CN114205005A - 基于轨道角动量的发送、接收方法及装置 - Google Patents

基于轨道角动量的发送、接收方法及装置 Download PDF

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CN114205005A
CN114205005A CN202010909010.2A CN202010909010A CN114205005A CN 114205005 A CN114205005 A CN 114205005A CN 202010909010 A CN202010909010 A CN 202010909010A CN 114205005 A CN114205005 A CN 114205005A
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channel matrix
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terminal
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王菡凝
金婧
王启星
刘光毅
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China Mobile Communications Ltd Research Institute
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China Mobile Communications Group Co Ltd
China Mobile Communications Ltd Research Institute
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Abstract

本发明提供了一种基于轨道角动量的发送、接收方法及装置，属于通信技术领域。轨道角动量的发送方法，应用于网络侧设备，包括：利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵，所述第一预处理矩阵用于对发送的OAM电磁波进行预处理。本发明的技术方案能够保证模态之间的正交性，同时保证接收端SNR。

Description

基于轨道角动量的发送、接收方法及装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别是指一种基于轨道角动量的发送、接收方法及装置。
背景技术
随着移动数据需求的飞速增长，频谱资源紧缺的问题已成为限制无线通信产业发展的瓶颈。到目前为止，无线通信仍旧建立在平面电磁波(PE)上，通过检测电场强度，来实现信号的接收与解调。复用维度主要包括时域(TDM)、频域(FDM)、码域(CDM)、空域(SDM)和极化域(PDM)，很难进一步提高系统容量。轨道角动量(Orbit Angular Momentum，OAM)是区别于电场强度的固有独立物理量，提供了无线传输的新维度。通过OAM的复用可以在不依赖于诸如时间和频率的传统资源的情况下发送多个同轴数据流，从而潜在地增加无线通信链路的系统容量和频谱效率，并有望应用于下一代无线通信网络中。
OAM射频电磁波可以由环形天线阵、螺旋相位板、抛物面天线和特殊电磁结构产生。其中，均匀环形天线阵(UCA)是在圆环上等间距布满天线阵元，每个阵元的馈电相位依次延时2πl/N(N为天线阵元个数，l为OAM模态数)，环绕天线阵列一周后产生了2πl的相位旋转,从而等效出一个沿着传播方向呈螺旋分布的相位图。鉴于其简单的OAM电磁波产生原理，这种采用环形天线阵产生OAM电磁波的方式被大量应用在仿真和原理实验中。
现有基于UCA的产生方法中，物理实现上要求发送天线阵列和接收天线阵列圆心对准且平行，天线阵子之间相关，当发送天线阵列和接收天线阵列不严格对齐(不共轴或者不平行)、天线阵子之间不相关、非视距N-LOS场景或者考虑大气湍流等情况下，再使用OAM技术会导致模态失真，性能损失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于轨道角动量的发送、接收方法及装置，能够将信道等效成符合OAM要求的信道。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种轨道角动量的发送方法，应用于网络侧设备，包括：
利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；
接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；
利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵WT，所述第一预处理矩阵WT用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，所述获取所述信道矩阵H的特征值包括：
对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
利用所述信道矩阵H的特征值得到得到理想信道矩阵H0包括：
将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；
根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵WT包括：
接收所述终端反馈的第二预处理矩阵WR，利用以下公式得到WT：
WT＝(WRH)-1H0；或
利用以下公式得到WT：
Figure BDA0002662538320000021
其中，V为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，V0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述终端发送的第二预处理矩阵WR，所述方法还包括：
将所述第一预处理矩阵WT发送给所述终端。
一些实施例中，还包括：
通过所述第一预处理矩阵向所述终端发送不同模态的数据，并指示所述数据的模态。
一些实施例中，所述指示所述数据的模态包括：
利用高层信令为所述终端配置模态集合，利用动态信令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的接收方法，应用于终端，包括：
