CN113765550B - 通信方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种通信方法及相关装置，该方法包括：终端设备在第一波束方向上向网络设备发送第一OAM参考信号；终端设备接收来自网络设备的第一指示信息，该第一指示信息中包括第二波束方向；终端设备在指定的第二波束方向上向网络设备发送第二OAM参考信号；终端设备接收来自网络设备的第二指示信息，该第二指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第二指示信息用于确定传输方式为涡旋波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。本申请实施例在发送端基于OAM主动构造出空间域的独立不相关性，增大移动场景中信道矩阵的秩，提升无线通信的频谱效率。

Description

通信方法及相关装置
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种通信方法及相关装置。
背景技术
多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)是一种收发两端通过部署多根天线以便利用空间域维度资源的经典方法。通常，MIMO算法假设承载信号的电磁波在无线信道传播过程中存在非常丰富的多径反射、散射、衍射现象，进而保证收发两端的天线阵子对之间产生数量足够多的独立不相关的子信道。
在空旷的视距直达(line-of-sight，LOS)传播环境中，无线信道中不存在足够丰富的多径反射、散射、或衍射现象。例如大型商场、阶梯教室或大型礼堂等，超大规模孔径阵列(extra large aperture array,ELAA)或可重构智能表面(reconfigurableintelligent surface,RIS)通常是挂在建筑物的天花板上或墙上的大型天线阵列。当障碍物较少、空间较空旷的时候，平面电磁波在空间传播过程，通常通过直射和/或少量地面反射从发送端传播到接收端，即接收端接收到的平面电磁波一般是直射波与少量地面反射波的合成波。因此，在空旷的LOS传播环境下，基于平面电磁波的空间紧邻的两个天线阵子的信道响应差异性很小，难以生成适合MIMO算法所需要的多路独立不相关的子信道。换句话说，ELAA(和/或RIS)与终端在空旷的LOS传播环境中通信所产生的信道矩阵的秩较小，无法充分利用无线信道的空间域自由度，从而导致实际达到的频谱效率比理论最优的频谱效率低。
目前，LOS-MIMO技术的发送端将要发送的数据信号分成多路数据流，并通过空时映射将多路数据流映射到多个天线上进行发送；接收端将各个天线上接收到的信号进行空时译码，即利用每一路信号到达接收端天线的路径差来产生信号相位差，实现干扰信道抵消和数据信号合成，从而提升信号增益和信道容量。但是，由于LOS-MIMO技术的发送端或接收端的相邻天线阵子的间距必须满足瑞利距离
Figure BDA0002523248130000011
(其中d表示天线阵子的间距，D表示收发两端的链路距离，c表示光速，f表示载波频率)，才能实现多路信号的相互抵消，完成多路信号传输。所以，当用户终端的位置因移动而发生变化时，收发两端的链路距离也随之发生改变，天线阵子的间距也需要相应的变化才能维持干扰信道相互抵消和数据信号合成。然而，当物理天线阵列(如ELAA或RIS)被制造出厂和安装固定以后，天线阵子的间距是难以动态调整的。因此，LOS-MIMO技术不适用于移动场景中，即当用户终端移动到不同位置时，LOS-MIMO的信道矩阵的秩忽大忽小，导致LOS-MIMO的频谱效率存在较大的性能损失。
发明内容
本申请实施例提供一种方法通信方法及相关装置，通过多个携带OAM的探测信号进行多次信道测量，并根据多次信道测量得到的信道响应特征来确定发送端的数据是否采用OAM波传输，可以不依赖周边环境产生的多径反射、散射和衍射的空间域独立不相关性，在发送端基于OAM主动构造出空间域的独立不相关性，增大移动场景中信道矩阵的秩，提升无线通信的频谱效率。
下面从不同的方面介绍本申请，应理解的是，下面的不同方面的实施方式和有益效果可以互相参考。
第一方面，本申请实施例提供一种通信方法，应用于第一通信装置中，该第一通信装置可以为上行通信的终端设备。该通信方法包括：终端设备在第一波束方向上向网络设备发送第一OAM参考信号；终端设备接收来自网络设备的第一指示信息，该第一指示信息中包括第二波束方向；终端设备在指定的第二波束方向上向网络设备发送第二OAM参考信号；终端设备接收来自网络设备的第二指示信息，该第二指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第二指示信息用于确定传输方式为涡旋波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
其中，第一OAM参考信号承载于第一波束上，第一波束为圆极化波束与OAM波束的复合波束，第一OAM参考信号可以用于确定第一OAM参考信号的传播轴心所在的第一空间位置，第一空间位置用于从第一波束方向中确定出第二波束方向。第二OAM参考信号承载于第二波束上，第二波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。该第二OAM参考信号用于确定天线信息和该第二OAM参考信号的第二信道响应，该第二信道响应和该天线信息用于确定第二指示信息。
可选的，传输方式也可以指MIMO和OAM的联合收发方式，如MIMO发送和MIMO接收，OAM发送和OAM接收，OAM发送和MIMO+OAM联合接收，MIMO+OAM联合发送和MIMO+OAM联合接收。
结合第一方面，在一种可能的设计中，终端设备在第一波束方向上向网络设备发送第一OAM参考信号之前，该方法还包括：终端设备可以在多个波束方向上向网络设备发送多个不携带OAM的探测参考信号；终端设备接收来自网络设备的第三指示信息，该第三指示信息中包括上述第一波束方向和圆极化方向。
其中，上述多个波束方向均不相同，一个探测参考信号对应一个波束方向，该探测参考信号用于确定该探测参考信号的第一信道响应，该第一信道响应用于从多个波束方向中确定出第一波束方向。上述圆极化波束的圆极化方向为第三指示信息指示的圆极化方向。
本方案通过携带和不携带OAM的多个探测信号进行多次信道测量，并通过携带圆极化OAM的探测信号估计OAM的传播轴心位置并选择波束方向；再根据探测信号的信道响应特征选择MIMO与OAM的联合发送和接收组合方式；最后通过收发两端之间交互的控制信令进行OAM模态和功率因子的协商配置。可以不依赖周边环境产生的多径反射、散射和衍射的空间域独立不相关性，在发送端基于OAM主动构造出空间域的独立不相关性，增大移动场景中信道矩阵的秩，提升无线通信的频谱效率。
结合第一方面，在一种可能的设计中，终端设备接收来自网络设备的第二指示信息之前，该方法还包括：终端设备从网络设备接收联合收发请求，该联合收发请求用于请求采用第一收发方式收发数据；终端设备针对该联合收发请求向该网络设备反馈联合收发响应，该联合收发响应用于同意或拒绝采用该第一收发方式收发数据。
结合第一方面，在一种可能的设计中，终端设备针对该联合收发请求向该网络设备反馈联合收发响应之后，该方法还包括：终端设备接收来自网络设备的联合收发确认信息，该联合收发确认信息用于确认该联合收发响应。
其中，第一收发方式可以为上述传输方式，即MIMO和OAM的联合收发方式。
本申请实施例通过MIMO和OAM联合收发方式协商过程，实现收发两端的通信模块的配置，可以支持不同无线信道环境下采用不同的收发方式收发数据，提高通信质量。
结合第一方面，在一种可能的设计中，终端设备接收来自网络设备的第二指示信息之后，该方法还包括：终端设备可以根据第二指示信息指示的OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息生成数据信号，并可以通过物理上行共享信道向网络设备发送该数据信号。
结合第一方面，在一种可能的设计中，上述第二指示信息还包括秩指示信息和预编码矩阵指示信息。
结合第一方面，在一种可能的设计中，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和所述OAM模态参数中的每个OAM模态对应的功率参数。
第二方面，本申请实施例提供一种通信方法，应用于第二通信装置中，该第二通信装置可以为上行通信的网络设备。该通信方法包括：网络设备接收来自终端设备的第一波束方向上的第一OAM参考信号；网络设备向终端设备发送第一指示信息，该第一指示信息中包括第二波束方向；网络设备接收来自终端设备的第二波束方向上的第二OAM参考信号；网络设备向终端设备发送第二指示信息，该第二指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第二指示信息用于确定传输方式为涡旋波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
其中，第一OAM参考信号承载于第一波束上，第一波束为圆极化波束与OAM波束的复合波束，第一OAM参考信号可以用于确定第一OAM参考信号的传播轴心所在的第一空间位置，第一空间位置用于从第一波束方向中确定出第二波束方向。第二OAM参考信号承载于第二波束上，第二波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。该第二OAM参考信号用于确定天线信息和该第二OAM参考信号的第二信道响应，该第二信道响应和该天线信息用于确定第二指示信息。
可选的，传输方式也可以指MIMO和OAM的联合收发方式，如MIMO发送和MIMO接收，OAM发送和OAM接收，OAM发送和MIMO+OAM联合接收，MIMO+OAM联合发送和MIMO+OAM联合接收。
结合第二方面，在一种可能的设计中，网络设备接收来自终端设备的第一波束方向上的第一OAM参考信号之前，该方法还包括：网络设备接收来自终端设备的多个波束方向上的多个探测参考信号；网络设备向终端设备发送第三指示信息，该第三指示信息中包括上述第一波束方向和圆极化方向。
其中，上述多个波束方向均不相同，一个探测参考信号对应一个波束方向，该探测参考信号用于确定该探测参考信号的第一信道响应，该第一信道响应用于从多个波束方向中确定出第一波束方向。上述圆极化波束的圆极化方向为第三指示信息指示的圆极化方向。
结合第二方面，在一种可能的设计中，网络设备向终端设备发送第二指示信息之前，该方法还包括：网络设备向终端设备发送联合收发请求，该联合收发请求用于请求采用第一收发方式收发数据；网络设备接收来自终端设备的联合收发响应，该联合收发响应用于同意或拒绝采用该第一收发方式收发数据。
结合第二方面，在一种可能的设计中，网络设备接收来自终端设备的联合收发响应之后，该方法还包括：网络设备向终端设备发送联合收发确认信息，该联合收发确认信息用于确认上述联合收发响应。
其中，第一收发方式可以为上述传输方式，即MIMO和OAM的联合收发方式。
结合第二方面，在一种可能的设计中，网络设备向终端设备发送该第二指示信息之后，该方法还包括：网络设备根据上述接收天线信息从终端设备接收数据信号。
结合第二方面，在一种可能的设计中，上述第二指示信息还包括秩指示信息和预编码矩阵指示信息。
结合第二方面，在一种可能的设计中，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和所述OAM模态参数中的每个OAM模态对应的功率参数。
第三方面，本申请实施例提供一种通信方法，应用于第二通信装置中，该第二通信装置可以为下行通信的网络设备。该通信方法包括：网络设备在第三波束方向上向终端设备发送第三OAM参考信号；网络设备接收来自终端设备的第四指示信息，该第四指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第四指示信息用于确定传输方式为涡旋波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
其中，第三OAM参考信号用于确定第三OAM参考信号的第三信道响应，该第三信道响应用于确定第四指示信息。该第三OAM参考信号承载于第三波束上，该第三波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
可选的，传输方式也可以指MIMO和OAM的联合收发方式，如MIMO发送和MIMO接收，OAM发送和OAM接收，OAM发送和MIMO+OAM联合接收，MIMO+OAM联合发送和MIMO+OAM联合接收。
结合第三方面，在一种可能的设计中，网络设备在第三波束方向上向终端设备发送第三OAM参考信号之前，该方法还包括：网络设备在多个波束方向上向终端设备发送多个信道状态信息参考信号；网络设备接收来自终端设备的第五指示信息，该第五指示信息中包括上述第三波束方向。
其中，上述多个波束方向均不相同，一个信道状态信息参考信号对应一个波束方向，该信道状态信息参考信号用于确定该信道状态信息参考信号的第四信道响应，该第四信道响应用于从多个波束方向中确定出第三波束方向。
结合第三方面，在一种可能的设计中，上述第五指示信息还包括上述每个信道状态信息参考信号对应的层一参考信号接收功率，该层一参考信号接收功率用于确定网络设备传输数据时所使用的功率。
结合第三方面，在一种可能的设计中，网络设备从终端设备接收该第四指示信息之前，该方法还包括：网络设备接收来自终端设备的联合收发请求，该联合收发请求用于请求采用第一收发方式收发数据；网络设备针对该联合收发请求向终端设备反馈联合收发响应，该联合收发响应用于同意或拒绝采用该第一收发方式收发数据。
结合第三方面，在一种可能的设计中，网络设备针对该联合收发请求向终端设备反馈联合收发响应之后，该方法还包括：网络设备从终端设备接收联合收发确认信息，该联合收发确认信息用于确认该联合收发响应。
其中，第一收发方式可以为上述传输方式，即MIMO和OAM的联合收发方式。
结合第三方面，在一种可能的设计中，网络设备从终端设备接收该第四指示信息之后，该方法还包括：网络设备根据上述第四指示信息指示的OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息生成数据信号，并通过物理下行共享信道向终端设备发送该数据信号。
结合第三方面，在一种可能的设计中，上述第四指示信息还包括秩指示信息和预编码矩阵指示信息。
结合第三方面，在一种可能的设计中，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和该OAM模态参数中的每个OAM模态对应的功率参数。
第四方面，本申请实施例提供一种通信方法，应用于第一通信装置中，第一通信装置可以为下行通信的终端设备。该通信方法包括：终端设备接收来自网络设备的第三波束方向上的第三OAM参考信号；终端设备向网络设备发送该第四指示信息，该第四指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第四指示信息用于确定传输方式为OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
其中，第三OAM参考信号用于确定第三OAM参考信号的第三信道响应，该第三信道响应用于确定第四指示信息。该第三OAM参考信号承载于第三波束上，该第三波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
可选的，传输方式也可以指MIMO和OAM的联合收发方式，如MIMO发送和MIMO接收，OAM发送和OAM接收，OAM发送和MIMO+OAM联合接收，MIMO+OAM联合发送和MIMO+OAM联合接收。
结合第四方面，在一种可能的设计中，终端设备从网络设备接收第三波束方向上的第三OAM参考信号之前，该方法还包括：终端设备接收来自网络设备的多个信道状态信息参考信号；终端设备向网络设备发送第五指示信息，该第五指示信息中包括该第三波束方向。
其中，上述多个波束方向均不相同，一个信道状态信息参考信号对应一个波束方向，该信道状态信息参考信号用于确定该信道状态信息参考信号的第四信道响应，该第四信道响应用于从多个波束方向中确定出第三波束方向。
结合第四方面，在一种可能的设计中，上述第五指示信息还包括上述每个信道状态信息参考信号对应的层一参考信号接收功率，该层一参考信号接收功率用于确定网络设备传输数据时所使用的功率。
结合第四方面，在一种可能的设计中，终端设备向网络设备发送上述第四指示信息之前，该方法还包括：终端设备向网络设备发送联合收发请求，该联合收发请求用于请求采用第一收发方式收发数据；终端设备接收来自网络设备的联合收发响应，该联合收发响应用于同意或拒绝采用该第一收发方式收发数据。
结合第四方面，在一种可能的设计中，终端设备接收来自网络设备的联合收发响应之后，该方法还包括：终端设备向网络设备发送联合收发确认信息，该联合收发确认信息用于确认该联合收发响应。
其中，第一收发方式可以为上述传输方式，即MIMO和OAM的联合收发方式。
