CN110912600B - 一种通信方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种通信方法、装置、设备及存储介质。该方法包括：基站通过预设信道向用户端发送训练序列；基站接收用户端根据第一信号反馈的预设信道的信道状态信息；基站根据信道状态信息调整波束方向进行通信。本发明实施例提供的通信方法对波束切换时间要求较低，方案实现更为容易，通过信道估计寻找最优波束方向不需要码本，准确度也更高。

Description

一种通信方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种通信方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
波束赋形(Beamforming)又叫波束成型、空域滤波，是一种使用传感器阵列定向发送和接收信号的信号处理技术。波束赋形技术通过调整相位阵列的基本单元的参数，使得某些角度的信号获得相长干涉，而另一些角度的信号获得相消干涉。
目前毫米波通信的波束赋形主要分为数字波束赋形、模拟波束赋形和混合波束赋形。数字波束赋形是通过信道估计来获得信道状态信息，再以最大化系统频谱效率等为准则设计波束赋形矩阵。数字波束赋形需要每根天线都连接一个射频链路，而毫米波通信所使用的是大规模天线阵列，因此需要很大的成本开销和能耗，并且获得信道状态信息需要很大信令反馈开销和实现复杂度。模拟波束赋形通过使用相位调整器来生成定向波束，通过波束搜索找到最优的收发波束。基于码本的波束训练的方法，如协议IEEE 802.15.3c和IEEE 802.11ad，通过穷尽式搜索，找到使得信噪比最大的发送波束和接受波束对来进行通信。模拟波束赋形多根天线只需要一个射频链路，减少了射频链路的开销，但是因为一个射频链路在一个时刻只能产生一个波束，因此同时只能服务一个用户，仅能提供定向增益，且穷尽搜索依赖码本用时较长，准确度受限。混合波束赋形采用数字和模拟波束赋形结合的技术，可以提供空间复用增益和定向增益，同时服务多个用户，但通常仍需要依赖码本。
基于压缩感知的毫米波信道估计，在采用不同的波束赋形矩阵来构造测量矩阵时，需要满足信道是准静态的。但是毫米波小尺度衰落变化较快，并且在相位调整器切换波束赋形矩阵所需要的时间较长以及需要改变的波束赋形矩阵数量较大时，便不能满足实际要求。
发明内容
基于上述问题，本发明实施例提供一种通信方法、装置、设备及存储介质，可以选择比基于码本的波束赋形更优的波束方向。
第一方面，本发明实施例提供了一种通信方法，包括：
基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号；
基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息；
基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信。
第二方面，本发明实施例还提供了一种通信装置，该装置包括：
信号发送模块，用于使基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号；
状态信息接收模块，用于使基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息；
通信模块，用于使基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信。
第三方面，本发明实施例还提供了一种通信设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如前述的通信方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被执行时实现如上述的通信方法。
本发明实施例中，通过基站向用户端发送训练序列以使用户端接收到根据训练序列生成的第一信号，用户端根据第一信号进行信道评估得到信道状态信息，进一步根据信道状态信息调整波束方向进行通信，本实施例提供的通信方法通过对第一信号进行信道评估得到信道状态信息，对波束切换时间要求较低，方案实现更为容易，通过信道估计寻找最优波束方向不需要码本，准确度也更高。
附图说明
图1是本发明实施例一中的通信方法的流程图；
图2是本发明实施例二中的通信方法的流程图；
图3是本发明实施例三中的通信装置的结构示意图；
图4是本发明实施例四种的通信设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
此外，术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种方向、动作、步骤或元件等，但这些方向、动作、步骤或元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个方向、动作、步骤或元件与另一个方向、动作、步骤或元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一波束赋形向量称为第二波束赋形向量，且类似地，可将第二波束赋形向量称为第一波束赋形向量。第一波束赋形向量和第二波束赋形向量两者都是波束赋形向量，但其不是同一波束赋形向量。术语“第一”、“第二”等不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的通信方法流程图，本实施例可适用于基于压缩感知的毫米波通信，可以由基站实施，具体包括如下步骤：
步骤110、基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号。
在本实施例中，为了减少射频链路的开销，通信过程采用的是模拟波束赋形，但是模拟波束赋形需要通过波束搜索的方法来找到最优的波束，即需要基于码本的波束训练方法，如协议IEEE 802.15.3c和IEEE 802.11ad，进行穷尽式搜索，这样找到的最优的波束准确度不高也较为麻烦，因此本实施例中采用信道估计来找到最优的波束进行通信。