接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；
根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；
获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵WR，所述第二预处理矩阵WR用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，计算所述终端的第二预处理矩阵WR包括：
接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，利用以下公式得到WR：
WR＝H0(HWT)-1；或
利用以下公式得到WR：
WR＝U0UH；
其中，U为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，U0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，所述方法还包括：
将所述第二预处理矩阵WR发送给所述网络侧设备。
一些实施例中，所述获取所述信道矩阵H的特征值包括：
对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
所述利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0包括：
将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；
根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，还包括：
接收所述网络侧设备发送的不同模态的数据，以及所述数据的模态。
一些实施例中，接收所述数据的模态包括：
接收所述网络侧设备利用高层信令配置的模态集合；
接收所述网络侧设备的动态信令，所述动态指令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的发送装置，应用于网络侧设备，包括：
第一发送模块，用于利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；
第一接收模块，用于接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；
第一处理模块，用于利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
第二处理模块，用于利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵WT，所述第一预处理矩阵WT用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，所述第一接收模块具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值；
所述第一处理模块具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述第二处理模块具体用于接收所述终端反馈的第二预处理矩阵WR，利用以下公式得到WT：
WT＝(WRH)-1H0；或
利用以下公式得到WT：
Figure BDA0002662538320000041
其中，V为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，V0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述终端发送的第二预处理矩阵WR，所述第一发送模块还用于将所述第一预处理矩阵WT发送给所述终端。
一些实施例中，所述第一发送模块还用于通过所述第一预处理矩阵向所述终端发送不同模态的数据，并指示所述数据的模态。
一些实施例中，所述第一发送模块具体用于利用高层信令为所述终端配置模态集合，利用动态信令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的接收装置，应用于终端，包括：
第二接收模块，用于接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；
第二发送模块，用于根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；
第三处理模块，用于获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
第四处理模块，用于利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵WR，所述第二预处理矩阵WR用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，第四处理模块具体用于接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，利用以下公式得到WR：
WR＝H0(HWT)-1；或
利用以下公式得到WR：
WR＝U0UH；
其中，U为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，U0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，所述第二发送模块还用于将所述第二预处理矩阵WR发送给所述网络侧设备。
一些实施例中，所述第三处理模块具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
第三处理模块具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述第二接收模块还用于接收所述网络侧设备发送的不同模态的数据，以及所述数据的模态。
一些实施例中，所述第二接收模块具体用于接收所述网络侧设备利用高层信令配置的模态集合；接收所述网络侧设备的动态信令，所述动态指令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的传输装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述程序时实现如上所述的轨道角动量的发送方法或如上所述的轨道角动量的接收方法。
