编码向量的相位为所述目标波束方向的中心方向的角度。

18.如权利要求17所述的装置，所述第一预编码向量的相位为θ_c-N*θ_o、θ_c-(N-1)*θ_o、......、θ_c-θ_o、θ_c、θ_c+θ_o、......、θ_c+(N-1)*θ_o、θ_c+N*θ_o中的任意一种，其中，所述θ_c为所述目标波束方向的中心方向的角度，所述θ_o为所述波束偏移量，所述N＞0，且为整数。

19.如权利要求12-18中任一项所述的装置，若所述多载波信号中的载波信号为单流数据信号，所述装置还包括复制单元，用于将该载波信号进行复制，得到多路信号；

所述调节单元具体用于，针对所述多路信号中的每一路信号，将该路信号的相位和/或幅度进行调节。

20.如权利要求12-18中任一项所述的装置，若所述多载波信号中的载波信号为多流数据信号，所述装置还包括分流单元，用于将该载波信号进行分流，得到多个子路信号；

所述调节单元具体用于，针对所述多个子路信号中的每一子路信号，将该子路信号的相位和/或幅度进行调节。

21.如权利要求12所述的装置，所述发送单元还用于，在多个不同的方向向所述接收端发送参考信号；

所述装置还包括接收单元和确定单元，其中：

所述接收单元，用于接收所述接收端发送的针对在不同的方向接收到的参考信号的反馈信号；

所述确定单元，用于根据所述反馈信号确定出与所述接收波束初次对准的发射波束。

22.如权利要求12所述的装置，所述一个随机的波束方向对应的波束所覆盖的范围比所述目标波束方向对应的波束所覆盖的范围窄。

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