本实施例中，在进行通信前需要通过预设信道由基站向用户端发送用于进行信道估计的训练序列，用户端接收到的第一信号是基于基站发送的训练序列、作用于基站的波束赋形向量和作用于用户端的波束赋形向量等参数得到的，具体的，第一信号满足如下公式：
Figure BDA0002303225080000051
式中，
Figure BDA0002303225080000052
为当基站和用户端采用第m组波束赋形向量时，用户端接收到的第n个第一信号，ρ为平均接收功率，w(m)为第m个作用于用户端的第一波束赋形向量，[w(m)]H中的上角标H为一矩阵运算符号，表示对原矩阵求其共轭转置矩阵，f(m)为第m个作用于基站的第二波束赋形向量，/>
Figure BDA0002303225080000053
为信道矩阵，s为基站发送的训练序列，WH表示对W求共轭转置，/>
Figure BDA0002303225080000054
为噪声向量。即基站向用户端发送的是训练序列，经第一波束赋形向量、预设信道在相应时刻的信道矩阵、第二波束赋形向量以及噪声作用后成为第一信号由用户端接收。
步骤120、基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息。
本实施例中，用户端接收到第一信号后，需要基于第一信号进行信道估计，得到用于发送第一信号的预设信道的信道状态信息。
根据上述第一信号所满足的公式可以确定和预设信道相关的是信道矩阵
Figure BDA0002303225080000055
而根据信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000056
可以确定其对应的角度域信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000057
毫米波信道在角度域的信道矩阵Hv是稀疏的(信道矩阵为H则对应的角度域信号矩阵为Hv)，并且其元素的分布的均值为零，根据角度域信道矩阵Hv可以确定一个由其元素的方差所构成的第一稀疏矩阵Σ，具体满足如下公式：
Figure BDA0002303225080000058
其中Σ表示角度域信道矩阵Hv元素的方差构成的第一稀疏矩阵，Σi,j表示第一稀疏矩阵Σ中的元素。
第一稀疏矩阵Σ中的元素的大小体现的是预设信道自基站到用户端在空间中不同离开角方向和到达角方向的信道增益，这可以作为进行波束赋形的参考，用户端将其作为信道状态信息反馈给基站以便基站进行波束赋形。
步骤130、基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信。
本实施例中，基站接收到用户端反馈的信道状态信息后可以根据信道状态信息判断信道增益最大的方向，并尽可能的调整波束方向与信道增益最大的方向接近来进行通信以提升通信质量。
具体的，在一些实施例中，步骤S120中的所述信道状态信息包括信号自基站到用户端在空间中不同离开角方向和到达角方向的信道增益，步骤S130中基站根据所述空间中不同离开角方向和到达角方向的信道增益，选择与信道增益最大的第一波束方向与用户端进行通信。
本实施例的技术方案，通过基站向用户端发送训练序列以使用户端接收到根据训练序列生成的第一信号，用户端根据第一信号进行信道评估得到信道状态信息，进一步根据信道状态信息调整波束方向进行通信，本实施例提供的通信方法通过对第一信号的多次测量进行信道评估得到信道状态信息，不需要信道是准静态的，对测量环境要求不高，并且对波束切换时间要求较低，方案实现更为容易，通过信道估计寻找最优波束方向不需要码本，准确度也更高。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的通信方法的流程图，本实施例在实施例一的基础上，示例性的进一步对步骤S120中用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的状态信息进行了详细的解释，具体如下，包括步骤S210-S240：
步骤S210、采集根据多组第一波束赋形向量、第二波束赋形向量和多个信道矩阵得到的M×N个第一信号，分为M组，每组N个，M组第一信号每组分别采用不同第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得，第m组的N个第一信号为采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得。
在进行通信前需要通过预设信道由基站向用户端发送用于进行信道估计的训练序列，用户端接收到的第一信号是由基站发送的训练序列经作用于基站的波束赋形向量、预设信道的信道矩阵、作用于用户端的波束赋形向量、路径损耗、噪声产生的。假设基站和用户端共采用了M组不同的波束赋形向量，对于每组波束赋形向量基站共发送了N个训练序列，用户端共接收到M×N个第一信号。在对第m组的第n第第一信号进行测量时，信道矩阵
Figure BDA0002303225080000071
可以有多种，只需要满足其对应的角度域信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000072
的各元素分布不变，即角度域信道矩阵的各元素满足均值为0，方差为定值的复高斯分布。具体的，当基站和用户端采用第m(1≤m≤M)组波束赋形向量时，用户端接收到的第n(1≤n≤N)个第一信号满足如下公式：
Figure BDA0002303225080000073
其中，
Figure BDA0002303225080000074
为当基站和用户端采用第m组波束赋形向量时，用户端接收到的第n个第一信号，w(m)为第m个作用于用户端的第一波束赋形向量，f(m)为第m个作用于基站的第二波束赋形向量，/>