一些实施例中，所述处理器具体用于利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵WT，所述第一预处理矩阵WT用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，所述处理器具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
所述处理器具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述处理器具体用于接收所述终端反馈的第二预处理矩阵WR，利用以下公式得到WT：
WT＝(WRH)-1H0；或
利用以下公式得到WT：
Figure BDA0002662538320000061
其中，V为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，V0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述终端发送的第二预处理矩阵WR，所述处理器还用于将所述第一预处理矩阵WT发送给所述终端。
一些实施例中，所述处理器还用于通过所述第一预处理矩阵向所述终端发送不同模态的数据，并指示所述数据的模态。
一些实施例中，所述处理器具体用于利用高层信令为所述终端配置模态集合，利用动态信令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
一些实施例中，所述处理器具体接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵WR，所述第二预处理矩阵WR用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，所述处理器具体用于接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，利用以下公式得到WR：
WR＝H0(HWT)-1；或
利用以下公式得到WR：
WR＝U0UH；
其中，U为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，U0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，所述处理器还用于将所述第二预处理矩阵WR发送给所述网络侧设备。
一些实施例中，所述处理器具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
所述处理器具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述处理器还用于接收所述网络侧设备发送的不同模态的数据，以及所述数据的模态。
一些实施例中，所述处理器具体用于接收所述网络侧设备利用高层信令配置的模态集合；接收所述网络侧设备的动态信令，所述动态指令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例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上所述的轨道角动量的发送方法或如上所述的轨道角动量的接收方法中的步骤。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，网络侧设备和终端可以得到预处理矩阵，对OAM电磁波进行预处理，将信道等效成符合OAM要求的信道，在非理想情况下，简化天线设计预处理算法，保证模态之间的正交性，同时保证接收端SNR。
附图说明
图1为OAM新维度的示意图；
图2为电磁波OAM的示意图；
图3为UCA产生方法的示意图；
图4为OAM电磁波的发射、传输和接收的示意图；
图5为本发明实施例基于轨道角动量的发送方法的流程示意图；
图6为本发明实施例基于轨道角动量的接收方法的流程示意图；
图7为本发明实施例基于轨道角动量的发送装置的结构示意图；
图8为本发明实施例基于轨道角动量的接收装置的结构示意图；
图9为本发明实施例基于轨道角动量的发送装置的组成示意图；
图10为本发明实施例基于轨道角动量的接收装置的组成示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
OAM技术是在正常电磁波中添加一个相位旋转因子eilθ，此时相位波前将不再是平面结构，而是围绕波束传播方向旋转，如图1给出的电磁波OAM示意图所示。
具有OAM的电磁波又称“涡旋电磁波”，其中OAM模态为l＝0的为平面波，即传统电磁波辐射模式。而对于l≠0的情况，电磁波的相位分布沿着传播方向呈螺旋上升的形态。不同本征值l的电磁涡旋波是相互正交的，可以在同一带宽内并行传输不同本征值的OAM涡旋波，提供了无线传输的新维度。涡旋电磁波的另一个重要特点是波束整体呈发散形态，波束中心存在凹陷，中心能量为零，整个波束呈现中空的倒锥形。随着模值的增大，距离的增加，越来越发散，如图2所示。
OAM射频电磁波可以由环形天线阵、螺旋相位板、抛物面天线和特殊电磁结构产生。
其中，均匀环形天线阵(UCA)是在圆环上等间距布满天线阵元，每个阵元的馈电相位依次延时2πl/N(N为天线阵元个数，l为OAM模态数)，环绕天线阵列一周后产生了2πl的相位旋转,从而等效出一个沿着传播方向呈螺旋分布的相位图，如图3所示。鉴于其简单的OAM电磁波产生原理，这种采用环形天线阵产生OAM电磁波的方式被大量应用在仿真和原理实验中。
螺旋相位板是电磁波透过螺旋相位板(或者经过螺旋相位面反射)之后相位沿着传播方向依次延时，其产生的电磁波在空间叠加之后等效出一个螺旋相位面。
螺旋抛物面天线是把普通的抛物面天线一侧开一道口，将口的两边错开，将其扭曲成螺旋状，从物理上模拟波束相位的旋转，使得电磁波束的不同点相对其他点而言有了不同的相位波前，因而将普通电磁波扭曲成了涡旋电磁波。
除了天线阵、螺旋相位板和抛物面天线产生OAM电磁波的方式之外，电磁超材料法和谐振腔法也是较为常用的产生方式。电磁超材料产生OAM电磁波的原理是在电磁波介质材料上构造特殊的金属结构使得电磁波透过或者经其反射之后的波前相位依次延时，进而在空间叠加之后产生OAM电磁波。
OAM射频电磁波接收方法包括：全空域共轴接收、部分接收和单点接收三种方法。