结合第四方面，在一种可能的设计中，终端设备向网络设备发送第五指示信息之后，该方法还包括：终端设备从网络设备接收数据信号。
结合第四方面，在一种可能的设计中，上述第四指示信息还包括秩指示信息和预编码矩阵指示信息。
结合第四方面，在一种可能的设计中，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和该OAM模态参数中的每个OAM模态对应的功率参数。
第五方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置可以为终端设备或可用于设置于终端设备中的芯片或电路，该通信装置包括用于执行上述第一方面和/或第一方面的任意一种可能的实现方式所提供的通信方法的单元和/或模块，因此也能实现第一方面提供的通信方法所具备的有益效果(或优点)。
第六方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置可以为网络设备或可用于设置于网络设备中的芯片或电路，该通信装置包括用于执行上述第二方面和/或第二方面的任意一种可能的实现方式所提供的通信方法的单元和/或模块，因此也能实现第二方面提供的通信方法所具备的有益效果(或优点)。
第七方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置可以为网络设备或可用于设置于网络设备中的芯片或电路，该通信装置包括用于执行上述第三方面和/或第三方面的任意一种可能的实现方式所提供的通信方法的单元和/或模块，因此也能实现第三方面提供的通信方法所具备的有益效果(或优点)。
第八方面，本申请实施例提供一种通信装置，该通信装置可以为终端设备或可用于设置于终端设备中的芯片或电路，该通信装置包括用于执行上述第四方面和/或第四方面的任意一种可能的实现方式所提供的通信方法的单元和/或模块，因此也能实现第四方面提供的通信方法所具备的有益效果(或优点)。
第九方面，本申请实施例提供一种第一通信装置，该第一通信装置可以为终端设备，该第一通信装置可以包括处理器、收发器和存储器，其中，该存储器用于存储计算机程序，该收发器用于收发各种信号、信息或信令等，该计算机程序包括程序指令，当该处理器运行该程序指令时，使得该第一通信装置执行上述第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式的通信方法。其中，收发器可以为第一通信装置中的射频模块，或，射频模块和天线的组合，或，芯片或电路的输入输出接口。
第十方面，本申请实施例提供一种第二通信装置，该第二通信装置可以为网络设备，该第二通信装置可以包括处理器、收发器和存储器，其中，该存储器用于存储计算机程序，该收发器用于收发各种信号、信息或信令等，该计算机程序包括程序指令，当该处理器运行该程序指令时，使得该第二通信装置执行上述第二方面或第二方面的任意一种可能的实现方式的通信方法。其中，收发器可以为第二通信装置中的射频模块，或，射频模块和天线的组合，或，芯片或电路的输入输出接口。
第十一方面，本申请实施例提供另一种第二通信装置，该第二通信装置可以为网络设备，该第二通信装置可以包括处理器、收发器和存储器，其中，该存储器用于存储计算机程序，该收发器用于收发各种信号、信息或信令等，该计算机程序包括程序指令，当该处理器运行该程序指令时，使得该第二通信装置执行上述第三方面或第三方面的任意一种可能的实现方式的通信方法。其中，收发器可以为第二通信装置中的射频模块，或，射频模块和天线的组合，或，芯片或电路的输入输出接口。
第十二方面，本申请实施例提供另一种第一通信装置，该第一通信装置可以为终端设备，该第一通信装置可以包括处理器、收发器和存储器，其中，该存储器用于存储计算机程序，该收发器用于收发各种信号、信息或信令等，该计算机程序包括程序指令，当该处理器运行该程序指令时，使得该第一通信装置执行上述第四方面或第四方面的任意一种可能的实现方式的通信方法。其中，收发器可以为第一通信装置中的射频模块，或，射频模块和天线的组合，或，芯片或电路的输入输出接口。
第十三方面，本申请实施例提供一种通信系统，包括第一通信装置和第二通信装置，其中：该第一通信装置为上述第五方面/上述第八方面描述，或上述第九方面/上述第十二方面描述的通信装置，该网络设备为上述第六方面/上述第七方面描述，或上述第十方面/上述第十一方面描述的通信装置。
第十四方面，本申请实施例提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法。
第十五方面，本申请实施例提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第二方面或第二方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法。
第十六方面，本申请实施例提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第三方面或第三方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法。
第十七方面，本申请实施例提供一种可读存储介质，该可读存储介质上存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第四方面或第四方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法。
第十八方面，本申请实施例提供一种包含指令的程序产品，当其运行时，使得上述第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法被执行。
第十九方面，本申请实施例提供一种包含指令的程序产品，当其运行时，使得上述第二方面或第二方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法被执行。
第二十方面，本申请实施例提供一种包含指令的程序产品，当其运行时，使得上述第三方面或第三方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法被执行。
第二十一方面，本申请实施例提供一种包含指令的程序产品，当其运行时，使得上述第四方面或第四方面的任意一种可能的实现方式描述的通信方法被执行。
第二十二方面，本申请实施例提供一种芯片，包括处理器。该处理器用于读取并执行存储器中存储的程序，以执行上述第一方面至第四方面中的一项或多项，或，上述第一方面、上述第二方面、上述第三方面或上述第四方面的任意可能的实现方式中的一项或多项提供的通信方法。可选的，该芯片还包括存储器，该存储器与该处理器通过电路或电线连接。进一步可选的，该芯片还包括通信接口，该处理器与该通信接口连接。该通信接口用于接收需要处理的信号和/或信息，该处理器从该通信接口获取该信号和/或信息，并对该信号和/或信息进行处理，并通过该通信接口输出处理结果。该通信接口可以是输入输出接口。
可选的，上述的处理器与存储器可以是物理上相互独立的单元，或者，存储器也可以和处理器集成在一起。
实施本申请实施例，可以不依赖周边环境产生的多径反射、散射和衍射的空间域独立不相关性，在发送端主动构造出空间域的独立不相关性，从而增大信道矩阵的秩，进而提升频谱效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是不同OAM模态下OAM波束的示意图；
图2是不同阶的第一型贝塞尔函数曲线的示意图；
图3是本申请实施例提供的AoA定位的示意图；
图4是球坐标几何意义的示意图；
图5是本申请实施例提供无线通信系统的一系统框图；
图6是本申请实施例提供的物理层基带系统的一架构框图；
图7是本申请实施例提供的典型应用场景的一示意图；
图8是本申请实施例提供的网络设备与终端设备通信的应用场景示意图；
图9是本申请实施例提供的物理天线阵列的几何拓扑示意图；
图10是本申请实施例提供的无线通信过程的示意图；
图11是本申请实施例提供的初始化过程的示意流程图；
图12是本申请实施例提供的上行通信过程的示意流程图；
图13是本申请实施例提供的下行通信过程的示意流程图；
图14是本申请实施例提供的MIMO和OAM联合收发方式协商过程的示意流程图；
图15是本申请实施例提供的通信方法的一示意流程图；
图16本申请实施例提供的LHCP与OAM模态+1的涡旋波的复合探测波形的电场矢量分布示意图；
图17是本申请实施例提供的接收天线子集的几何拓扑排列示意图；
图18是本申请实施例提供的确定MIMO和OAM联合收发方式的逻辑示意图；
图19是本申请实施例提供的矩阵G和W的选择方法的一示意流程图；
图20是本申请实施例提供的通信装置的第一种结构示意图；
图21是本申请实施例提供的通信装置的第二种结构示意图；
图22是本申请实施例提供的通信装置的第三种结构示意图；
图23是本申请实施例提供的通信装置的第四种结构示意图；
图24是本申请实施例提供的通信装置的第五种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
为便于理解本申请实施例所提供的通信方法，下面将对本申请实施例提供的通信方法中所涉及的部分术语(名词)进行简单说明：
一、轨道角动量(orbital angular momentum，OAM)波束
当光束含有与方位角相关的相位分布(扭转相位或螺旋相位)时，此类光束具有与方位角向相位分布有关的角动量，被称为轨道角动量OAM。无线OAM技术，是一种具有螺旋型相位波前和相位奇点的电磁波，其相位分布函数中携带
Figure BDA0002523248130000083
的相位因子。其中，l称作OAM的模式值或拓扑荷数(为便于描述，本申请下文将OAM的模式值或拓扑荷数称为OAM模态)，理论上可取任意整数，
Figure BDA0002523248130000084
为方位角。由于螺旋型相位引起的能量振幅相干相消，携带OAM的波束(为便于描述，本申请下文将携带OAM的波束称为OAM波束)具有中心相位奇点，使得OAM波束的中心位置呈现出强度为零的环状场强分布，因此OAM波束也被称作涡旋波。参见图1，图1是不同OAM模态下OAM波束的示意图。如图1所示，不同OAM模态的OAM波束的螺旋型相位引起的能量振幅相干相消，使得OAM波束的中心位置场强为零，即OAM波束具有中心相位奇点。
在无线通信系统中，通常利用不同OAM模态之间的相位正交性，来实现干扰信道抵消和数据信号合成，从而提升信号增益和信道容量。在圆柱坐标系下，一种典型的OAM波束满足下述公式(1-1)，不同OAM模态间的相位正交性如下述公式(1-2)所示。
Figure BDA0002523248130000081
Figure BDA0002523248130000082
其中，ρ表示接收端天线阵列的圆周半径，
Figure BDA0002523248130000085
表示接收端的天线阵子相对于接收端的天线阵列圆心的方位角，z表示发送端的天线阵列圆心与接收端的天线阵列圆心之间的距离，A表示振幅常量，Jx(*)表示x阶的第一型贝塞尔函数，kρ表示沿半径ρ径向的波数(wavenumber)，kz表示沿z轴电磁波传播方向的波数。
参见图2，图2是不同阶的第一型贝塞尔函数曲线的示意图。如图2所示，0阶第一型贝塞尔函数在x轴取值等于0时振幅最大，l阶第一型贝塞尔函数在x轴取值为2附近时振幅最大，2阶第一型贝塞尔函数在x轴取值为3附近时振幅最大。由公式(1-1)和第一型贝塞尔函数的波形特性可知，当OAM模态的绝对值为0时，OAM波束在圆心附近的能量振幅最大；当OAM模态的绝对值为1时，OAM波束在半径2附近的能量振幅最大；当OAM模态的绝对值为2时，OAM波束在半径3附近的能量振幅最大。因此，不同OAM模态的OAM波束在不同位置的能量振幅随第一型贝塞尔函数的波形变化而变化。
二、到达角(angle of arrive，AoA)测距
由于信号穿过接收机的天线阵列时，接收机的天线阵列从不同的角度和方向接收该传输信号，由于每个天线阵子接收到的传输信号存在相位差，通过该相位差可以推算出该传输信号的入射角，该入射角就为传输信号的到达角AoA。
AoA测距是一种基于信号到达角度的定位算法，通过接收端天线感知发射节点信号的到达方向，计算接收节点和发射节点之间的相对方位或角度，然后再利用三角测量法或其他方式计算出未知节点的位置。
参见图3，图3是本申请实施例提供的AoA定位的示意图。如图3所示，假设接收机有不同位置的两个间距为d的天线阵子A0和A1，到达角为θAoA。以天线阵子A1为参考天线，在8μs的参考时间(reference period)内对接收信号
Figure BDA0002523248130000091
进行锁频，产生一个与之相干的本振信号
Figure BDA0002523248130000092
由于到达天线阵子A0的信号比到达天线阵子A1的信号晚Δt，所以天线阵子A0接收到的信号为
Figure BDA0002523248130000093
用本振信号解调的
Figure BDA0002523248130000094
则到达角可以表示为下述公式(1-3)。然后沿着两个AoA角度进行延长线交点估计发射节点所在的位置。其中，c表示光速。
Figure BDA0002523248130000095
可以理解的，以上描述是为了便于对AoA测距的理解而做的示例性描述，实际中为了提高到达角的估计精度，还可以配备多个天线，天线阵列的排列方式例如可以为一字形、环形、球形等，相应的达到角的计算方法也更为复杂。对于采用不同排列方式的天线阵列对应的到达角的计算方法可以参见现有的计算方法，此处不再赘述。
三、仰角和方位角
球坐标系是三维坐标系的一种，用以确定三维空间中点、线、面以及体的位置，它以坐标原点为参考点，由方位角
Figure BDA0002523248130000096
仰角θ和距离r构成。参见图4，图4是球坐标几何意义的示意图。如图4所示，空间内的点P(x,y,z)也可以由
Figure BDA0002523248130000097
这三个参数来确定。其中，r为原点O与点P间的距离，θ为有向线段OP与z轴正向的夹角，
Figure BDA0002523248130000098
为从正z轴来看、自x轴沿逆时针方向转到线段OM所转过的角，这里点M为点P在xOy面上的投影点。这里的
Figure BDA0002523248130000099
就称为点P的球面坐标。r的取值为[0,+∞)，θ的取值为[0,π]，
Figure BDA00025232481300000910
的取值为[0,2π]。
可理解的，球坐标系
Figure BDA00025232481300000911
与直角坐标系(x,y,z)可以相互转换。球坐标系
Figure BDA00025232481300000912
与直角坐标系(x，y，z)之间的转换关系如下述公式(1-4)至公式(1-9)所示。
Figure BDA00025232481300000913
Figure BDA00025232481300000914
z＝rcosθ…………………………(1-6)
Figure BDA00025232481300000915
Figure BDA00025232481300000916
Figure BDA00025232481300000917
四、上行通信(uplink)和下行通信(downlink)
可理解的，本申请实施例提及的上行通信(uplink)是指终端设备发送，网络设备接收的通信过程；下行通信(downlink)是指网络设备发送，终端设备接收的通信过程。
上述内容简要阐述了本申请实施例提供的通信方法中所涉及的部分术语(名词)，下面将对本申请实施例提供的系统架构进行说明。
本申请实施例提供一种利用OAM涡旋波主动构造无线信道响应的通信方法，通过携带和不携带OAM的多个探测信号进行多次信道测量；通过携带圆极化OAM的探测信号确定OAM传播轴心所在的空间位置并选择波束赋形方向；通过信道响应特征选择MIMO与OAM的联合发送和接收组合方式，信道响应特征的获得方式包括测量探测信号和电磁计算；通过收发两端的控制信令交互进行OAM模态和功率因子的协商配置。与本申请的通信方法配套的系统和信令包括：在传统的多天线通信系统的MIMO编译码模块与空间滤波器模块之间，新增OAM调制解调模块，新增引入发送端的OAM参考信号，新增引入接收端的轨道角动量矩阵指示和轨道角动量功率指示反馈控制信令；在传统的接收端物理天线阵列上，新增引入网络侧的物理天线选择与配置模块，以便适配OAM涡旋波在空间幅度和相位分布上的非均匀特征，进而提升网络侧的有用信号功率和降低相邻空间位置的信道响应独立不相关性。