Figure BDA0002303225080000075
为信道矩阵，s为基站发送的训练序列，/>
Figure BDA0002303225080000076
为噪声向量。
引入实施例一中关于信道矩阵
Figure BDA0002303225080000077
对应的角度域信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000078
对上式进行转换：
Figure BDA0002303225080000081
其中，
Figure BDA0002303225080000082
w(m)表示第m个第一波束赋形向量。
步骤S220、对采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得的N个第一信号的测量值模的平方求期望得到第一期望值，根据采用不同的第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得测得的M组第一信号得到M个第一期望值。
在相同的波束赋形向量下，对得到的第一信号的测量值模的平方求期望得到第一期望值满足下式：
Figure BDA0002303225080000083
上式中，z(m)为第一期望值，
Figure BDA0002303225080000084
为第一信号的测量值模,w(m)为第一波束赋形向量，α(m)和β(m)为所述信道矩阵对应的角度域信道矩阵的部分参数。
根据上式进行移项，并将矩阵相乘的形式转化为Kronecker积的形式以引入向量化的第一矩阵,
Figure BDA0002303225080000085
其中w(m)表示第m个第一波束赋形向量，z(m)表示第m组波束赋形向量下对应的第一期望值，Σ表示第一矩阵，vec(Σ)表示向量化的第一矩阵，α(m)和β(m)为第m组波束赋形向量下所述信道矩阵对应的角度域信道矩阵的部分参数，
Figure BDA0002303225080000086
步骤S230、将所述M个第一期望值叠加为向量，通过压缩感知理论的算法重构得到第一矩阵。
本实施例中，基于M组波束赋形向量对应的M×N个第一信号获取到M个第一期望值之后，将所述M个第一期望值叠加为向量，化为压缩感知的标准数学模型y＝Ax的形式得：
Figure BDA0002303225080000091
，其中，z(M)表示第M组第一波束赋形向量和第二波束赋形向量对应的第一期望值，w(M)表示第M个第一波束赋形向量，Σ表示第一矩阵，vec(Σ)表示向量化的所述第一矩阵。
由于vec(Σ)表示的是向量化的第一矩阵，无法从中反应出需要的信道状态信息，因此还需要根据向量化的所述第一矩阵通过压缩感知理论中的正交匹配追踪(OMP)、压缩采样匹配追踪(CoSaMP)等算法进行重构得到第一矩阵。
步骤S240、根据所述第一矩阵中的元素确定所述信道状态信息。
获取第一矩阵Σ后，因为第一矩阵Σ中元素的大小体现的是基于预设信道在空间中不同离开角和到达角方向的信道增益，也就是说所述信道状态信息包括信号自基站到用户端在空间中不同离开角方向和到达角方向的信道增益，因此可以作为进行波束赋形的参考，选择与信道增益最大的方向最接近(一般选择最接近，也可以设置预设规则进行选择)的波束方向来进行通信，此处所指的最接近是指波数调整器能够调整到的方向范围内最接近信道增益最大方向。
本实施例的技术方案提供的通信方法，进一步解释了根据第一信号进行信道估计获取信道状态信息的过程，在进行信道估计时，根据多次测量得到的第一信号进行信道估计得到信道的统计特性，因此不需要信道是准静态的，其对波束切换时间也没有很高的要求，因此在寻找合适的波束方向是准确度有所提高，系统实施难度降低，方案适应性好。
实施例三
图3所示为本发明实施例三提供的通信装置的结构示意图，本实施例基于压缩感知的毫米波信通信，可以设置于基站中，该通信装置的具体结构如下：
信号发送模块310，用于使基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号。
在本实施例中，为了减少射频链路的开销通信过程采用的是模拟波束赋形，但是模拟波束赋形需要通过波束搜索的方法来找到最优的波束，即需要基于码本的波束训练方法，如协议IEEE 802.15.3c和IEEE 802.11ad，进行穷尽搜索，这样找到的最优的波束准确度不高也较为麻烦，因此本实施例中采用信道估计来找到最优的波束进行通信。
本实施例中，在进行通信前需要通过预设信道由基站向用户端发送用于进行信道估计的训练序列，用户端接收到的第一信号是基于基站发送的训练序列、作用于基站的波束赋形向量和作用于用户端的波束赋形向量等参数生成的，具体的，第一信号满足如下公式：
Figure BDA0002303225080000101
式中，
Figure BDA0002303225080000102
为当基站和用户端采用第m组波束赋形向量时，用户端接收到的第n个第一信号，w(m)为作用于用户端的第一波束赋形向量，f(m)为作用于基站的第二波束赋形向量，/>
Figure BDA0002303225080000103
为信道矩阵，s为基站发送的训练序列，/>
Figure BDA0002303225080000104
为噪声向量。即基站向用户端发送的是训练序列，经第一波束赋形向量、预设信道在相应时刻的信道矩阵、第二波束赋形向量以及噪声作用后成为第一信号由用户端接收。
状态信息接收模块320，用于使基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息。
本实施例中，用户端接收到第一信号后，需要基于第一信号进行信道估计，得到用于发送第一信号的预设信道的信道状态信息。
根据上述第一信号所满足的公式可以确定和预设信道相关的是信道矩阵
Figure BDA0002303225080000111
而根据信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000112