其中，全空域共轴接收是接收端需与发射端共轴对齐,采用与发射端OAM模态相反的接收天线从空间接收整个环形波束能量，发射的OAM电磁波被接收天线相位补偿后变为常规平面电磁波，由于OAM电磁波波束发散，所需天线尺寸随着传输距离的增加而线性增大，全空域的接收方法只适用于短距离点对点接收。
部分接收法是接收端需与发射端共轴对齐，在部分环形波束上均匀布置一个弧形天线阵列接收信号，对接收信号做傅里叶变换即可完成不同相位差的检测，完成不同OAM模态的检测和分离。这种方法分离的OAM模态数量受限于接收天线个数和尺寸，且检测同一数量的OAM模态所需的天线阵弧段尺寸随传输距离而增大。
单点接收法是通过检测电场和磁场在三个坐标轴的幅度分量来完成OAM模态的检测。但是，由于该方法为远场近似的结果，只有当OAM电磁波波束的发散角很小，并且接收点的极化方向与OAM波的极化方向完全一致时，才能达到很好的近似效果，其检测性能受噪声影响很大。
图4为OAM电磁波的发射、传输和接收的示意图，其中，Multiple OAM&Dual-PolTransmitter为多OAM双偏振发射机，Multiple OAM&Polarization Receiver为多OAM偏振接收机，OAM&Polarization Multiplexed Channels为OAM和偏振复用信道。
基于UCA的产生方法中，物理实现上要求发送和接收天线阵列圆心对准且平行，假设发送UCA的天线个数是M，接收UCA的天线个数是N，发送端同时发送L个模态，那么系统模型如下，将模态等效成数据流：
YN×1＝HN×MWM×LXL×1+NN×1
当N＝M时，信道矩阵H是循环阵，假设发送N个模态，预编码矩阵W是N维离散傅里叶逆变换(IDFT)矩阵。
Figure BDA0002662538320000101
Figure BDA0002662538320000111
Wn＝exp(j2πn/N)
各个模态之间是相互正交的，接收端用相对应的傅里叶逆变换(DFT)矩阵即可解出各流数据。
当收发端不严格对齐(不共轴或者不平行)、天线阵子之间不相关、N-LOS场景或者考虑大气湍流等情况下，H不再是循环阵，模态之间就会存在干扰，这种情况下再使用OAM技术会导致模态失真，性能损失。
本发明实施例提供一种基于轨道角动量的发送、接收方法及装置，能够在非理想情况下，保证模态之间的正交性，同时保证系统容量。
为了便于区分，假设理想情况下(收发端共轴平行，即发送天线阵列和接收天线阵列圆心对准且平行)的系统模型如下：
Y＝H0W0X+N
其中，N为天线阵列阵元数目，W0为预编码矩阵。
非理想情况下的系统模型如下：
Y＝HW0X+N
＝HREH0HTEW0X+N
信道矩阵H可以看作发送端和接收端均有一个误差矩阵，为了将信道矩阵H等效成H0，必须在等式的左右两侧分别加一个预处理矩阵WRHREH0HTEWT，且WR＝HRE -1，WT＝HTE -1。
实际系统，HRE、HTE是未知量，所以无法直接得到WR，WT，需要确定H，H0，WR。
WRHWT＝H0
WT＝(WRH)-1H0
接收端的预处理问题转化为如何确定H，H0，WR或WT。
本发明实施例提供一种基于轨道角动量的发送方法，应用于网络侧设备，也就是发送端，如图5所示，所述方法包括：
步骤101：利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；
步骤102：接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；
步骤103：利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
步骤104：利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵，所述第一预处理矩阵用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
本实施例中，网络侧设备可以得到预处理矩阵，对OAM电磁波进行预处理，将信道等效成符合OAM要求的信道，在非理想情况下，简化天线设计预处理算法，保证模态之间的正交性，同时保证接收端SNR。
一些实施例中，所述获取所述信道矩阵H的特征值包括：
对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
利用所述信道矩阵H的特征值得到得到理想信道矩阵H0包括：
将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；
根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵WT包括：
接收所述终端反馈的第二预处理矩阵WR，利用以下公式得到WT：
WT＝(WRH)-1H0；或
利用以下公式得到WT：
Figure BDA0002662538320000121
其中，V为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，V0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
本实施例中，对H做SVD分解，得到H的特征值，为了保证接收端SNR不变，假设H0的特征值与H的特征值相同，根据信道矩阵H的特征值得到H0，具体过程如下：
由于H0是循环矩阵，所以特征值是第一列元素的DFT变换，即
Figure BDA0002662538320000131
Figure BDA0002662538320000132
假设H0的特征值与H的特征值相同，得到：
Figure BDA0002662538320000133
如果接收到终端反馈的WR，WT＝(WRH)-1H0；
如果终端的预处理矩阵WR未知，
Figure BDA0002662538320000134
具体过程如下：
WRHWT＝H0
Figure BDA0002662538320000135
令VR＝U，V＝UT，UR＝U0，VT＝V0
对于酉矩阵A来说，AH＝A-1
∑R∑∑T＝∑0
∑＝∑0
假设∑R，∑T都是单位矩阵，
Figure BDA0002662538320000136
一些实施例中，若未接收所述终端发送的第二预处理矩阵WR，所述方法还包括：
将所述第一预处理矩阵WT发送给所述终端。
一些实施例中，所述方法还包括：
通过所述第一预处理矩阵向所述终端发送不同模态的数据，并指示所述数据的模态。通过IDFT矩阵和预处理矩阵发送不同模态的数据，同时指示出模态，供终端解数据。
一些实施例中，所述指示所述数据的模态包括：