本申请实施例的通信方法可以应用于无线通信系统中。参见图5，图5是本申请实施例提供无线通信系统的一系统框图。如图5所示，该无线通信系统可以包括至少一个网络设备(如图5的网络设备140)、至少一个终端设备(如图5的终端设备150)、网络侧控制器160以及空间位置数据库170等等。可选的，该无线通信系统中还可以包括路由网关180和外部网络190等，路由网关180用于接入外部网络190。其中，网络设备140可以包括媒体接入控制(media access control，MAC)及高层141、物理层基带142、射频单元143以及物理天线阵列144等。终端设备150也可以包括MAC及高层151、物理层基带152、射频单元153以及物理天线阵列154。网络设备140的物理天线阵列144和终端设备150的物理天线阵列154之间可以通过无线信道或无线电磁波收发数据/信令等。网络设备140的物理天线阵列144可以由一个或多个天线阵子组成，或者，由一块或多块包含多个天线阵子的天线板联合组成。终端设备150的物理天线阵列154，因为受限于器件的尺寸大小，可以由一个或多个天线阵子组成。可选的，本申请实施例中，网络设备的物理天线阵列包含的天线阵子数量可以远大于终端设备的物理天线阵列包含的天线阵子数量。
可选的，在实际应用中，该无线通信系统可以同时包括多个网络设备，也可以同时包括多个终端设备。一个网络设备可以同时服务于一个或多个终端设备。一个终端设备也可以同时接入一个或多个网络设备。网络侧控制器160可以同时控制一个或多个网络设备。
可选的，在实际应用中，网络设备可以主要包括射频拉远单元(remote radiounit，RRU)和基带处理单元(base band unit，BBU)的组合形态；终端设备可以主要包括屏幕透明天线阵列/终端边框天线阵列、以及基带通信芯片。其中，网络设备的一块或多块物理天线阵列板既可以是空间连续的集中式摆放，也可以是空间不连续的分布式摆放。天线阵列板上的天线阵子的几何拓扑，既可以是部署在同一个平面上，也可以是三维立体的部署方式。具体到每一个天线阵子，它既可以是单极化阵子，也可以是双极化阵子，还可以是三极化阵子。相邻天线阵子之间的空间间隔距离，既可以等于二分之一波长，也可以小于或者远小于二分之一波长。可选的，本申请实施例的网络设备和终端设备除了采用离散化的物理天线阵列外，也可以采用连续化的模拟天线，例如抛物面模拟天线、螺旋相位面模拟天线、圆锥柱形模拟天线、谐振腔模拟天线等等。本申请实施例对网络设备和终端设备中的天线形态不做限定，但网络设备和终端设备中所用的天线需要满足：能够发送和接收OAM涡旋波。
可理解的，上述内容结合无线通信系统的系统框图(或组成部件)简要介绍了本申请的系统架构，为更好地理解本申请的系统架构，下面将结合收发两端的物理层实现来对本申请的系统架构进行进一步说明。
参见图6，图6是本申请实施例提供的物理层基带系统的一架构框图。如图6所示，该物理层基带系统可以包括发送端110、接收端120以及无线信道130这三个部分。其中，发送端110可以包括：MIMO预编码模块111、OAM模态调制模块112、空间滤波器模块113、等效信道判断模块114、预编码权值矩阵模块115以及模态和功率因子模块116。相应地，接收端120可以包括：MIMO译码模块121、OAM模态解调模块122、空间滤波器模块123、物理天线选择及配置模块124、基于轨道角动量参考信号(OAM reference signal，OAM-RS)信道估计模块125以及基于信道状态信息参考信号(channel state information-reference signal，CSI-RS)或探测参考信号(sounding reference signal，SRS)信道估计模块126。这些功能模块的连接方式可以如图6所示。
具体地，MIMO预编码模块111的输入参数既可以是来自发送端前续模块的NL层数据流，还可以是发送端和接收端已知的NL层解调参考信号(demodulation referencesignal,DM-RS)，也可以是来自预编码权值矩阵模块115的预编码码本信息。MIMO预编码模块111的输出参数可以是预编码操作之后的M个端口数据流，该M个端口数据流通向/输入OAM模态调制模块112。相应地，MIMO译码模块121的输入参数可以是来自OAM模态解调模块122的M个端口数据流、和来自基于CSI-RS或SRS信道估计模块126的信道响应信息，输出参数可以是译码操作之后的NL层数据流，该NL层数据流通向/输入接收端的后续模块。其中，MIMO预编码模块111受控于预编码权值矩阵模块115，如根据预编码权值矩阵模块115指定的矩阵完成MIMO预编码模块111的预编码过程。
OAM模态调制模块112的输入参数既可以是来自MIMO预编码模块111的M个端口数据流，还可以是发送端和接收端默认已知的M个CSI-RS或SRS探测信号，还可以是发送端和接收端默认已知的NM个OAM-RS探测信号，还可以是来自模态和功率因子模块116的OAM参数信息。这里，NM表示发送端支持的OAM模态种类的数量。OAM模态调制模块112的输出参数可以是NM个数据流。相应地，OAM模态解调模块122的输入参数可以是来自空间滤波器模块123的NM个数据流；输出参数既可以是通向/输入MIMO译码模块121的M个端口数据流，还可以是NM个接收到的OAM-RS探测信号，该NM个接收到的OAM-RS探测信号通向/输入基于OAM-RS信道估计模块125。其中，OAM模态调制模块112受控于模态和功率因子模块116，如根据模态和功率因子模块116指定的OAM参数完成OAM模态调制模块112的模态调制过程。
发送端的空间滤波器模块113的输入参数可以是来自OAM模态调制模块112的NM个数据流，输出参数可以是通向物理天线的NT个数据流。这里，NT表示发送端的物理天线的数量。相应地，接收端的空间滤波器模块123的输入参数可以是接收天线从无线信道捕获的NR个数据流，输出参数可以是通向OAM模态解调模块122的NM个数据流。这里，NR表示接收端的物理天线的数量。NT与NR的数值既可能相等，也可能不相等。其中，接收端的空间滤波器模块123受控于物理天线选择及配置模块124，如根据物理天线选择及配置模块124指定的天线集合选择出一部分物理天线进行无线信号接收过程。
等效信道判断模块114的输入参数可以是来自接收端的反馈信息1和反馈信息2，输出参数可以是通向/输入预编码权值矩阵模块115的预编码码本选择策略、和通向/输入模态和功率因子模块116的OAM参数选择策略。
预编码权值矩阵模块115的输入参数可以是来自基于CSI-RS或SRS信道估计模块126的反馈信息1、和来自等效信道判断模块114的预编码码本选择策略；输出参数可以是通向/输入MIMO预编码模块111的预编码码本。
模态和功率因子模块116的输入参数可以是来自基于OAM-RS信道估计模块125的反馈信息2、和来自等效信道判断模块114的OAM参数选择策略；输出参数可以是通向/输入OAM模态调制模块112的OAM参数。
物理天线选择及配置模块124的输入参数可以是来自基于OAM-RS信道估计模块125的信道响应信息，输出参数可以是通向/输入空间滤波器模块123的物理天线参数。
基于OAM-RS信道估计模块125的输入参数可以是来自OAM模态解调模块122的NM个接收到的OAM-RS探测信号，输出参数可以是通向/输入物理天线选择及配置模块124和OAM模态解调模块122的信道响应信息。
基于CSI-RS或SRS信道估计模块126的输入参数可以是来自OAM模态解调模块122的M个CSI-RS或SRS信号；输出参数可以是通向等效信道判断模块114的反馈信息1，和通向MIMO译码模块121的信道响应信息。
可理解的，图6所示的发送端和接收端包括的各个模块，仅是根据各个模块的功能进行的划分，例如，可以对应各个功能划分各个功能模块，也可以将两个或两个以上的功能集成在一个处理模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。需要说明的是，本申请实施例图6中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。还可理解的，图6的各个模块的名称仅是根据该各个模块的功能所取，在实际应用中，可能有其他的名称描述这些功能模块，本申请实施例对发送端和接收端包括的各个模块的具体名称不做限定。
可理解的，下行通信过程中，图5所示网络设备的物理层基带142、射频单元143以及物理天线阵列144合在一起等效于图6所示的发送端110；图5所示的终端设备的物理层基带152、射频单元153以及物理天线阵列154合在一起等效于图6所示的接收端120。同理，上行通信过程中，图5所示终端设备的物理层基带152、射频单元153以及物理天线阵列154合在一起等效于图6所示的发送端110；图5所示网络设备的物理层基带142、射频单元143以及物理天线阵列144合在一起等效于图6所示的接收端120。
上述内容详细阐述了本申请实施例的系统架构，为便于理解本申请提供的技术方案，下面将对本申请提供的通信方法的应用场景进行介绍。
参见图7，图7是本申请实施例提供的典型应用场景的一示意图。如图7所示，本申请实施例的应用场景包括：(a)基站与终端的OAM涡旋波无线通信场景；(b)基站与基站的OAM涡旋波无线通信场景；(c)终端与终端的OAM涡旋波无线通信场景；(d)卫星与卫星的OAM涡旋波无线通信场景；(e)卫星与地面终端、基站、汽车之间的OAM涡旋波无线通信场景。可理解的，本申请实施例的通信方法的应用场景包括但不限于图7所示的应用场景。图7仅是示例性的示出了本申请实施例的部分应用场景，本申请实施例的通信方法还可以应用于多个基站、多个终端、多个卫星、多辆汽车等联合组成的网络化无线通信场景中。
具体地，以基站与终端通信为例，对基站与终端通信的具体场景实现进行说明。可理解的，基站可以称为网络设备，终端可以称为终端设备。下文统一采用网络设备和终端设备来描述。参见图8，图8是本申请实施例提供的网络设备与终端设备通信的应用场景示意图。如图8所示，网络设备的物理天线阵列可以是安装在室内天花板和/或墙壁上的ELAA或全息紧致天线阵列(holographic compact antenna array，HCAA)，该物理天线阵列既可以支持不携带OAM的平面波收发信号/数据，也可以支持携带OAM的涡旋波收发信号/数据。可选的，天花板和墙壁上的物理天线阵列可以归属于同一个网络设备，也可以归属于多个网络设备，本申请实施例对此不做限定。可选的，本申请实施例设定天花板和墙壁上的物理天线阵列都归属于同一个网络侧控制器。在室内上，存在数量众多的终端设备(如智能手机或平板电脑等)，各个终端设备的屏幕有比较大的概率无遮挡的朝向天花板或墙壁(即网络侧的天线阵列)，本申请实施例不限制终端设备的屏幕完全正对天花板或墙壁。用户可以携带终端设备在教室内处于静止状态，或者，缓慢移动状态。这些终端设备可以利用安装在屏幕下方的物理天线阵列收发不携带OAM的平面波和携带OAM的涡旋波。
可选的，为了确定网络设备的物理天线阵列中天线阵子的空间位置，本申请实施例可以在室内建立一个三维坐标系，如将室内天花板的左下角记为整个室内空间的直角坐标系原点O，平行于天花板平面的水平方向和垂直方向分别记为x轴和y轴，垂直于天花板向上的方向记为z轴。
可选的，网络设备和终端设备的物理天线阵列的几何拓扑结构可以为圆形、M圈同心圆、网格形或矩形中的任一种拓扑结构。参见图9，图9是本申请实施例提供的物理天线阵列的几何拓扑示意图。如图9所示，物理天线阵列的几何拓扑包括：(1)M圈同心圆排列，每圈同心圆上的天线阵子均匀分布，M圈同行圆上的天线阵子数量可以不相同；(2)M行N列网格形排列；(3)圆形均匀排列；(4)矩形边缘均匀排列。可理解的，在实际应用中，网络设备和终端设备的物理天线阵列的几何拓扑结构可能不是绝对的规则形状，如圆形拓扑结构可以不是数学意义上的绝对圆形，实际应用中可以存在误差等。
其中，物理天线阵列中部署的天线阵子可以为“十”字形天线阵子，每个“十”字形天线阵子可以为水平极化阵子和垂直极化阵子组成的双极化天线阵子。物理天线阵列中部署的天线阵子也可以为“X”字形的45度极化阵子和135度极化阵子组成的双极化天线阵子，还可以是x-y-z轴三个极化方向组成的三极化天线阵子。
可选的，网络设备的物理天线阵列和终端设备的物理天线阵列均可以使用图9所示的任意一种几何拓扑结构和任意一种双极化或三极化天线阵子形式。下文的实施例描述中，假定网络设备的物理天线阵列和终端设备的物理天线阵列均采用网格形拓扑结构，物理天线阵列中的每个天线阵子采用“十”字形的双极化天线阵子。
可理解的，电场在三维空间坐标系(x,y,z)上没有z轴分量，且在x轴和y轴的两个分量没有相位差(同相)或相位差为180度(反相)时，合成电场矢量是直线极化。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
上述内容阐述了本申请实施例的应用场景，下面将结合更多的附图对本申请提供的通信方法进行详细说明。
实施例一
本申请实施例一介绍本申请无线通信过程的4个阶段，分别为初始化阶段、上行通信阶段、下行通信阶段以及MIMO和OAM联合收发方式协商阶段。参见图10，图10是本申请实施例提供的无线通信过程的示意图。如图10所示，本申请的无线通信过程包括：
S100，终端设备和网络设备的初始化过程。
其中，终端设备和网络设备的初始化过程可以包括：网络设备建立空间位置信息，终端设备初始接入网络，网络设备对终端设备进行空间定位这三个子过程。
S200，终端设备和网络设备的上行通信过程。
其中，终端设备和网络设备的上行通信过程可以包括p21至p25这5个子过程。
p21：终端设备发送上行波束赋形(beamforming,BF)探测参考信号(soundingreference signal,SRS)，网络设备通过侦听BF-SRS测量不携带OAM的平面波的信道响应。为便于描述，本申请将波束赋形探测参考信号简写为BF-SRS。
p22：终端设备发送上行圆极化和OAM复合波形作为探测信号，网络设备通过检测该探测信号、定位OAM传播轴心在网络侧天线阵列平面上的投影位置。
P23：终端设备发送上行OAM参考信号(reference signal,RS)，网络设备通过侦听OAM-RS测量携带OAM的涡旋波的信道响应。为便于描述，本申请将OAM参考信号简写为OAM-RS。
p24：网络设备根据网络侧天线阵列的平面波信道响应和/或涡旋波信道响应，从网络侧天线阵列的全部天线阵子中选择一部分天线阵子进行后续的通信接收过程。这里，网络设备获知信道响应的方法既可以是对BF-SRS和OAM-RS的信道响应测量，也可以基于平面波(BF-SRS)和涡旋波(OAM-RS)电磁场传播特征的电磁计算。
p25：网络设备根据平面波的信道响应和/或涡旋波的信道响应，为指定终端设备选择本次上行通信过程中建议使用的MIMO预编码码本和OAM参数配置，然后通过发送OAM矩阵指示(OAM matrix indicator，OMI)和OAM功率指示(OAM power indicator，OPI)信令将选择的MIMO预编码码本和OAM参数配置告知终端设备。这里，OAM参数包括但不限于OAM模态及其对应的发射功率等。
S300，终端设备和网络设备的下行通信过程。
其中，终端设备和网络设备的下行通信过程可以包括p31至p35这5个子过程。
p31：网络设备发送下行波束赋形BF信道状态信息CSI参考信号RS，终端设备通过侦听BF-CSI-RS测量不携带OAM的平面波的信道响应。为便于描述，本申请将波束赋形信道状态信息参考信号简写为BF-CSI-RS。
p32：网络设备发送下行圆极化和OAM复合波形作为探测信号，终端设备通过检测该探测信号、定位OAM传播轴心在终端侧天线阵列平面上的投影位置。
p33：网络设备发送下行OAM-RS，终端设备通过侦听OAM-RS测量携带OAM的涡旋波的信道响应。
p34：终端设备获知终端侧天线阵列的平面波信道响应和/或涡旋波信道响应，可选的，终端设备也可以将信道响应信息反馈给网络设备。这里，终端设备获知信道响应的方法既可以是对BF-CSI-RS和OAM-RS的信道响应测量，也可以基于平面波(BF-CSI-RS)和涡旋波(OAM-RS)电磁场传播特征的电磁计算。
p35：终端设备或网络设备根据平面波的信道响应和/或涡旋波的信道响应，选择网络设备在本次下行通信过程中建议使用的MIMO预编码码本和OAM配置参数，然后通过发送OMI和OPI信令将选择的MIMO预编码码本和OAM配置参数告知给对端设备。这里，OAM参数包括但不限于OAM模态及其对应的发射功率等。
S400，终端设备和网络设备的MIMO和OAM联合收发方式协商过程。
其中，终端设备和网络设备的联合MIMO和OAM收发方式协商过程可以包括p41至p43这3个子过程。
p41：网络设备或终端设备向对端发送联合收发方式请求信令(Joint-TRX-Request)，建议本次通信的发送端通信模块配置方式和接收端通信模块配置方式。这里，发送端通信模块配置方式集合，包括：仅使用MIMO预编码；仅使用OAM模态调制；联合使用MIMO预编码和OAM模态调制。接收端通信模块配置方式集合，包括：仅有MIMO译码；仅有OAM模态解调；先OAM模态解调，后MIMO译码；直接融合OAM与MIMO联合接收。
p42：终端设备或网络设备向对端发送联合收发方式响应信令(Joint-TRX-Response)，用于同意或拒绝上述联合收发方式请求信令建议的配置方式。