可以确定其对应在角度域的信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000113
毫米波信道在角度域的信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000114
是稀疏的，并且其元素的分布的均值为零，根据角度域信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000115
可以确定一个由其元素的方差所构成的第一稀疏矩阵Σ，具体满足如下公式：
Figure BDA0002303225080000116
其中Σ表示角度域信道矩阵Hv元素的方差构成的第一稀疏矩阵，Σi,j表示第一稀疏矩阵Σ中的元素。
第一稀疏矩阵Σ中的元素的大小体现的是预设信道自基站到用户端在空间中不同离开角方向和到达角方向的信道增益，这可以作为进行波束赋形的参考，用户端将其作为信道状态信息反馈给基站以便基站进行波束赋形。
更具体的，在一些实施例中，还包括配置于用户端的通信装置，包括：
信号接收模块，用于采集根据多组第一波束赋形向量、第二波束赋形向量和多个信道矩阵得到的M×N个第一信号，分为M组，每组N个，M组第一信号每组分别采用不同第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得，第m组的N个第一信号为采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得。
与前述信号发送模块相同的，第一信号应当满足下式：
Figure BDA0002303225080000121
其中，
Figure BDA0002303225080000122
为当基站和用户端采用第m组波束赋形向量时，用户端接收到的第n个第一信号，w(m)为作用于用户端的第一波束赋形向量，f(m)为作用于基站的第二波束赋形向量，/>
Figure BDA0002303225080000123
为信道矩阵，s为基站发送的训练序列，/>
Figure BDA0002303225080000124
为噪声向量。
引入关于信道矩阵
Figure BDA0002303225080000125
对应的角度域信道矩阵/>
Figure BDA0002303225080000126
对上式进行转换：
Figure BDA0002303225080000127
当采用不同的第一波束赋形向量时，w(m)表示第m个第一波束赋形向量。
第一期望值获取模块，用于对采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得的N个第一信号的测量值模的平方求期望得到第一期望值，根据采用不同的第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得测得的M组第一信号得到M个第一期望值。
在相同波束赋形向量下，对第一信号的测量值模的平方求期望得到第一期望值满足下式:
Figure BDA0002303225080000128
上式中，z(m)为第一期望值，ρ为平均接收功率，
Figure BDA0002303225080000129
为第一信号,w(m)为第一波束赋形向量，α(m)和β(m)为所述信道矩阵对应的角度域信道矩阵的部分参数，
Figure BDA00023032250800001210
Σ为第一矩阵。
根据上式和不同波束赋形向量对应的第一信号，基于上式转换得到：
Figure BDA00023032250800001211
其中w(m)表示第m个第一波束赋形向量，z(m)表示第m个第一波束赋形向量下对应的第一期望值，Σ表示第一矩阵，vec(Σ)表示向量化的第一矩阵，α(m)和β(m)为第m个第一波束赋形向量下所述信道矩阵对应的角度域信道矩阵的部分参数。
第一矩阵确定模块，用于将所述M个第一期望值叠加为向量，通过压缩感知理论的算法重构得到第一矩阵。
一些实施例中，基于多个第一波束赋形向量对应的多个第一信号获取到多个第一期望值之后，通过将所述M个第一期望值叠加为向量，化为压缩感知的标准数学模型y＝Ax的形式，得到：
Figure BDA0002303225080000131
其中，z(M)表示第M组第一波束赋形向量和第二波束赋形向量对应的第一期望值，w(M)表示第M个第一波束赋形向量，Σ表示第一矩阵，vec(Σ)表示向量化的所述第一矩阵。
由于vec(Σ)表示的是向量化的第一矩阵，无法从中反应出需要的信道状态信息，因此还需要根据向量化的所述第一矩阵通过压缩感知理论中的正交匹配追踪(OMP)、压缩采样匹配追踪(CoSaMP)等算法进行重构得到第一矩阵。
状态信息确定模块，用于根据所述第一矩阵中的元素确定所述信道状态信息。
获取第一矩阵Σ后，因为第一矩阵Σ中元素的大小体现的是基于预设信道在空间中不同离开角和到达角方向的信道增益，因此可以作为进行波束赋形的参考，选择与信道增益最大的方向最接近(一般选择最接近，也可以设置预设规则进行选择)的波束方向来进行通信，此处所指的最接近是指波数调整器能够调整到的方向范围内最接近信道增益最大方向。
通信模块330，用于使基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信。
本实施例中，基站接收到用户端反馈的信道状态信息后可以根据信道状态信息判断信道增益最大的方向，并尽可能的调整波束方向与信道增益最大的方向接近来进行通信以提升通信质量。