利用高层信令为所述终端配置模态集合，利用动态信令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。比如模态集合是[1,2,3]，可以发送PMI＝3，表示发送模态2和3；或者，发送bitmap，比如011表示发送模态2和3
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的接收方法，应用于终端，也就是接收端，如图6所示，包括：
步骤201：接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；
步骤202：根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；
步骤203：获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
步骤204：利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵，所述第二预处理矩阵用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
本实施例中，终端可以得到预处理矩阵，对OAM电磁波进行预处理，将信道等效成符合OAM要求的信道，在非理想情况下，简化天线设计预处理算法，保证模态之间的正交性，同时保证接收端SNR。
一些实施例中，计算所述终端的第二预处理矩阵WR包括：
接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，利用以下公式得到WR：
WR＝H0(HWT)-1；或
利用以下公式得到WR：
WR＝U0UH；
其中，U为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，U0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，所述方法还包括：
将所述第二预处理矩阵WR发送给所述网络侧设备。
如果发送端的预处理矩阵WR未知，直接计算WT，WR＝U0UH，并反馈给发送端，具体过程如下：
WRHWT＝H0
Figure BDA0002662538320000151
令VR＝U，V＝UT，UR＝U0，VT＝V0
对于酉矩阵A来说，AH＝A-1
∑R∑∑T＝∑0
Σ＝Σ0；
假设ΣR，ΣT都是单位矩阵；
Figure BDA0002662538320000152
如果接收到发送端发送的预处理矩阵WT，WR＝H0(HWT)-1。
一些实施例中，所述获取所述信道矩阵H的特征值包括：
对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
所述利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0包括：
将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；
根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，还包括：
接收所述网络侧设备发送的不同模态的数据，以及所述数据的模态。
一些实施例中，接收所述数据的模态包括：
接收所述网络侧设备利用高层信令配置的模态集合；
接收所述网络侧设备的动态信令，所述动态指令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图，通过预处理矩阵和DFT矩阵进行信号检测。
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的发送装置，应用于网络侧设备，如图7所示，包括：
第一发送模块31，用于利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；
第一接收模块32，用于接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；
第一处理模块33，用于利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
第二处理模块34，用于利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵，所述第一预处理矩阵用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
本实施例中，网络侧设备可以得到预处理矩阵，对OAM电磁波进行预处理，将信道等效成符合OAM要求的信道，在非理想情况下，简化天线设计预处理算法，保证模态之间的正交性，同时保证接收端SNR。
一些实施例中，所述第一接收模块具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值；
所述第一处理模块具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述第二处理模块具体用于接收所述终端反馈的第二预处理矩阵WR，利用以下公式得到WT：
WT＝(WRH)-1H0；或
利用以下公式得到WT：
Figure BDA0002662538320000161
其中，V为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，V0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述终端发送的第二预处理矩阵WR，所述第一发送模块还用于将所述第一预处理矩阵WT发送给所述终端。
一些实施例中，所述第一发送模块还用于通过所述第一预处理矩阵向所述终端发送不同模态的数据，并指示所述数据的模态。
一些实施例中，所述第一发送模块具体用于利用高层信令为所述终端配置模态集合，利用动态信令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的接收装置，应用于终端，如图8所示，包括：
第二接收模块41，用于接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；
第二发送模块42，用于根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；
第三处理模块43，用于获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