p43：网络设备或终端设备向对端发送联合收发方式确认信令(Joint-TRX-ACK)，用于确认或响应Joint-TRX-Response。
可理解的，上述4个过程可以单独实施，也可以其中任2个或任3个过程一起实施，还可以这4个过程一起实施。可理解的，在实际应用中，本申请的技术方案在实施过程中可以少于上述4个过程，例如，单独实施上行通信过程，或单独实施下行通信过程，或单独实施MIMO和OAM联合收发方式协商过程等等。本申请的技术方案还可以结合其中多个过程一起实施，例如，上行通信过程和MIMO和OAM联合收发方式协商过程一起实施，或者下行通信过程和MIMO和OAM联合收发方式协商过程一起实施，或者上行通信过程和初始化过程一起实施，或者下行通信过程和初始化过程一起实施，或者上行通信过程、下行通信过程以及MIMO和OAM联合收发方式协商过程一起实施，或者初始化过程、下行通信过程以及MIMO和OAM联合收发方式协商过程一起实施等等。本申请实施例对此不做限定。
上述实施例一简要介绍了本申请技术方案可能包括的4个过程，下面将分别针对这4个过程(即初始化、上行通信、下行通信、MIMO和OAM联合收发方式协商这4个过程)进行详细说明。
实施例二
本申请实施例二介绍网络设备和终端设备的初始化过程(S100)，该初始化过程为后续的上行或下行通信过程奠定通信基础。
参见图11，图11是本申请实施例提供的初始化过程的示意流程图。如图11所示，本申请实施例提供的初始化过程包括但不限于以下步骤：
S101，网络设备广播公共信息。相应地，终端设备接收该公共信息。
S102，终端设备根据公共信息进行时钟同步。
具体地，网络设备通过无线信道向终端设备广播网络设备自己的公共信息，例如，主同步信号(primary synchronization signal，PSS)、辅同步信号(secondarysynchronization signal，SSS)、系统信息块(system information block，SIB)等。终端设备通过侦听PSS和SSS等信号实现与网络设备的时钟同步。
可选的，在步骤S101之前，网络侧控制器可以接收研发人员建立的全局坐标系(global coordinate system,GCS)，并将GCS信息存储在空间位置数据库中，以便于后续电磁计算过程中使用。
S103，终端设备初始接入系统/网络。
具体地，终端设备通过物理随机接入信道(physical random access channel,PRACH)发送一个前导码(preamble)，请求进行随机接入；网络设备发送随机接入响应(random access response，RAR)，同意终端设备的随机接入。然后终端设备和网络设备交换信息，最终完成终端设备的随机接入过程。随后，终端设备持续地侦听来自网络设备周期性广播的小区特定参考信号(cell specific reference signal，CRS)。
S104，终端设备向网络设备发送定位探测信号。相应地，网络设备接收该定位探测信号。
S105，网络设备根据定位探测信号对终端设备进行定位。
S106，网络设备向终端设备发送终端设备的空间位置信息。
具体地，终端设备在多个空间方向/波束赋形方向上发送多个定位探测信号(positioning reference signal,PRS)，网络设备侦听这多个空间方向/波束赋形方向上的多个PRS的到达方位角和/或到达时间(time of arrival，TOA)，然后利用AOA和/或TOA估计得到终端设备的空间位置信息，并将这个空间位置信息保存到空间位置数据库。网络设备将终端设备的空间位置信息通过无线信道发送给终端设备。
可理解的，本申请实施例通过初始化过程确定终端设备的空间位置信息、完成终端设备的随机接入等，可以为后续的上行/下行通信提供通信基础。
实施例三
本申请实施例三介绍网络设备和终端设备的上行通信过程(S200)。具体地，参见图12，图12是本申请实施例提供的上行通信过程的示意流程图。如图12所示，本申请实施例提供的上行通信过程包括但不限于以下步骤：
S201，终端设备向网络设备发送多个波束赋形探测参考信号BF-SRS。
具体地，终端设备在自己的空间滤波器支持的M个波束赋形方向上，向网络设备发送M个不携带OAM的平面波BF-SRS1，BF-SRS2，…，BF-SRSM。其中，一个波束赋形方向上发送一个BF-SRS。M个BF-SRS既可以采用相同时隙、相同频率发送，也可以采用不同时隙、相同频率发送，还可以采用相同时隙、不同频率发送。可选的，BF-SRS的发送序列可以采用Zadoff-Chu序列，可理解的，在实际应用中也可采用其他序列，本申请实施例对此不做限定。
S202，网络设备向终端设备发送第三指示信息，该第三指示信息中包括第一波束方向和圆极化方向。
具体地，上述第三指示信息可以为BF-SRS资源指示(BF-SRS resourceindicator,BF-SRI)。网络设备通过侦听多个BF-SRS，估计在不携带OAM的平面波情况下，终端设备到网络设备的上行通信链路的信道状态信息(CSI)。然后，网络设备可以通过BF-SRI告知终端设备、本次通信网络选择了多个BF-SRS中的哪一个波束赋形方向上的BF-SRS。终端设备在后续的上行通信过程中，将会采用指定的空间滤波器方案发送信号。这里，空间滤波器方案包含下一次发送时的波束赋形方向(即上述第一波束方向)。同时，网络设备还向终端设备指定后续用于OAM传播轴心定位时采用的圆极化方向。其中，圆极化方向既可以是左手旋转圆极化(left-hand circular polarization,LHCP)，也可以是右手旋转圆极化(right-hand circular polarization,RHCP)。为便于描述，本申请在下文描述中统一采用LHCP作为指定的圆极化方向。
S203，终端设备在第一波束方向上向网络设备发送第一OAM参考信号。
具体地，上述第一OAM参考信号可以为OAM-RS，该第一OAM参考信号可以承载于第一波束上，第一波束可以为承载OAM-RS的复合探测波形。该复合探测波形可以为上述第三指示信息指示的圆极化方向与OAM-RS的复合探测波形。终端设备采用指定的空间滤波器方案和第一波束方向，将不携带OAM的平面波替换为LHCP和OAM模态n的涡旋波的复合波形，然后依次轮询地将第n个模态的OAM-RS调制到这个复合波形上，在不同时隙上轮询地向网络设备发送OAM-RSn复合探测波形。其中，模态n的取值范围可以为：(-NM/2),…,0,…,NM/2之间的整数。其中，OAM模态0可以表示不携带OAM的平面波。
S204，网络设备根据第一OAM参考信号确定第一OAM参考信号的传播轴心的第一空间位置。
具体地，网络设备可以通过自己的物理天线阵列，检测多个空间位置上侦听到的OAM-RS复合探测波形的电场矢量方向，然后利用多个天线阵子上的电场矢量方向的向心规律，来估计圆极化方向与OAM-RS的该复合探测波形的传播轴心在该物理天线阵列所在平面上的映射空间位置(即上述第一空间位置)。
S205，网络设备向终端设备发送第一指示信息，该第一指示信息中包括第二波束方向。
具体地，网络设备可以根据来自多个不同终端设备的OAM-RS的传播轴心所在的空间位置，并且综合考虑多个终端设备的总体传输性能，为不同终端设备选择最合适的波束赋形方向。这里，选择最合适的波束赋形方向的原则包括但不局限于：最大化系统吞吐量原则、多用户间比例公平性原则、小区边缘用户服务质量保证原则，等等。然后，网络设备可以向终端设备发送第一指示信息，该第一指示信息包括但不局限于：网络设备为这个终端设备估计得到的传播轴心所在的第一空间位置，网络设备针对OAM-RS侦听到的层一参考信号接收功率(layer 1reference signal received power，L1-RSRP)，网络设备为这个终端设备选择的下一次发送信号时所使用的波束赋形方向(即第二波束方向)等信息。
S206，终端设备在第二波束方向上向网络设备发送第二OAM参考信号。
具体地，上述第二OAM参考信号可以承载于第二OAM复合波束上，第二OAM复合波束可以为线极化波束与OAM波束的合成波束。终端设备在网络设备选定的1个波束赋形方向(即第二波束赋形方向)上发送多个不同OAM模态的OAM-RS(即第二OAM参考信号)。
S207，网络设备根据第二OAM参考信号选择并配置接收天线。
具体地，网络设备通过侦听第二OAM参考信号进行携带OAM的涡旋波的信道响应测量，得到涡旋波的信道响应(即第二信道响应)。网络设备还可以根据来自多个不同终端设备的OAM-RS的传播轴心所在的空间位置，并且综合考虑多个终端设备的总体传输性能，为每一个终端设备或同一个性能分组里的多个终端设备确定一种物理天线选择方案。可选的，物理天线选择的设计方法包括：第一步，判断步骤S204估计得到的传播轴心所在的第一空间位置是否落在网络设备部署的物理天线阵列的空间范围内；如果是，则执行第二步，如果否，则执行第三步。第二步，当不同OAM-RS对应的L1-RSRP均大于或等于预设门限时，多个天线阵子分别选择部署在多个OAM模态电场幅度最强的空间位置，并且这些多个天线阵子的方位角围绕传播轴心的映射点呈均匀分布；当部分或全部L1-RSRP小于预设门限时，选择其中拥有最大L1-RSRP数值的OAM模态，然后多个天线阵子都选择部署在这个OAM模态电场幅度最强或比较强的空间位置，并且这些多个天线阵子的方位角围绕传播轴心的映射点呈均匀分布；然后执行第四步。第三步，无论L1-RSRP的具体数值是多少，多个天线阵子尽可能空间均匀等间隔地部署在物理天线阵列最大支持的空间分布范围内；然后执行第四步。第四步，网络设备在后续上行通信过程中，将前三步选出的接收天线阵子侦听到的无线信道电磁波信号作为接收信号，忽略非被选中的其他天线阵子侦听到的来自终端设备的无线信道电磁波信号。
S208，网络设备向终端设备发送第二指示信息，该第二指示信息包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息。
具体地，网络设备根据上述物理天线选择方案及涡旋波的信道响应，向终端设备发送第二指示信息，该第二指示信息包括但不限于：秩指示(rank indicator，RI)，预编码矩阵指示(precoding matrix indicator，PMI)，轨道角动量矩阵指示(OAM matrixindicator，简写为OMI)或轨道角动量功率指示(OAM power indicator，简写为OPI)。为便于描述，本申请将轨道角动量矩阵指示简写为OMI，将轨道角动量功率指示简写为OPI。
S209，终端设备根据第二指示信息传输数据信息。
具体地，终端设备的等效信道模块根据步骤S202收到的第三指示信息和步骤S205收到的第一指示信息获知的上行信道响应情况，结合步骤S208收到的第二指示信息(RI、PMI、OMI以及OPI信息)，综合判断是否采纳来自网络设备建议的PMI、OMI和OPI方案。如果判断出采纳来自网络设备建议的PMI、OMI和OPI方案，则终端设备可以将PMI信息发送给自己的预编码权值矩阵模块，并可以将OMI和OPI信息发送给自己的模态和功率因子模块，以生成数据信号。如果判断出不采纳来自网络设备建议的PMI、OMI和OPI方案，则终端设备的等效信道模块在本地重新计算更加合适的PMI、OMI和OPI方案，然后再分别将本地生成的PMI信息发送给自己的预编码权值矩阵模块，并将本地生成的OMI和OPI信息发送给自己的模态和功率因子模块，以生成数据信号。在终端设备的等效信道模块的判断和配置都完成之后(或生成数据信号后)，终端设备利用物理层上行共享信道(physical uplink sharedchannel，PUSCH)向网络设备发送来自MAC及高层的数据流。
本申请实施例通过携带和不携带OAM的多个探测信号进行多次信道测量，并通过携带圆极化OAM的探测信号估计OAM的传播轴心位置并选择波束赋形方向；再根据探测信号的信道响应特征选择MIMO与OAM的联合发送和接收组合方式；最后通过收发两端之间交互的控制信令进行OAM模态和功率因子的协商配置。可以不依赖周边环境产生的多径反射、散射和衍射的空间域独立不相关性，在发送端基于OAM主动构造出空间域的独立不相关性，增大移动场景中信道矩阵的秩，提升无线通信的频谱效率。
实施例四
本申请实施例四介绍网络设备和终端设备的下行通信过程(S300)。具体地，参见图13，图13是本申请实施例提供的下行通信过程的示意流程图。如图13所示，本申请实施例提供的上行通信过程包括但不限于以下步骤：
S301，网络设备向终端设备发送多个波束赋形信道状态信息参考信号BF-CSI-RS。
具体地，网络设备在自己的空间滤波器支持的M个波束赋形方向上，向终端设备发送M个不携带OAM的平面波BF-CSI-RS1,BF-CSI-RS2,…，BF-CSI-RSM。其中，一个波束赋形方向上发送一个BF-CSI-RS。M个BF-CSI-RS既可以采用相同时隙、相同频率发送，也可以采用不同时隙、相同频率发送，还可以采用相同时隙、不同频率发送。可选的，BF-CSI-RS的发送序列可以采用正交序列，例如Gold序列，可理解的，在实际应用中也可采用其他序列，本申请实施例对此不做限定。
S302，终端设备向网络设备发送第五指示信息，该第五指示信息中包括第三波束赋形方向。
具体地，上述第五指示信息可以为信道状态信息资源指示(CSI resourceindicator，CSI-RI)。终端设备通过侦听多个BF-CSI-RS，估计在不携带OAM的平面波情况下，网络设备到终端设备的下行通信链路的信道状态信息。然后，终端设备可以通过CSI-RI告知网络设备，本次通信网络选择了多个BF-CSI-RS中的哪一个波束赋形方向上的BF-CSI-RS。网络设备在后续的下行通信过程中，将会优先采用指定的空间滤波器方案发送信号。这里，空间滤波器方案包含下一次发送时的波束赋形方向(即第三波束赋形方向)。同时，终端设备还向网络设备反馈每个BF-CSI-RS对应的L1-RSRP。
S303，网络设备在第三波束赋形方向上向终端设备发送第三OAM参考信号。
具体地，上述第三OAM参考信号可以为OAM-RS。该第三OAM参考信号可以承载于线极化波束与OAM波束的复合波束上。网络设备采用指定的空间滤波器方案和第三波束赋形方向，将不携带OAM的平面波替换携带OAM模态n的涡旋波，然后依次轮询地将第n个模态的OAM-RS调制到这个涡旋波上，在不同时隙上轮询地向终端设备发送OAM-RSn涡旋波。其中，模态n的取值范围可以为：(-NM/2),…,0,…,NM/2之间的整数。其中，OAM模态0可以表示不携带OAM的平面波。
S304，终端设备向网络设备发送第四指示信息，该第四指示信息包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息。
具体地，终端设备根据BF-CSI-RS和/或第三OAM参考信号的信道响应，向网络设备发送第四指示信息，该第四指示信息包括但不限于：RI，PMI，OMI或OPI。
S305，网络设备根据第四指示信息生成并发送数据信号。
具体地，网络设备的等效信道模块根据步骤S302收到的第五指示信息，获知的下行信道响应情况，结合步骤S304收到的第四指示信息(RI、PMI、OMI以及OPI信息)，综合判断是否采纳来自网络设备建议的PMI、OMI和OPI方案。如果判断出采纳来自终端设备建议的PMI、OMI和OPI方案，则终端设备可以将PMI信息发送给自己的预编码权值矩阵模块，并可以将OMI和OPI信息发送给自己的模态和功率因子模块，以生成数据信号。如果判断出不采纳来自终端设备建议的PMI、OMI和OPI方案，则终端设备的等效信道模块在本地重新计算更加合适的PMI、OMI和OPI方案，然后再分别将本地生成的PMI信息发送给自己的预编码权值矩阵模块，并将OMI和OPI信息发送给自己的模态和功率因子模块，以生成数据信号。在网络设备的等效信道模块的判断和配置都完成之后(或生成数据信号后)，网络设备利用物理层下行共享信道(physical downlink shared channel，PDSCH)向终端设备发送来自MAC及高层的数据流。
本申请实施例通过携带和不携带OAM的多个探测信号进行多次信道测量，再根据探测信号的信道响应特征选择MIMO与OAM的联合发送和接收组合方式；最后通过收发两端之间交互的控制信令进行OAM模态和功率因子的协商配置。可以不依赖周边环境产生的多径反射、散射和衍射的空间域独立不相关性，在发送端基于OAM主动构造出空间域的独立不相关性，增大移动场景中信道矩阵的秩，提升无线通信的频谱效率。
实施例五
本申请实施例五介绍网络设备与终端设备的MIMO和OAM联合收发方式协商过程(S400)，通过协商MIMO和OAM联合收发方式，可以根据无线信道的变化而变更MIMO和OAM的组合方式，提高通信效率。
参见图14，图14是本申请实施例提供的MIMO和OAM联合收发方式协商过程的示意流程图。如图14所示，本申请实施例提供的MIMO和OAM联合收发方式协商过程包括但不限于以下步骤：
S401，网络设备向终端设备发送联合收发方式请求(Joint-TRX-Request)信令。