本实施例的技术方案中，通过基站向用户端发送第一信号以使用户端进行信道估计，并能够根据第一信号进行信道评估得到信道状态信息，进一步根据信道状态信息调整波束方向进行通信，本实施例提供的通信方法通过对第一信号的多次测量进行信道评估得到信道状态信息，不需要信道是准静态的，对测量环境要求不高，并且对波束切换时间要求较低，方案实现更为容易，通过信道估计寻找最优波束方向不需要码本，准确度也更高，在进行信道估计时，根据多次测量得到的第一信号进行信道估计得到信道的统计特性，因此不需要信道是准静态的，其对波束切换时间也没有很高的要求，因此在寻找合适的波束方向时准确度有所提高，系统实施难度降低，方案适应性好。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的一种通信设备400的结构示意图，如图4所示，该种通信设备包括存储器410、处理器420，通信设备中处理器420的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器420为例；通信设备中的存储器410、处理器420可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
存储器410作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的通信方法对应的程序指令/模块(例如，通信装置中的信号发送模块310、状态信息接收模块320、通信模块330)。处理器420通过运行存储在存储器410中的软件程序、指令以及模块，从而执行通信设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的通信方法。
其中，所述处理器420用于运行存储在存储器410中的计算机可执行程序，以实现如下步骤：S1、基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号；S2、基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息；S3、基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信。
当然,本发明实施例所提供的一种通信设备,该通信设备不限于如上所述的方法操作,还可以执行本发明实施例任意实施例所提供的通信方法中的相关操作。
存储器410可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器410可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器410可进一步包括相对于处理器420远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至通信设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
上述设备可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
实施例五
本发明实施例六还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所有发明实施例提供的通信方法：
基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号；
基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息；
基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信。
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种通信方法，其特征在于，包括：
基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号；
基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息；
基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信；
其中，所述第一信号满足如下公式：
Figure FDA0004175815520000011
式中，
Figure FDA0004175815520000012
为当基站和用户端采用第m组波束赋形向量时，用户端接收到的第n个第一信号，ρ为平均接收功率，w(m)为第m个作用于用户端的第一波束赋形向量，[w(m)]H中的上角标H为一矩阵运算符号，表示对原矩阵求其共轭转置矩阵，f(m)为第m个作用于基站的第二波束赋形向量，/>
Figure FDA0004175815520000013
为信道矩阵，s为基站发送的训练序列，WH表示对W求共轭转置，/>
Figure FDA0004175815520000014
为噪声向量；
其中，所述用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息，包括：
采集根据多组第一波束赋形向量、第二波束赋形向量和多个信道矩阵得到的M×N个第一信号，分为M组，每组N个，M组第一信号每组分别采用不同第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得，第m组的N个第一信号为采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得；
对采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得的N个第一信号的测量值模的平方求期望得到第一期望值，根据采用不同的第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得测得的M组第一信号得到M个第一期望值；
将所述M个第一期望值叠加为向量，通过压缩感知理论的算法重构得到第一矩阵；
根据所述第一矩阵中的元素确定所述信道状态信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得的N个第一信号的测量值模的平方求期望得到第一期望值包括：