第四处理模块44，用于利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵，所述第二预处理矩阵用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
本实施例中，终端可以得到预处理矩阵，对OAM电磁波进行预处理，将信道等效成符合OAM要求的信道，在非理想情况下，简化天线设计预处理算法，保证模态之间的正交性，同时保证接收端SNR。
一些实施例中，第四处理模块具体用于接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，利用以下公式得到WR：
WR＝H0(HWT)-1；或
利用以下公式得到WR：
WR＝U0UH；
其中，U为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，U0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，所述第二发送模块还用于将所述第二预处理矩阵WR发送给所述网络侧设备。
一些实施例中，所述第三处理模块具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
第三处理模块具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述第二接收模块还用于接收所述网络侧设备发送的不同模态的数据，以及所述数据的模态。
一些实施例中，所述第二接收模块具体用于接收所述网络侧设备利用高层信令配置的模态集合；接收所述网络侧设备的动态信令，所述动态指令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例还提供了一种轨道角动量的传输装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；所述处理器执行所述程序时实现如上所述的轨道角动量的发送方法或如上所述的轨道角动量的接收方法。
轨道角动量的传输装置包括轨道角动量的发送装置和轨道角动量的接收装置。
如图9所示，轨道角动量的发送装置包括存储器51和处理器52。
一些实施例中，所述处理器52具体用于利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵，所述第一预处理矩阵用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，所述处理器52具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
所述处理器具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述处理器52具体用于接收所述终端反馈的第二预处理矩阵WR，利用以下公式得到WT：
WT＝(WRH)-1H0；或
利用以下公式得到WT：
Figure BDA0002662538320000191
其中，V为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，V0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述终端发送的第二预处理矩阵WR，所述处理器52还用于将所述第一预处理矩阵WT发送给所述终端。
一些实施例中，所述处理器52还用于通过所述第一预处理矩阵向所述终端发送不同模态的数据，并指示所述数据的模态。
一些实施例中，所述处理器52具体用于利用高层信令为所述终端配置模态集合，利用动态信令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
如图10所示，轨道角动量的接收装置包括存储器61和处理器62，
一些实施例中，所述处理器62具体接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵，所述第二预处理矩阵用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
一些实施例中，所述处理器62具体用于接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，利用以下公式得到WR：
WR＝H0(HWT)-1；或
利用以下公式得到WR：
WR＝U0UH；
其中，U为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，U0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
一些实施例中，若未接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，所述处理器62还用于将所述第二预处理矩阵WR发送给所述网络侧设备。
一些实施例中，所述处理器62具体用于对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
所述处理器具体用于将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
一些实施例中，所述处理器62还用于接收所述网络侧设备发送的不同模态的数据，以及所述数据的模态。
一些实施例中，所述处理器62具体用于接收所述网络侧设备利用高层信令配置的模态集合；接收所述网络侧设备的动态信令，所述动态指令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
本发明的实施例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上所述的轨道角动量的发送方法或如上所述的轨道角动量的接收方法中的步骤。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储待检测终端设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算待检测终端设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种轨道角动量的发送方法，应用于网络侧设备，其特征在于，包括：
利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；