具体地，网络设备向终端设备发送联合收发方式请求信令，用于建议发送端通信模块配置方式和接收端通信模块配置方式。这里，通信模块配置方式具体指MIMO收发模块与OAM收发模块的不同组合方式。
S402，终端设备向网络设备反馈联合收发方式响应(Joint-TRX-Response)信令。
具体地，终端设备向网络设备发送联合收发方式响应信令，用于同意或拒绝上述Joint-TRX-Request信令建议的通信模块配置方式。如果Joint-TRX-Response信令指示同意Joint-TRX-Request信令建议的通信模块配置方式，则终端设备在本地完成接收端的MIMO译码模块和OAM模态解调模块的配置。如果Joint-TRX-Response信令指示拒绝Joint-TRX-Request信令建议的通信模块配置方式，则网络设备可以重新发起协商过程，重新建议发送端通信模块配置方式和接收端通信模块配置方式。
S403，网络设备向终端设备发送联合收发方式确认(Joint-TRX-ACK)信令。
具体地，如果网络设备收到的Joint-TRX-Response信令携带同意信息，则网络设备在本地完成发送端的MIMO预编码模块和OAM模态调制模块的配置。如果网络设备收到的Joint-TRX-Response信令携带拒绝信息，则本次协商过程失败。网络设备在收到Joint-TRX-Response信令后，可以向终端设备发送联合收发方式确认信令，用于确认/响应网络设备已收到Joint-TRX-Response信令。
可理解的，图14仅以网络设备发起协商为例，在实际应用中，也可以是终端设备发起协商过程。本申请实施例对由谁发起协商不做限定。
可选的，上述MIMO和OAM收发方式联合协商过程(S400)既可以发生在上行通信过程(S200)的步骤S206之后、步骤S207之前，由网络终端发起协商过程；也可以发生在下行通信过程(S300)的步骤S303之后、步骤S304之前，由终端设备发起协商过程；还可以在任意的通信过程中间由网络设备或者终端设备根据实际需要临时地发起协商过程，以便动态地适应无线信道的变化而变更MIMO和OAM的组合方式。
可选的，上述MIMO和OAM联合收发方式协商过程(S400)还可以发生在某次上行或下行通信过程之前，在协商完成后再执行(S200)或(S300)过程。
本申请实施例通过MIMO和OAM联合收发方式协商过程，实现收发两端的通信模块的配置，可以支持不同无线信道环境下采用不同的收发方式收发数据，提高通信质量。
实施例六
可理解的，为更好地理解本申请提供的技术方案，下面以上行通信过程为例对本申请提供的通信方法进行进一步的说明。当然，下行通信过程的实现可以参考本申请对上行通信过程的介绍，本申请不再赘述。
假设本申请实施例的通信场景如下：在一个长宽高为20m×20m×5m的大型阶梯教室环境进行无线通信覆盖。在阶梯教室的天花板上以10cm间距按照矩形网格几何拓扑(如图9的(2)所示)均匀地标定200×200个空间位置，在每个空间位置上安装“十”字形双极化天线阵子，所有天线阵子共同构成网络侧/网络设备的物理天线阵列。学生用户坐在教室内使用笔记本电脑或平板电脑或智能手机通过网络设备连接无线网络。这些终端设备大部分时间是平躺着摆在桌面朝上，屏幕有比较大的概率无遮挡的朝向天花板。学生用户在教室内处于静止状态，或者，步行速度缓慢移动的状态。假设网络设备和终端设备均可以发送和接收平面波和涡旋波。
在初始化过程中，网络设备根据工程师手动输入或激光测距雷达等方式获知整个无线覆盖区域(上述阶梯教室)的全局坐标系(GCS)，并将整个无线覆盖区域的GCS存储在网络侧的空间信息数据库。网络设备通过物理广播信道(physical broadcast channel，PBCH)周期性广播本网络设备的公共信息，包括但不局限于主同步信号(PSS)、辅同步信号(SSS)、系统信息块(SIB)等。一个或多个终端设备通过侦听PSS和SSS等信号实现与网络设备的时钟同步，然后通过物理随机接入信道(PRACH)完成随机接入过程。随后，一个或多个终端设备持续地侦听来自网络设备周期性广播的小区特定参考信号(Cell-specificreference signal，CRS)。网络设备通过下行广播信息，告知所有终端设备“本网络设备支持的OAM模态集合”。终端设备也通过终端能力上报信令等告知其所接入的网络设备“本终端设备支持的OAM模态集合”。
在初始化过程中，终端设备还通过自己的空间滤波器实现波束赋形效果，在不同波束赋形方向上多次发送携带该终端设备身份标识信息的定位探测信号(PRS)，使其(定位探测信号PRS)照射在网络设备的物理天线阵列的相同或不同的空间区域上。网络设备通过侦听多个PRS的到达方位角(AOA)和/或到达时间(TOA)，利用AOA和/或TOA定位算法来估计得到该终端设备的空间位置信息。网络设备在获得该终端设备的空间位置信息之后，一方面，网络设备将该终端设备的空间位置信息保存在网络侧的空间位置数据库；另一方面，网络设备将该终端设备的空间位置信息通过无线信道发送信令反馈给该终端设备，如告知该终端设备“终端设备在本网络设备覆盖区域内的本地坐标系(local global coordinatesystem,LCS)”。
可选的，当该终端设备的位置发生移动时，既可以由该终端设备主动地通过发送PRS信号触发空间定位与反馈过程，也可以由网络设备间接地通过侦听来自该终端设备的非PRS信号(例如上行通信数据)完成空间定位与反馈过程，并且刷新该终端设备在网络侧的空间数据库中存储的位置信息。还可选的，网络设备可以通过多个时段对该终端设备进行连续位置估计，完成对该终端设备的平均运动速度和运动轨迹的估计，并将估计的结果存储到网络侧的空间位置数据库中以便辅助后续采用OAM涡旋波通信时的调度和决策。
参见图15，图15是本申请实施例提供的通信方法的一示意流程图。如图15所示，本申请实施例提供的通信方法包括但不限于以下步骤：
S1、终端设备在不同波束赋形方向上向网络设备发送平面波探测信号(如BF-SRS)。
S2、网络设备基于接收到的平面波探测信号进行平面波信道响应估计，得到信道矩阵H1。
具体地，终端设备在自己的空间滤波器能够支持的所有(或一部分)波束赋形方向上分别发送不携带OAM的平面波探测信号，如BF-SRS。网络设备通过侦听BF-SRS估计上行信道的平面波信道响应，得到信道矩阵H1。可选的，网络设备通过信道矩阵H1，可以确定终端设备与本网络设备之间基于平面波可以支持的逻辑天线端口数量M1，以及基于平面波最佳支持的MIMO预编码的数据流层数NL1。网络设备通过侦听BF-SRS的到达方位角展宽、多径冲击响应的强度以及多径冲击响应的时间间隔，还可以估计得到终端设备与网络设备之间的平面波无线信道的多径数量、强度以及时延信息。
S3、终端设备在不同波束赋形方向上向网络设备发送涡旋波探测信号(如OAM-RS)。
S4、网络设备基于接收到的涡旋波探测信号涡旋波信道响应估计，得到信道矩阵H2。
具体地，终端设备在其本地的空间滤波器能够支持的所有(或一部分)波束赋形方向上依次发送携带不同OAM模态(如OAM模态#1,#2,…#NM)的涡旋波探测信号，如OAM-RS。网络设备通过侦听OAM-RS估计上行信道的涡旋波信道响应，得到信道矩阵H2。可选的，网络设备通过信道矩阵H2，可以确定终端设备与本网络设备之间基于涡旋波可以支持的逻辑天线端口数量M2，以及基于涡旋波最佳支持的并行数据流层数NL2。网络设备通过侦听OAM-RS的到达方位角展宽、多径冲击响应的强度和时间间隔、以及不同OAM模态之间的信号干扰程度，还可以估计得到终端设备与网络设备之间的涡旋波无线信道的多径数量、强度和时延信息、以及无线信道对OAM涡旋波的相位噪声和串扰噪声。
其中，OAM模态#1可以不等于模态+1，而是指终端设备支持的OAM模态集合中的第一个元素。可理解的，本申请所有实施例假定平面波等效于OAM涡旋波的模态0，并且模态0始终属于终端设备和网络设备支持的OAM模态集合中的一个元素。即，任何一个终端设备无论在如何恶劣的无线信道条件下，终端设备能够支持的OAM模态集合不为空，至少包含1个集合元素：模态0(平面波)。还可理解的，不同终端设备支持的OAM模态集合中的OAM模态#1的取值既可以相同，也可以不同。即，不同终端设备支持的OAM模态集合中的元素数量和数值都可以是有差异的。本申请实施例中，网络设备可以支持的OAM模态集合包括接入该网络设备的所有终端设备能够支持的OAM模态集合的最大交集。
可选的，终端设备与网络设备可以通过圆极化与OAM涡旋波的复合探测波形进行OAM传播轴心在接收端物理天线阵列所在平面上映射位置的估计。OAM传播轴心位置估计的具体过程参见下述实施例七，本申请实施例在此不展开说明。
可选的，网络设备也可以通过侦听OAM-RS进行接收天线的选择与配置，从而提高接收信号的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)或信干噪比(signal-to-interference-plus-noise ratio，SINR)。
可选的，网络设备除了通过侦听OAM-RS的方式测量得到涡旋波信道响应(或信道矩阵H2)的方式之外，还可以根据OAM波形的数学表达式结合网络侧的空间信息数据库保存的先验信息(如空间位置信息)，通过电磁计算的方式得到涡旋波信道响应(或信道矩阵H2)。网络设备通过电磁计算得到涡旋波信道响应(或信道矩阵H2)的具体过程参见下述实施例八，本申请实施例在此不展开说明。可理解的，电磁计算与OAM-RS测量得到的信道响应可以互相参考和融合，得到最终的涡旋波信道响应。
本申请实施例在初始化过程中进行空间位置信息的测量，并在后续过程中基于测量的空间位置信息进行电磁计算来获得OAM涡旋波的信道响应，可以降低系统所需的BF-SRS或OAM-RS等探测信号的信令开销。
S5、网络设备根据信道矩阵H1和信道矩阵H2确定终端设备的等效信道矩阵。
S6、网络设备根据该等效信道矩阵确定本次通信的MIMO和OAM联合收发方式。
具体地，网络设备根据上述信道矩阵H1和上述信道矩阵H2，确定终端设备的等效信道矩阵，获知平面波和涡旋波分别对应的多径数量、强度以及时延信息；并可以比较平面波能够支持的MIMO预编码的数据流层数NL1和涡旋波能够支持的并行数据流层数NL2，确定本次通信的MIMO和OAM联合收发方式。这里，可能的收发方式组合如下述表1所示。发送方式的可选集合包括：MIMO发送，OAM发送，MIMO+OAM联合发送。接收方式的可选集合包括：MIMO接收，OAM接收，MIMO+OAM联合接收。其中，不同发送方式的选择依据可以是：选择传输吞吐量最大的发送方式。根据无线通信原理，决定吞吐量大小的主要因素包括数据流层数NL和每一层对应的RSRP，这些信息已经通过上述步骤获得。根据等效信道模型确定MIMO和OAM联合收发方式的具体过程参见下述实施例九，本申请实施例在此不展开说明。
表1：MIMO与OAM联合收发方式的组合集合
Figure BDA0002523248130000221
Figure BDA0002523248130000231
本申请实施例通过携带OAM的探测信号进行涡旋波信道测量，然后根据等效信道矩阵动态地选择最佳的MIMO和OAM联合收发方式，允许在单独的MIMO收发，单独的OAM收发，以及MIMO+OAM联合收发等多种组合方式之间切换，可以根据无线信道的变化动态调整MIMO和OAM联合收发方式，并可以最大化信道容量，提升通信频谱效率。
可理解的，网络设备通过BF-SRS和OAM-RS可以直接得到的是上行信道信息。至于下行信道信息的获得方法，网络设备既可以基于上下行信道的互异性前提，直接利用上行信道信息估计得到下行信道信息；也可以由网络设备主动地向终端发送BF-CSI-RS和OAM-RS来获得下行信道信息。本申请实施例为简化清晰地描述主要过程，假设上下行信道的互异性前提成立，直接利用上行信道信息估计得到下行信道信息。更加详细的基于BF-CSI-RS和OAM-RS获得下行信道信息的过程，可以参见上述实施例四的下行通信过程描述，此处不再累述。
S7、网络设备和终端设备通过信令交互协商并配置收发两端的MIMO和OAM联合收发方式。
具体地，网络设备与终端设备通过Joint-TRX-Request、Joint-TRX-Response、Joint-TRX-ACK这三条信令完成收发两端的协商过程，具体过程可参见上述实施例五的协商过程描述，在此不再累述。然后，网络设备与终端设备通过RI，PMI，OMI以及OPI信令完成对应发送方式的MIMO预编码码本，和/或，OAM参数的信息交互与配置过程。
可理解的，上述步骤S6网络设备确定的MIMO和OAM联合收发方式，与网络设备与终端设备通过信令交互协商得到的MIMO和OAM联合收发方式，可以不相同，也可以相同。
S8、终端设备与网络设备均采用协商并配置好的MIMO和OAM联合收发方式进行数据传输。
具体地，终端设备与网络设备通过PUSCH和PDSCH信道，按照前述步骤S6网络设备所选择的MIMO和OAM联合收发方式和码本参数配置，进行业务数据传输。不同的MIMO和OAM联合收发方式下的收发信号处理过程参见下述实施例十，本申请实施例在此不展开说明。
可选的，当终端设备的位置发生移动，或者，业务数据传输性能发生显著下降时，可重复执行上述步骤S1至步骤S6，从而重新选择MIMO和OAM联合收发方式进行数据传输。
本申请实施例通过在探测信号中引入OAM涡旋波，增加终端设备与网络设备不同天线阵子对之间的子信道的独立不相关性，进而增加终端设备与网络设备之间的无线信道的逻辑天线端口数量和并行数据流层数，从而获得比LOS-MIMO更好的信道矩阵秩以及更高的频谱效率。本申请实施例还通过在收发两端引入MIMO和OAM联合收发方式，即表1的(2,3)和(3,3)收发方式，可以增强在收发两端的天线阵列轴心不对齐等非理想条件下的接收效果，从而支持移动性场景下的涡旋波通信。
实施例七
本申请实施例七对前述实施例六提及的OAM传播轴心位置的估计方法，以及空间位置信息的利用方法进行详细介绍。可理解的，本申请实施例提及的OAM传播轴心位置是指OAM传播轴心在接收端物理天线阵列所在平面上的映射空间位置。
为便于理解，本申请实施例七假设终端设备的物理天线阵列是矩形网格拓扑结构(如图9的(2)所示)。假设终端设备包括M行N列个“十”字形的双极化天线阵子。M行的相邻两个阵子间距相等，记为dm；N行的相邻两个阵子间距相等，记为dn；dm和dn的具体数值既可以相等，也可以不相等。其中，第m行第n列的垂直极化阵子(element of vertialpolarization)记为ev(m,n)，水平极化阵子(element of horizontal polarization)记为eh(m,n)。
终端设备作为发送端在特定的波束赋形方向上发送左手旋转圆极化(LHCP)和OAM涡旋波的复合探测波形。网络设备通过侦听该复合探测波形的电场矢量方向，估计OAM传播轴心在接收端物理天线阵列所在平面上的映射空间位置。
(一)为了生成LHCP波形，ev(m,n)和eh(m,n)阵子在时刻t的激励电场分别如下述公式(2-1)和(2-2)所示：
Figure BDA0002523248130000241
Figure BDA0002523248130000242
其中，ω0表示载波的角频率，
Figure BDA0002523248130000245
表示第m行第n列的水平和垂直极化天线阵子的初始相位，x(t)表示在时刻t发送的训练序列或用户数据。如果生成不携带OAM的LHCP平面波，则可以将所有M行N列天线阵子的初始相位都设置为
Figure BDA0002523248130000246
可选的，用于OAM传播轴心位置估计的训练序列x(t)，可以采用包含终端设备身份标识信息的Gold序列。
(二)为了在LHCP波形的基础上进一步叠加OAM模态k的涡旋波，以便得到复合探测波形，第m行第n列的水平和垂直极化天线阵子在OAM模态k时的初始相位，记为
Figure BDA0002523248130000247
其中，这里的上标k表示OAM模态k，下标m,n表示第m行第n列。具体地，终端设备基于矩形网格拓扑结构的M行N列天线阵子生成OAM模态k，并且设定OAM传播轴心在发送端物理天线阵列的矩形正中间位置，则ev(m,n)和eh(m,n)阵子在OAM模态k时的初始相位如下述公式(2-3)所示：
Figure BDA0002523248130000243
其中，arctan(*)表示三角函数的反正切函数，M表示总行数，N表示总列数，m,n表示第m行第n列的天线阵子，k表示OAM模态值。将公式(2-3)表示的
Figure BDA0002523248130000248
代入上述公式(2-1)和(2-2)替换
Figure BDA0002523248130000249
即可生成LHCP和OAM模态k的复合探测波形。
(三)由于通过上述公式(2-1)、(2-2)以及(2-3)生成的复合探测波形没有额外的波束赋形方向，所以该复合探测波形的传播方向垂直于发送端天线阵列平面向外。矩形网格拓扑结构的天线阵列的一种可行的波束赋形方法如下述公式(2-4)所示：