Figure FDA0004175815520000021
上式中，z(m)为第一期望值，ρ为平均接收功率，
Figure FDA0004175815520000022
为第一信号,w(m)为第一波束赋形向量，α(m)和β(m)为所述信道矩阵对应的角度域信道矩阵的部分参数，Σ为第一矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述M个第一期望值叠加为向量，通过压缩感知理论的算法重构得到第一矩阵，包括：
将所述M个第一期望值叠加为向量，化为压缩感知的标准数学模型y＝Ax的形式得到
Figure FDA0004175815520000023
其中，z(M)表示第M组第一波束赋形向量和第二波束赋形向量对应的第一期望值，w(M)表示第M个第一波束赋形向量，Σ表示第一矩阵，vec(Σ)表示向量化的所述第一矩阵；
根据向量化的所述第一矩阵通过压缩感知理论中的预设算法进行重构得到第一矩阵。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信道状态信息包括信号自基站到用户端在空间中不同离开角方向和到达角方向的信道增益。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信包括：
基站根据所述空间中不同离开角方向和到达角方向的信道增益，选择与信道增益最大的第一波束方向与用户端进行通信。
6.一种通信装置，其特征在于，包括：
信号发送模块，用于使基站通过预设信道向用户端发送训练序列，以使用户端得到根据所述训练序列生成的第一信号；
状态信息接收模块，用于使基站接收用户端根据所述第一信号反馈的所述预设信道的信道状态信息；
通信模块，用于使基站根据所述信道状态信息调整波束方向进行通信；
其中，所述第一信号满足如下公式：
Figure FDA0004175815520000031
式中，
Figure FDA0004175815520000032
为当基站和用户端采用第m组波束赋形向量时，用户端接收到的第n个第一信号，ρ为平均接收功率，w(m)为第m个作用于用户端的第一波束赋形向量，[w(m)]H中的上角标H为一矩阵运算符号，表示对原矩阵求其共轭转置矩阵，f(m)为第m个作用于基站的第二波束赋形向量，/>
Figure FDA0004175815520000033
为信道矩阵，s为基站发送的训练序列，WH表示对W求共轭转置，/>
Figure FDA0004175815520000034
为噪声向量；
信号接收模块，用于采集根据多组第一波束赋形向量、第二波束赋形向量和多个信道矩阵得到的M×N个第一信号，分为M组，每组N个，M组第一信号每组分别采用不同第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得，第m组的N个第一信号为采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得；
第一期望值获取模块，用于对采用相同第一波束赋形向量和相同第二波束赋形向量时测得的N个第一信号的测量值模的平方求期望得到第一期望值，根据采用不同的第一波束赋形向量和不同第二波束赋形向量测得测得的M组第一信号得到M个第一期望值；
第一矩阵确定模块，用于将所述M个第一期望值叠加为向量，通过压缩感知理论的算法重构得到第一矩阵；
状态信息确定模块，用于根据所述第一矩阵中的元素确定所述信道状态信息。
7.一种通信设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在处理器运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-5任意一项所述的通信方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的通信方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101932096A (zh) * 2009-06-24 2010-12-29 中兴通讯股份有限公司 多用户多输入多输出模式下层映射信息的通知方法和系统
WO2017118077A1 (zh) * 2016-01-04 2017-07-13 中兴通讯股份有限公司 多输入多输出mimo的处理方法及装置
CN107666339A (zh) * 2016-07-27 2018-02-06 上海诺基亚贝尔股份有限公司 一种发送信道状态信息的方法和设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8116819B2 (en) * 2008-12-31 2012-02-14 Intel Corporation Arrangements for beam refinement in a wireless network

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101932096A (zh) * 2009-06-24 2010-12-29 中兴通讯股份有限公司 多用户多输入多输出模式下层映射信息的通知方法和系统
WO2017118077A1 (zh) * 2016-01-04 2017-07-13 中兴通讯股份有限公司 多输入多输出mimo的处理方法及装置
CN107666339A (zh) * 2016-07-27 2018-02-06 上海诺基亚贝尔股份有限公司 一种发送信道状态信息的方法和设备

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"毫米波无线通信系统混合波束成形综述";束锋等;《数据采集与处理》;20170515;全文 *

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