接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；
利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵WT，所述第一预处理矩阵WT用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
2.根据权利要求1所述的轨道角动量的发送方法，其特征在于，所述获取所述信道矩阵H的特征值包括：
对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
3.根据权利要求1所述的轨道角动量的发送方法，其特征在于，利用所述信道矩阵H的特征值得到得到理想信道矩阵H0包括：
将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；
根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
4.根据权利要求1所述的轨道角动量的发送方法，其特征在于，所述利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵WT包括：
接收所述终端反馈的第二预处理矩阵WR，利用以下公式得到WT：
WT＝(WRH)-1H0；或
利用以下公式得到WT：
Figure FDA0002662538310000011
其中，V为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，V0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
5.根据权利要求4所述的轨道角动量的发送方法，其特征在于，若未接收所述终端发送的第二预处理矩阵WR，所述方法还包括：
将所述第一预处理矩阵WT发送给所述终端。
6.根据权利要求1所述的轨道角动量的发送方法，其特征在于，还包括：
通过所述第一预处理矩阵向所述终端发送不同模态的数据，并指示所述数据的模态。
7.根据权利要求6所述的轨道角动量的发送方法，其特征在于，所述指示所述数据的模态包括：
利用高层信令为所述终端配置模态集合，利用动态信令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
8.一种轨道角动量的接收方法，应用于终端，其特征在于，包括：
接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；
根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；
获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵WR，所述第二预处理矩阵WR用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
9.根据权利要求8所述的轨道角动量的接收方法，其特征在于，计算所述终端的第二预处理矩阵WR包括：
接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，利用以下公式得到WR：
WR＝H0(HWT)-1；或
利用以下公式得到WR：
WR＝U0UH；
其中，U为对信道矩阵H做SVD分解之后的酉矩阵，U0为对理想信道矩阵H0做SVD分解之后的酉矩阵。
10.根据权利要求9所述的轨道角动量的接收方法，其特征在于，若未接收所述网络侧设备发送的第一预处理矩阵WT，所述方法还包括：
将所述第二预处理矩阵WR发送给所述网络侧设备。
11.根据权利要求8所述的轨道角动量的接收方法，其特征在于，所述获取所述信道矩阵H的特征值包括：
对所述信道矩阵H做奇异值分解SVD，得到所述信道矩阵H的特征值。
12.根据权利要求8所述的轨道角动量的接收方法，其特征在于，所述利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0包括：
将所述信道矩阵H的特征值作为理想信道矩阵H0的特征值；
根据H0是循环矩阵且H0的特征值是第一列元素的DFT变换得到理想信道矩阵H0。
13.根据权利要求8所述的轨道角动量的接收方法，其特征在于，还包括：
接收所述网络侧设备发送的不同模态的数据，以及所述数据的模态。
14.根据权利要求13所述的轨道角动量的接收方法，其特征在于，接收所述数据的模态包括：
接收所述网络侧设备利用高层信令配置的模态集合；
接收所述网络侧设备的动态信令，所述动态指令指示所述模态集合中的模态，所述动态信令包括预编码矩阵指示符和/或比特位图。
15.一种轨道角动量的发送装置，应用于网络侧设备，其特征在于，包括：
第一发送模块，用于利用模值为0的电磁波向终端发送下行测量参考信号；
第一接收模块，用于接收所述终端反馈的信道矩阵H，获取所述信道矩阵H的特征值；
第一处理模块，用于利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
第二处理模块，用于利用所述理想信道矩阵H0计算所述网络侧设备的第一预处理矩阵，所述第一预处理矩阵用于对发送的OAM电磁波进行预处理。
16.一种轨道角动量的接收装置，应用于终端，其特征在于，包括：
第二接收模块，用于接收网络侧设备利用模值为0的电磁波发送的下行测量参考信号；
第二发送模块，用于根据所述下行测量参考信号得到信道矩阵H，将所述信道矩阵H发送给所述网络侧设备；
第三处理模块，用于获取所述信道矩阵H的特征值，利用所述信道矩阵H的特征值得到理想信道矩阵H0；
第四处理模块，用于利用所述理想信道矩阵H0计算所述终端的第二预处理矩阵，所述第二预处理矩阵用于对接收的OAM电磁波进行预处理。
17.一种轨道角动量的传输装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序；其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的轨道角动量的发送方法或如权利要求8-14中任一项所述的轨道角动量的接收方法。
18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的轨道角动量的发送方法或如权利要求8-14中任一项所述的轨道角动量的接收方法中的步骤。
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