Figure BDA0002523248130000244
其中，θ是目标方向相对于矩形正中心位置的球坐标仰角，ψ是目标方向相对于矩形正中心位置的球坐标方位角。k0＝2π/λ表示载波的波数(wave number)，λ表示载波的波长(wave length)。m,n表示第m行第n列的天线阵子，dm和dn表示相邻阵子之间的行间距和列间距。am,n(θ,ψ)表示在第m行第n列天线阵子上的转向矢量(steering vector)的权重系数。am,n(θ,ψ)也是为了实现波束赋形指向(θ,ψ)方向的权重系数。
综上所述，结合公式(2-1)至(2-4)，终端设备作为发送端在特定的波束赋形方向上发送左手旋转圆极化(LHCP)和OAM涡旋波的复合探测波形如下述公式(2-5)和(2-6)所示：
Figure BDA0002523248130000251
Figure BDA0002523248130000252
假设终端设备的NT＝NR＝M·N＝64，其中M＝N＝8；假设网络设备的NT＝NR＝40000，其中M＝N＝200。上述利用公式(2-5)和公式(2-6)生成复合探测波形的具体操作由终端设备的空间滤波器模块和NT个物理天线完成，然后发送这个复合探测波形到无线信道，由网络设备的NR个物理天线和空间滤波器模块完成接收动作。
示例性的，参见图16，图16本申请实施例提供的LHCP与OAM模态+1的涡旋波的复合探测波形的电场矢量分布示意图。如图12所示，是LHCP与OAM模态+1的涡旋波的复合探测波形在接收端侦听到的电磁波入射横截面的电场矢量方向分布。图12中的每一个箭头所指方向分别表示在第m行第n列空间位置上的“十”字形双极化天线阵子侦听到的电场矢量方向。其中，第m行第n列天线阵子的空间位置上的电场矢量方向βm,n的计算方法如下述公式(2-7)所示：
Figure BDA0002523248130000253
其中，
Figure BDA0002523248130000254
和
Figure BDA0002523248130000255
分别表示接收端第m行第n列的垂直极化阵子与水平极化阵子接收到的电场响应。
网络设备侦听来自终端设备的复合探测波形，利用上述公式(2-7)计算得到如图16所示NR个物理天线所在空间位置上的电场矢量分布图。然后，网络设备的空间滤波器模块在电场矢量分布图上寻找具有相同βm,n数值的对应空间位置(m,n)的坐标值，将具有相同β数值(或者误差小于预设门限的)相邻的至少两个空间位置(m,n)和(m’,n’)连成一条直线。网络设备通过不同的β数值寻找和连线得到至少两条不平行的直线，然后，网络设备获取这至少两条直线的延长线交叉点P，将交叉点P所在的空间位置作为此次针对复合探测波形估计得到OAM模态k的复合探测波形的传播轴心在网络设备的物理天线阵列所在平面上的映射空间位置。
可选的，网络设备确定OAM传播轴心位置后，可以将OAM模态k的复合探测波形的传播轴心的空间位置信息存储至网络侧的空间位置数据库。
可选的，网络设备可以将OAM传播轴心的空间位置通过反馈信令告知终端设备。
可选的，网络设备在计算得到如图16所示电场矢量分布图的过程中，还可以获得各个空间位置(m,n)的天线阵子接收来自终端设备的OAM模态k的电场功率强弱分布信息，网络设备可以将OAM模态k的电场功率强弱分布信息也存储至网络侧的空间位置数据库，作为后续选择与配置接收端物理天线的参考信息。
本申请实施例通过圆极化和OAM涡旋波的复合探测波形进行OAM传播轴心位置的估计方法，可以获得良好的轴心估计准确度，且可以不要求实际轴心位置必须落在物理天线阵列范围之内才可以有效工作，具有良好的算法鲁棒性。本申请实施例利用OAM涡旋波独有的传播轴心位置的能量空洞和涡旋波功率密度扩散速度大于平面波的物理特征，准确地估计OAM传播轴心位置，可以提高接收端的SNR或SINR，从而可以提高整个系统的传输速率和吞吐量。
实施例八
本申请实施例八对前述实施例六提及的通过电磁计算得到涡旋波信道响应(或信道矩阵H2)的具体过程进行详细介绍。
本申请实施例八假定在初始化过程和前述实施例七的OAM传播轴心位置估计过程中，网络设备已经充分获知无线覆盖区域内的空间位置信息，包括但不限于以下信息：网络设备物理天线的部署位置，终端设备在无线覆盖区域内的位置，终端设备发送的OAM模态k的复合探测波形的传播轴心在网络设备物理天线阵列所在平面上的映射空间位置。为便于描述，下文将传播轴心在网络设备物理天线阵列所在平面上的映射空间位置称为轴心映射位置。
可理解的，本申请实施例提及的“位置”均是指空间位置。
本申请实施例八采用线性极化的OAM涡旋波进行信令交互和数据传输，当需要进行传播轴心位置估计时，在OAM涡旋波上叠加圆极化波形。因此，本申请实施例八主要介绍线性极化的OAM涡旋波如何通过电磁计算方法获得信道响应的方法。其中，不论是终端设备还是网络设备作为OAM涡旋波的发送端，电磁计算方法均相同，因此本申请实施例八为了便于描述，本申请实施例八将不区分哪个是发送端，仅使用“计算端”来统一代称电磁计算过程的执行者。
可选的，本申请实施例八假定计算端已知的电磁计算先验信息，包括但不限于以下信息：OAM模态k及其对应的模态波束扩散角ζk，载波的波数k0，发送天线(r0,θ0,ψ0)与接收天线(r0+r,θ0+θ,ψ0+ψ)之间的相对空间位置(r,θ,ψ)。其中，相对空间位置包括距离r，仰角θ和方位角ψ信息。一种可行的OAM涡旋波信道响应的电磁计算如下述公式(2-8)所示：
Figure BDA0002523248130000261
其中，
Figure BDA0002523248130000262
表示模态k和扩散角ζk的涡旋波在相对空间位置(r,θ,ψ)的电场响应，上述公式(2-8)等式右侧的第一项μ表示大尺度信道衰落的固定系数，第二项Jk(k0·r·sinθ·sinζk)表示第k阶的贝塞尔一型函数在相对空间位置(r,θ,ψ)的电场振幅信息，第三项
Figure BDA0002523248130000263
表示模态k和和扩散角ζk的涡旋波在相对空间位置(rθψ)的电场相位信息，第四项
Figure BDA0002523248130000264
表示波束赋形指向角度(θψ)引入的修正相位信息。
当多种OAM模态同时并行发送的时，假设已知组合信息
Figure BDA0002523248130000265
则综合叠加后的电磁计算信道响应如下述公式(2-9)所示：
Figure BDA0002523248130000266
其中，k∈{kn}表示k属于并行发送的OAM模态集合。
可理解的，模态k对应的模态波束扩散角ζk并不一定是固定值。对于某个模态k而言，可以有多种方法调节它所对应的扩散角ζk。一种可行的调节扩散角ζk的方法为：通过增大发送端物理天线阵列面积来减小ζk，例如，增加用于发射信号的天线阵子的矩形网格几何拓扑的行数和列数；通过减小发送端物理天线阵列面积来增大ζk，例如，减少用于发射的天线阵子的矩形网格几何拓扑的行数和列数。另一种可行的调节扩散角ζk的方法为：通过在发送端物理天线阵列前面增加额外的凸透镜，然后通过调节凸透镜的折射率来调节扩散角。
可选的，电磁计算与OAM-RS测量得到的信道响应可以互相参考和融合，得到最终的涡旋波信道响应。当计算端通过BF-SRS,BF-CSI-RS或OAM-RS等探测信号测量得到平面波信道响应H1和涡旋波信道响应H2之后，与本申请实施例介绍的电磁计算方法融合在一起得到信道响应的方法包括：
1、通过测量得到的平面波信道响应H1估计得到上述公式(2-8)的等式右侧第一项μ的取值，即利用平面波估计无线信道的大尺度信道衰落系数。
2、将测量得到的涡旋波信道响应H2的信道元素hq,p作为电磁计算得到的信道响应E(r,θ,ψ)的修正参考点。其中，hq,p表示第p根发射天线与第q根接收天线之间的信道响应。计算端已知发送天线(r0,θ0,ψ0)与接收天线(r0+r,θ0+θ,ψ0+ψ)之间的相对空间位置(r,θ,ψ)，并且网络设备已知终端设备的全局空间位置信息，将相对空间位置信息和终端设备的全局空间位置信息结合起来可得到网络设备的某个接收天线所在的全局空间位置信息，进而可以将该某个接收天线所在的全局空间位置信息转换成矩形网格拓扑结构的物理天线阵列的第m行第n列天线阵子的空间位置信息。即，将E(r,θ,ψ)通过空间位置映射转换成E(m,n)，通过查询网络侧的空间位置数据库可以得到第m行第n列天线阵子(m,n)与信道元素hq,p的第q根接收天线之间的映射关系，进而可以利用信道元素hq,p来修正终端设备到网络设备的电磁计算信道响应E(m,n)。
可选的，对于天线阵子数量庞大的物理天线阵列而言，通过探测信号测量获得信道响应的过程并非需要在每一对收发天线阵子对(q,p)之间均测量一次。本申请实施例为了降低测量复杂度，本申请实施例可以通过对较为稀疏的(行列间隔较大)的一部分天线阵子进行探测信号测量，中间的其他天线阵子基于电磁计算的方式通过插值算法补充完整，可以减少庞大规模的矩阵求逆计算量以及大量的无线信号处理计算量。
综上，本申请实施例融合电磁计算和OAM-RS信号测量得到信道响应的主要思想为：以电磁计算的结果为基础，利用信号测量的结果对电磁计算的结果进行动态的、少量的修正。
本申请实施例通过电磁计算方法估算OAM涡旋波的基础信道响应，然后测量少量的探测信号来修订基础信道响应，最终得到真实可用的OAM涡旋波信道响应，可以降低信道测量过程中的无线资源开销和计算量，并可以将信道测量过程中节省的无线资源用于传输有用数据，从而提高系统的吞吐量。
作为一个可选实施例，当网络设备通过电磁计算和/或探测信号测量的方式、获得来自终端设备的OAM涡旋波在不同空间位置上的物理天线阵子的信道响应后，网络设备可以获得各个空间位置(m,n)的天线阵子接收来自终端设备的OAM涡旋波的电场功率强弱分布信息。网络设备根据电场功率强度信息和OAM传播轴心估计信息，网络设备针对终端设备从网络设备的物理天线阵列中选择其中一部分天线阵子作为接收来自终端设备的OAM涡旋波的接收天线阵子。
可选的，在网络设备的M行N列物理天线阵子中选择一部分天线阵子作为接收天线子集。参见图17，图17是本申请实施例提供的接收天线子集的几何拓扑排列示意图。如图17所示，图17的(a)表示接收天线子集的几何拓扑结构为多个同心圆均匀分布，图17的(b)表示接收天线子集的几何拓扑结构为多个椭圆均匀分布，图17的(c)表示接收天线子集的几何拓扑结构为多个矩形均匀分布，图17的(d)表示接收天线子集的几何拓扑结构为“十”字形横竖均匀分布，图17的(e)表示接收天线子集的几何拓扑结构为平行多行均匀分布，图17的(f)表示接收天线子集的几何拓扑结构为抛物螺旋线分布。
其中，图17的(f)所示的抛物螺旋线分布中第n个天线阵子距离圆心的半径长度Rn、等于第n个OAM模态的第一类贝塞尔函数Jn(x)的曲线(上述图2所示的0阶、1阶、2阶第1类贝塞尔函数曲线图)在Y轴峰值时的X轴坐标，即Rn＝xn且满足
Figure BDA0002523248130000271
获取N个OAM模态对应的Jn(x)，n＝1,2,…,N，在Y轴峰值时的X轴坐标，即半径长度Rn，在N个半径长度Rn形成的N个圆上取N个天线阵子，每个圆上取一个天线阵子作为接收天线，该N个天线阵子中的相邻两个天线阵子的方位角相差2π/N。
可选的，本申请实施例网络设备采用的接收天线子集的几何拓扑结构可以是图17的(f)所示的抛物螺旋线分布。可理解的，图17的(f)所示的抛物螺旋线的原点位置与前述实施例七估计得到的OAM传播轴心的映射空间位置重合。Jn(x)，n＝1,2,…,N，中n的取值与终端设备发送的OAM模态取值相同。
综上，网络设备选择接收天线子集的方法包括：
1)在OAM传播轴心的映射空间位置落在网络设备的物理天线阵列的覆盖范围内的情况下
方法一、以OAM传播轴心的映射空间位置为原点，每个接收天线阵子围绕原点均匀分布。方法二、以OAM传播轴心的映射空间位置为原点，第n个接收天线阵子到原点的距离Rn等于OAM模态n的第一类贝塞尔函数Jn(x)取得峰值时的x值。方法三、如果接收天线阵子数量N大于发送端的OAM模态总数M，则前M个接收天线阵子按照前述方法二部署，后(N-M)个接收天线阵子根据功率注水原则，选择最大SNR对应的OAM模态k，都分布在Jk(x)取得峰值时的半径值所形成的圆上。其中，这N个接收天线阵子遵循以轴心位置为原点，方位角绕原点均匀分布。
2)在OAM传播轴心的映射空间位置落在网络设备的物理天线阵列的覆盖范围外的情况下
方法四、所有接收天线阵子尽可能均匀分布在物理天线阵列的覆盖范围内，这里的均匀分布可以存在一定的误差，不代表绝对均匀。方法五、所有接收天线阵子尽可能分布在接收功率大的空间位置上。
可理解的，在网络设备的物理天线阵列包含巨大数量的天线阵子的情况下，使用网络设备的全部天线阵子对来自某个终端设备的信号进行接收，将会引入巨大的接收信号计算量和处理复杂度。本申请实施例提供一种接收天线子集选择方法，通过充分利用OAM涡旋波相对于平面波的功率幅度在空间分布上的不均匀性，通过少量的天线阵子完成信号的接收，既可以降低网络设备的信号处理计算量和复杂度，也可以减少多个终端设备同时进行上行传输时的干扰。
实施例九
本申请实施例九对前述实施例六提及的网络设备根据等效信道模型确定MIMO和OAM联合收发方式的具体过程进行详细介绍。
本申请实施例九假定前述实施例六中平面波的信道矩阵H1的相关信息为已知的先验信息，具体包括：网络设备通过信道矩阵H1，判断出的终端设备与本网络设备之间基于平面波可以支持的逻辑天线端口数量M1，以及基于平面波最佳支持的MIMO预编码的数据流层数NL1；网络设备通过侦听BF-SRS的到达方位角展宽、多径冲击响应的强度与时间间隔，估计得到的终端设备与网络设备之间的平面波无线信道的多径数量、强度与时延信息等。
本申请实施例九假定前述实施例六中涡旋波的信道矩阵H2的相关信息为已知的先验信息，具体包括：网络设备通过信道矩阵H2，判断出的终端设备与本网络设备之间基于涡旋波可以支持的逻辑天线端口数量M2，以及基于涡旋波最佳支持的并行数据流层数NL2；网络设备通过侦听OAM-RS的到达方位角展宽、多径冲击响应的强度与时间间隔、以及不同OAM模态之间的信号干扰程度，估计得到的终端设备与网络设备之间的涡旋波无线信道的多径数量、强度和时延信息，以及无线信道对OAM涡旋波的相位噪声和串扰噪声等。
参见图18，图18是本申请实施例提供的确定MIMO和OAM联合收发方式的逻辑示意图。其中，平面波的信道响应H1提供的多径信道数量记为P1，平面波多径丰富与否的预设门限值记为A；涡旋波的信道响应H2提供的多径信道数量记为P2，涡旋波多径丰富与否的预设门限值记为B。两个预设门限值A和B的取值既可以相等，也可以不相等。本申请实施例设定A＝4和B＝2，可理解的，在实际应用中，A和B还可以有其他取值，本申请实施例对A和B的具体取值不做限定。
如图18所示，网络设备确定MIMO和OAM联合收发方式的具体工作过程包括：首先，判断平面波的信道响应H1对应的多径信道数量P1是否小于或等于预设门限值A。如果多径信道数量P1大于预设门限值A，说明此时的无线信道为平面波多径丰富信道，则确定采用MIMO发送和MIMO接收的收发方式。如果多径信道数量P1小于或等于预设门限值A，说明此时的无线信道为平面波多径稀疏信道，则判断涡旋波的信道响应H2对应的多径信道数量P2是否小于或等于预设门限值B。如果多径信道数量P2大于预设门限值B，说明此时的无线信道为涡旋波多径丰富信道，则确定采用MIMO+OAM联合发送和MIMO+OAM联合接收的收发方式。如果多径信道数量P2小于或等于预设门限值B，说明此时的无线信道为涡旋波多径稀疏信道，则根据相位噪声和/或串扰噪声的大小来确定采用何种收发方式。例如，判断相位噪声是否严重(可通过比较相位噪声与阈值的大小来判断是否严重，如，相位噪声的值大于或等于阈值，则认为相位噪声严重；反之，相位噪声的值小于该阈值，则认为相位噪声不严重)。如果相位噪声严重，则确定采用OAM发送和MIMO+OAM联合接收的收发方式。如果相位噪声不严重，则判断串扰是否严重(可通过比较串扰噪声与阈值的大小来判断是否严重，如，串扰噪声的值大于或等于阈值，则认为串扰噪声严重；反之，串扰噪声的值小于该阈值，则认为串扰噪声不严重)。如果串扰噪声严重，则确定采用OAM发送和MIMO+OAM联合接收的收发方式。如果串扰噪声不严重，则确定采用OAM发送和OAM接收的收发方式。
本申请实施例通过分别判断平面波提供的多径信道数量是否丰富，和涡旋波提供的多径信道数量是否丰富，来确定MIMO和OAM联合收发方式，可以自适应地选择最佳匹配的MIMO或OAM或MIMO+OAM的收发组合方式，匹配信道的最佳并行多流传输方式，从而提高系统吞吐量。
实施例十
本申请实施例十对前述实施例六提及的不同MIMO和OAM联合收发方式下的收发信号处理过程进行详细介绍。
本申请实施例十假定终端设备是发送端，网络设备是接收端。假定网络设备通过侦听BF-SRS,OAM-RS等探测信号已完成平面波和涡旋波的信道响应估计过程，并已经通过控制信令向终端设备反馈OMI和OPI作为本次通信过程建议使用的OMI和OPI。假定终端设备确定采纳网络设备反馈的OMI和OPI方案，并将OMI和OPI输入到自己的模态和功率因子模块，进而作用于OAM模态调制模块。
为更好地理解收发信号的处理过程，本申请实施例将结合上述图6所示的物理层基带系统进行描述。为便于描述，本申请实施例将MIMO预编码模块的作用函数记为W，OAM模态调制模块的作用函数记为G，空间滤波器模块的作用函数记为F，无线信道响应函数记为H。此外，将发送端的NL条并行数据流记为X，接收端从NR个物理天线接收到的信号记为Y。
其中，X为NL×1的矩阵，Y为NR×1的矩阵，H为NR×NL的矩阵，F为NT×NM的矩阵，G为NM×M的矩阵，W为M×NL的矩阵。具体表现形式如下：
Figure BDA0002523248130000301
Figure BDA0002523248130000302
Figure BDA0002523248130000303
Figure BDA0002523248130000304
Figure BDA0002523248130000305
Figure BDA0002523248130000306
假设接收端的加性白高斯噪声(additive white gaussian noise，AWGN)被记为N0，则如图19所示的整个信号输入输出关系可以满足下述公式(2-16)：
Figure BDA0002523248130000307
其中，无线信道响应函数H和加性高斯白噪声N0是不受发送端或接收端控制的客观环境决定的。空间滤波器作用函数F的主要作用是通过调节不同天线阵子的相位实现不同的波束赋形方向。
为了方便后续的说明，定义矩阵符号IK×K表示K行K列的单位矩阵，它从左上角到右下角的斜对角线元素都是1，其他元素都是0。
终端设备与网络设备通过PUSCH和PDSCH信道进行业务数据传输，分别对应表格1的四种具体组合：MIMO发送和MIMO接收，OAM发送和OAM接收，OAM发送和联合接收，联合发送和联合接收。下面将分别对这四种组合方式下，发送端的G和H的处理方法进行说明。
组合1：MIMO发送和MIMO接收。即发送端关闭与OAM有关的OAM模态调制模块112和接收端关闭OAM模态解调模块122。此时，发送端的等效信道判断模块114设置参数NM＝M。发送端的预编码权值矩阵模块115按照3GPP标准协议规定的预编码码本选定W。发送端的模态和功率因子模块116配置
Figure BDA0002523248130000308
在这种情况下，上述公式(2-16)可以等价于下述公式(2-17)。接收端可以采用MIMO译码算法完成后续接收过程。
Figure BDA0002523248130000309
组合2：OAM发送和OAM接收。即，发送端关闭与MIMO有关的模块MIMO预编码模块111和接收端关闭MIMO译码模块121。此时，发送端的等效信道判断模块114设置参数M＝NL。发送端的预编码权值矩阵模块115配置预编码码本
Figure BDA0002523248130000311
发送端的模态和功率因子模块116配置
Figure BDA0002523248130000312
在这种情况下，上述公式(2-16)可以等价于下述公式(2-18)。接收端可以采用OAM模态解调算法完成后续接收过程。
Figure BDA0002523248130000313
组合3：OAM发送和MIMO+OAM联合接收。即，发送端关闭与MIMO有关的模块MIMO预编码模块111，接收端打开MIMO译码模块121。发送端的信号处理过程同上述组合2，接收端
Figure BDA0002523248130000314
的表达式同上述公式(2-18)。接收端采用MIMO+OAM联合接收方式完成后续接收过程。MIMO+OAM联合接收处理方式如下：
通过侦听OAM-RS探测信道的方式得到OAM涡旋波的等效信道响应矩阵
Figure BDA0002523248130000315
满足下述公式(2-19)，相应地，接收端
Figure BDA0002523248130000316
满足下述公式(2-20)：
Figure BDA0002523248130000317
Figure BDA0002523248130000318
再通过迫零(zero forcing，ZF)算法完成对多个OAM模态承载的多路并行数据流的接收端还原恢复过程。接收端还原的多路并行数据流
Figure BDA0002523248130000319
满足下述公式(2-21)：
Figure BDA00025232481300003110
组合4：MIMO+OAM联合发送和MIMO+OAM联合接收。即，发送端的MIMO预编码模块111和OAM模态调制模块112，接收端的MIMO译码模块121和OAM模态解调模块122同时处于工作状态。此时，发送端的预编码权值矩阵模块115需要选择W，发送端的模态和功率因子模块116需要选择G。本申请实施例提供一种矩阵G和W的选择方法。参见图19，图19是本申请实施例提供的矩阵G和W的选择方法的一示意流程图。在这种情况下，整个信号输入输出关系满足上述公式(2-16)，矩阵G满足
Figure BDA00025232481300003111
矩阵W满足
Figure BDA00025232481300003112
如图20所示，矩阵G和W的选择方法包括以下步骤：
1，发送端的模态和功率因子模块116根据已知的OMI和OPI生成OAM模态调制模块112对应的矩阵
Figure BDA00025232481300003113
2，发送端的预编码权值矩阵模块115根据已知的F和G矩阵，通过侦听OAM-RS探测信道的方式得到OAM涡旋波的等效信道响应矩阵H2＝H·F·G。
3，发送端的预编码权值矩阵模块115对等效信道矩阵H2奇异值分解(singularvalue decomposition，SVD)运算得到svd(H2)＝U·D·V，然后令预编码码本等于分解式最右项矩阵V的共轭转置矩阵，即W＝VT。其中，VT表示矩阵V的共轭转置矩阵。
当得到预编码本W和矩阵G后，带入上述公式(2-16)完成发送端的MIMO和OAM的联合发送过程。在接收端，可以使用组合3介绍的MIMO和OAM联合接收的迫零算法完成接收过程。
可选的，根据OMI和OPI生成OAM矩阵G的具体方法如下文所述。将OMI记为一个长度等于逻辑天线端口数量M的行向量：
OMI＝{k1,k2,...,km,...,kM},1≤m≤M……………………………(2-22)
其中，km∈Z，即km属于整数集，km表示被选中的第m个OAM模态。可理解的，km并不等于±m，即第m个模态并不意味着模态取值就是m。还可理解的，OMI允许km＝0，即OMI允许OAM模态0(平面波)；OMI也允许km＝kn且m≠n，即，OMI允许向量的不同元素取值相同。
例如，假设某次通信过程设定的OMI是{0,0,1,2,3,1,2,2}，OMI包含M＝8个向量元素，包含0/1/2/3共四种OAM模态，甚至包含2个的平面波。
将OPI记为一个长度与OMI长度相同的行向量：
OPI＝{p1,p2,...,pm,...,pM},1≤m≤M……………………………(2-23)
其中，pm∈R，即pm属于实数集，pm表示被选中的第m个OAM模态对应的功率因子。OPI的第m个功率因子pm与OMI的第m个模态km是一一对应关系。
例如，假设某次通信过程设定的OPI是{0.1,0.1,0.5,0.7,1.0,0.5,0.7,0.7}，OPI包含M＝8个向量元素，包含0.1/0.5/0.7/1.0这四种功率因子。可选的，低OAM模态对应较低的功率因子，高OAM模态对应较高的功率因子。如，OAM模态0对应的功率因子为0.1，OAM模态1对应的功率因子为0.5，OAM模态2对应的功率因子为0.7，OAM模态3对应的功率因子为1.0。
在发送端的模态和功率因子模块116得到OMI和OPI之后，OAM矩阵G＝GNM×M被认为是M个列向量的集合{Qm}，1≤m≤M。而每一个列向量Qm都包含NM个元素，Qm满足下述公式(2-24)：
Figure BDA0002523248130000321
其中，pm是OPI给定的第m个OAM模态的功率因子，km是选中的第m个OAM模态值，
Figure BDA0002523248130000323
表示OAM模态km在发送端物理天线阵列的第n个天线阵子上的初始相位。基于OMI和OPI生成的OAM矩阵G满足下述公式(2-25)：
Figure BDA0002523248130000322
将上述公式(2-25)生成的OAM矩阵G带入上述公式(2-16)、公式(2-17)以及公式(2-18)即可获得各种收发组合场景下的信号处理过程。
本申请实施例提出一种完整的联合收发流程，可以动态地适应无线信道条件的变化，采用最佳匹配的通信方式获得更高的系统吞吐量。本申请实施例还提供一种OMI和OPI的表示方法，然后基于动态的模态组合和功率分配进行单独OAM发送或者MIMO+OAM联合发送，可以进一步动态地适应无线信道条件的变化，进一步获得更高的系统吞吐量。
可理解的，上述内容从不同的方面介绍本申请的技术方案，应理解的是，上述各个实施例和有益效果可以互相参考，各个实施例的特征也可以组合。
上述内容详细阐述了本申请的方法，为了便于更好地实施本申请实施例的上述方案，本申请实施例还提供了相应的装置或设备。
参见图20，图20是本申请实施例提供的通信装置的第一种结构示意图。该通信装置可以为终端设备或者可以设置于终端设备中的芯片或电路。如图20所示，该通信装置1可包括：
收发单元11，用于在第一波束方向上发送第一OAM参考信号；还用于，接收第一指示信息，该第一指示信息中包括第二波束方向；还用于，在该第二波束方向上发送第二OAM参考信号；还用于，接收该第二指示信息，该第二指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第二指示信息用于确定传输方式，该传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
其中，该第一OAM参考信号承载于第一波束上，该第一波束为圆极化波束与OAM波束的复合波束，该第一OAM参考信号用于确定该第一OAM参考信号的传播轴心所在的第一空间位置，该第一空间位置用于从该第一波束方向中确定出第二波束方向。该第二OAM参考信号用于确定天线信息和该第二OAM参考信号的第二信道响应，该第二信道响应和该天线信息用于确定第二指示信息。该第二OAM参考信号承载于线极化波束与OAM波束的复合波束上。
可选的，上述收发单元11，还用于发送多个探测参考信号SRS；还用于，接收第三指示信息，该第三指示信息中包括该第一波束方向和圆极化方向。
其中，一个探测参考信号对应一个波束方向，该探测参考信号用于确定该探测参考信号的第一信道响应，该第一信道响应用于从多个波束方向中确定出第一波束方向。每个探测参考信号为平面波参考信号。
可选的，上述第二OAM参考信号承载于第二波束上，该第二波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
可选的，该通信装置1还包括处理单元12，用于根据该第二指示信息传输数据信息。
可选的，上述第二指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
可选的，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和该OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
具体实现中，各个模块或单元的实现还可以对应参照前述关于上行通信的实施例中终端设备的相应描述，执行上述关于上行通信的实施例中终端设备所执行的方法和功能。
参见图21，图21是本申请实施例提供的通信装置的第二种结构示意图。该通信装置可以为网络设备或者可以设置于网络设备中的芯片或电路。如图21所示，该通信装置2可包括：
收发单元21，用于接收第一波束方向上的第一OAM参考信号；还用于，向该终端设备发送第一指示信息，该第一指示信息中包括第二波束方向；还用于，接收该第二波束方向上的第二OAM参考信号；还用于，发送该第二指示信息，该第二指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第二指示信息用于确定传输方式，该传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
该通信装置2还包括处理单元22，用于根据该第一OAM参考信号确定该第一OAM参考信号的传播轴心所在的第一空间位置，或根据该第二OAM参考信号确定天线信息和该第二OAM参考信号的第二信道响应，等等。
其中，该第一OAM参考信号承载于第一波束上，该第一波束为圆极化波束与OAM波束的复合波束，该第一OAM参考信号用于确定该第一OAM参考信号的传播轴心所在的第一空间位置，该第一空间位置用于从该第一波束方向中确定出第二波束方向。该第二OAM参考信号用于确定天线信息和该第二OAM参考信号的第二信道响应，该第二信道响应和该接收天线信息用于确定第二指示信息。该第二OAM参考信号承载于线极化波束与OAM波束的复合波束上。
可选的，上述收发单元21，还用于接收多个探测参考信号；还用于，发送第三指示信息，该第三指示信息中包括该第一波束方向和圆极化方向。
其中，上述圆极化波束的圆极化方向与该第三指示信息包括的圆极化方向相同。一个探测参考信号对应一个波束方向，该探测参考信号用于测量波束方向上的第一信道响应，该第一信道响应用于从多个波束方向中确定出第一波束方向。每个探测参考信号为平面波参考信号。
可选的，上述第二OAM参考信号承载于第二波束上，该第二波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
可选的，上述收发单元21，还用于根据该接收天线信息接收数据信息。
可选的，上述第二指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
可选的，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和该OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
具体实现中，各个模块或单元的实现还可以对应参照前述关于上行通信的实施例中网络设备的相应描述，执行上述关于上行通信的实施例中网络设备所执行的方法和功能。
本申请实施例通过携带和不携带OAM的多个探测信号进行多次信道测量，再根据探测信号的信道响应特征选择MIMO与OAM的联合发送和接收组合方式；最后通过收发两端之间交互的控制信令进行OAM模态和功率因子的协商配置。可以不依赖周边环境产生的多径反射、散射和衍射的空间域独立不相关性，基于OAM主动构造出空间域的独立不相关性，增大移动场景中信道矩阵的秩，提升无线通信的频谱效率。
参见图22，图22是本申请实施例提供的通信装置的第三种结构示意图。该通信装置可以为网络设备或者可以设置于网络设备中的芯片或电路。如图22所示，该通信装置3可包括：
收发单元31，用于在第三波束方向上发送第三OAM参考信号；还用于，接收该第四指示信息，该第四指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第四指示信息用于确定传输方式，该传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
其中，该第三OAM参考信号用于确定该第三OAM参考信号的第三信道响应，该第三信道响应用于确定第四指示信息。第三OAM参考信号承载于线极化波束与OAM波束的复合波束上。
可选的，上述收发单元31，还用于向终端设备发送多个信道状态信息参考信号CSI-RS；还用于，从该终端设备接收第五指示信息，该第五指示信息中包括该第三波束方向。
其中，该多个信道状态信息参考信号对应的多个波束方向不相同，一个信道状态信息参考信号对应一个波束方向，该信道状态信息参考信号用于确定该信道状态信息参考信号的第四信道响应，该第四信道响应用于从多个波束方向中确定出第三波束方向。
可选的，上述第五指示信息中还包括每个信道状态信息参考信号对应的层一参考信号接收功率，该层一参考信号接收功率用于确定该网络设备传输数据时所使用的功率。
可选的，上述第三OAM参考信号承载于第三波束上，该第三波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
可选的，该通信装置3还包括处理单元32，用于根据该第四指示信息传输数据信息。
可选的，上述第四指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
可选的，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和该OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
具体实现中，各个模块或单元的实现还可以对应参照前述关于下行通信的实施例中网络设备的相应描述，执行上述关于下行通信的实施例中网络设备所执行的方法和功能。
参见图23，图23是本申请实施例提供的通信装置的第四种结构示意图。该通信装置可以为终端设备或者可以设置于终端设备中的芯片或电路。如图23所示，该通信装置4可包括：
收发单元41，用于从网络设备接收第三波束方向上的第三OAM参考信号；还用于向该网络设备发送该第四指示信息，该第四指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息，该第四指示信息用于确定传输方式，该传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
该通信装置4还包括处理单元42，用于生成第三OAM参考信号和/或信令等。
其中，该第三OAM参考信号用于确定该第三OAM参考信号的第三信道响应，该第三信道响应用于确定第四指示信息。第三OAM参考信号承载于线极化波束与OAM波束的复合波束上。
可选的，上述收发单元41，还用于接收多个信道状态信息参考信号；还用于，发送第五指示信息，该第五指示信息中包括该第三波束方向。
其中，一个信道状态信息参考信号对应一个波束方向，该信道状态信息参考信号用于确定该信道状态信息参考信号的第四信道响应，该第四信道响应用于从多个波束方向中确定出第三波束方向。
可选的，上述第五指示信息中还包括每个信道状态信息参考信号对应的层一参考信号接收功率，该层一参考信号接收功率用于确定该网络设备传输数据时所使用的功率。
可选的，上述第三OAM参考信号承载于第三波束上，该第三波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
可选的，上述收发单元41，还用于接收数据信息。
可选的，上述第四指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
可选的，上述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和该OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
具体实现中，各个模块或单元的实现还可以对应参照前述关于下行通信的实施例中终端设备的相应描述，执行上述关于下行通信的实施例中终端设备所执行的方法和功能。
参见图24，图24是本申请实施例提供的通信装置的第五种结构示意图。如图24所示，本申请实施例提供的通信装置1000包括处理器1001、存储器1002、收发器1003和总线系统1004。本申请实施例提供的通信装置可以为终端设备和网络设备中的任意一种。
其中，上述处理器1001、存储器1002和收发器1003通过总线系统1004连接。
上述存储器1002用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。存储器1002包括但不限于是随机存储记忆体(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammable read only memory，EPROM)、或便携式只读存储器(compact disc read-only memory，CD-ROM)。图11中仅示出了一个存储器，当然，存储器也可以根据需要，设置为多个。存储器1002也可以是处理器1001中的存储器，在此不做限制。
存储器1002存储了如下的元素，可执行单元或者数据结构，或者它们的子集，或者它们的扩展集：
操作指令：包括各种操作指令，用于实现各种操作。
操作系统：包括各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务。
上述处理器1001控制通信装置1000的操作，处理器1001可以是一个或多个中央处理器(central processing unit，CPU)，在处理器1001是一个CPU的情况下，该CPU可以是单核CPU，也可以是多核CPU。
具体的应用中，通信装置1000的各个组件通过总线系统1004耦合在一起，其中总线系统1004除包括数据总线之外，还可以包括电源总线、控制总线和状态信号总线等。但是为了清楚说明起见，在图24中将各种总线都标为总线系统1004。为便于表示，图24中仅是示意性画出。
前述任一实施例提供的终端设备的方法；或者前述任一实施例提供的网络设备的方法可以应用于处理器1001中，或者由处理器1001实现。处理器1001可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器1001中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器1001可以是通用处理器、数字信号处理器(digital signal processing，DSP)、专用集成电路(application specificintegrated circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器1002，处理器1001读取存储器1002中的信息，结合其硬件执行前述任一实施例所描述的终端设备的方法步骤；或者结合其硬件执行前述任一实施例所描述的网络设备的方法步骤。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序代码，当该计算机程序代码在计算机上运行时，使得该计算机执行前述任一实施例所描述的终端设备的方法步骤；或者当该计算机程序代码在计算机上运行时，使得该计算机执行前述任一实施例所描述的网络设备的方法步骤。
本申请实施例还提供一种装置，该装置可以为芯片。该芯片包括处理器。该处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以执行前述任一实施例的任意可能的实现方式中的通信方法。可选的，该芯片还包括存储器，该存储器与该处理器通过电路或电线连接。进一步可选的，该芯片还包括通信接口，该处理器与该通信接口连接。该通信接口用于接收需要处理的数据和/或信息，该处理器从该通信接口获取该数据和/或信息，并对该数据和/或信息进行处理，并通过该通信接口输出处理结果。该通信接口可以是输入输出接口。
可选的，上述的处理器与存储器可以是物理上相互独立的单元，或者，存储器也可以和处理器集成在一起。
本申请的另一实施例中，还提供一种通信系统，该通信系统包括终端设备和网络设备。示例性的，终端设备可以为前述任一实施例中的终端设备，网络设备可以为前述任一实施例中的网络设备。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (37)

1.一种通信方法，其特征在于，包括：
第一通信装置在第一波束方向上发送第一轨道角动量OAM参考信号，所述第一OAM参考信号用于从所述第一波束方向中确定出第二波束方向；
所述第一通信装置接收第一指示信息，所述第一指示信息中包括所述第二波束方向的信息；
所述第一通信装置在所述第二波束方向上发送第二OAM参考信号，所述第二OAM参考信号用于确定天线信息和所述第二OAM参考信号的第二信道响应；
所述第一通信装置接收第二指示信息，其中，所述第二指示信息基于所述第二信道响应对应的多径信道数量和所述天线信息确定，所述第二指示信息用于确定传输方式，所述传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信装置在第一波束方向上发送第一轨道角动量OAM参考信号之前，所述方法还包括：
第一通信装置发送多个探测参考信号SRS，一个探测参考信号对应一个波束方向，所述探测参考信号用于确定所述探测参考信号的第一信道响应，所述第一信道响应用于从多个所述波束方向中确定出第一波束方向；
所述第一通信装置接收第三指示信息，所述第三指示信息中包括所述第一波束方向和圆极化方向。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一OAM参考信号承载于第一波束上，所述第一波束为圆极化波束与OAM波束的复合波束，所述圆极化波束的圆极化方向与第三指示信息包括的圆极化方向相同。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二OAM参考信号承载于第二波束上，所述第二波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信装置接收所述第二指示信息之后，所述方法还包括：
所述第一通信装置根据所述第二指示信息传输数据信息。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和所述OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
9.一种通信方法，其特征在于，包括：
第二通信装置接收第一波束方向上的第一OAM参考信号，所述第一OAM参考信号用于从所述第一波束方向中确定出第二波束方向；
所述第二通信装置发送第一指示信息，所述第一指示信息中包括所述第二波束方向的信息；
所述第二通信装置接收所述第二波束方向上的第二OAM参考信号，所述第二OAM参考信号用于确定天线信息和所述第二OAM参考信号的第二信道响应；
所述第二通信装置发送第二指示信息，其中，所述第二指示信息基于所述第二信道响应对应的多径信道数量和所述天线信息确定，所述第二指示信息用于确定传输方式，所述传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二通信装置接收第一波束方向上的第一OAM参考信号之前，所述方法还包括：
第二通信装置接收多个探测参考信号，一个探测参考信号对应一个波束方向，所述探测参考信号用于确定所述探测参考信号的第一信道响应，所述第一信道响应用于从多个所述波束方向中确定出第一波束方向；
所述第二通信装置发送第三指示信息，所述第三指示信息中包括所述第一波束方向和圆极化方向。
11.根据权利要求9或10任一项所述的方法，其特征在于，所述第一OAM参考信号承载于第一波束上，所述第一波束为圆极化波束与OAM波束的复合波束，所述圆极化波束的圆极化方向与第三指示信息包括的圆极化方向相同。
12.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述第二OAM参考信号承载于第二波束上，所述第二波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二通信装置发送所述第二指示信息之后，所述方法还包括：
所述第二通信装置根据所述天线信息接收数据信息。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和所述OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
17.一种通信方法，其特征在于，包括：
第二通信装置在第三波束方向上发送第三OAM参考信号，所述第三OAM参考信号用于确定所述第三OAM参考信号的第三信道响应；
所述第二通信装置接收第四指示信息，其中，所述第四指示信息基于所述第三信道响应对应的多径信道数量确定，所述第四指示信息用于确定传输方式，所述传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述第二通信装置在第三波束方向发送第三OAM参考信号之前，所述方法还包括：
第二通信装置发送多个信道状态信息参考信号CSI-RS，一个信道状态信息参考信号对应一个波束赋形方向，所述信道状态信息参考信号用于确定所述信道状态信息参考信号的第四信道响应，所述第四信道响应用于从多个所述波束方向中确定出第三波束方向；
所述第二通信装置接收第五指示信息，所述第五指示信息中包括所述第三波束方向。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第五指示信息中还包括所述信道状态信息参考信号对应的层一参考信号接收功率，所述层一参考信号接收功率用于确定所述第二通信装置传输数据时所使用的功率。
20.根据权利要求17-19任一项所述的方法，其特征在于，所述第三OAM参考信号承载于第三波束上，所述第三波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
21.根据权利要求17-19任一项所述的方法，其特征在于，所述第二通信装置接收所述第四指示信息之后，所述方法还包括：
所述第二通信装置根据所述第四指示信息传输数据信息。
22.根据权利要求17-19任一项所述的方法，其特征在于，所述第四指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第四指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
24.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和所述OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
25.一种通信方法，其特征在于，包括：
第一通信装置接收第三波束方向上的第三OAM参考信号，所述第三OAM参考信号用于确定所述第三OAM参考信号的第三信道响应；
所述第一通信装置发送第四指示信息，其中，所述第四指示信息基于所述第三信道响应对应的多径信道数量确定，所述第四指示信息用于确定传输方式，所述传输方式包括OAM波传输、或平面波传输、或OAM和平面波的联合传输。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述第一通信装置接收第三波束方向上的第三OAM参考信号之前，所述方法还包括：
第一通信装置接收多个信道状态信息参考信号，一个信道状态信息参考信号对应一个波束赋形方向，所述信道状态信息参考信号用于确定所述信道状态信息参考信号的第四信道响应，所述第四信道响应用于从多个所述波束方向中确定出第三波束方向；
所述第一通信装置发送第五指示信息，所述第五指示信息中包括所述第三波束方向。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第五指示信息中还包括所述信道状态信息参考信号对应的层一参考信号接收功率，所述层一参考信号接收功率用于确定第二通信装置传输数据时所使用的功率。
28.根据权利要求25-27任一项所述的方法，其特征在于，所述第三OAM参考信号承载于第三波束上，所述第三波束为线极化波束与OAM波束的复合波束。
29.根据权利要求25-27任一项所述的方法，其特征在于，所述第一通信装置发送第四指示信息之后，所述方法还包括：
所述第一通信装置接收数据信息。
30.根据权利要求25-27任一项所述的方法，其特征在于，所述第四指示信息中包括OAM矩阵指示信息和OAM功率指示信息。
31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述第四指示信息还包括秩指示RI信息和预编码矩阵指示PMI信息。
32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述OAM功率指示信息包括OAM模态参数和所述OAM模态参数中OAM模态对应的功率参数。
33.一种第一通信装置，其特征在于，包括处理器、收发器和存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发信号或信息，所述计算机程序包括程序指令，当所述处理器运行所述程序指令时，使所述第一通信装置执行如权利要求1-8任一项或权利要求25-32任一项所述的方法。
34.一种第二通信装置，其特征在于，包括处理器、收发器和存储器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发信息或消息，所述计算机程序包括程序指令，当所述处理器运行所述程序指令时，使所述第二通信装置执行如权利要求9-16任一项或权利要求17-24任一项所述的方法。
35.一种通信系统，其特征在于，包括第一通信装置和第二通信装置，其中：
所述第一通信装置为执行如权利要求1-8任一项或如权利要求25-32任一项所述方法的装置；
所述第二通信装置为执行如权利要求9-16任一项或权利要求17-24任一项所述方法的装置。
36.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储程序指令，当所述程序指令运行时，使得如权利要求1-8任一项或者如权利要求25-32任一项所述的方法被执行。
37.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储程序指令，当所述程序指令运行时，使得如权利要求9-16任一项或者如权利要求17-24任一项所述的方法被执行。
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