CN115243275A - 一种通信方法及设备 - Google Patents

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CN115243275A CN202110448418.9A CN202110448418A CN115243275A CN 115243275 A CN115243275 A CN 115243275A CN 202110448418 A CN202110448418 A CN 202110448418A CN 115243275 A CN115243275 A CN 115243275A
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Abstract

本申请实施例提供了一种通信方法及设备，用于降低波束扫描的时延。通过该方法，在波束扫描过程中需要对多个设定波束进行波束检测时，发射设备只需要发送一次单载波信号，通过控制RIS中每个基本单元的工作参数，即可使RIS针对单载波信号同时反射出与需要检测的多个设定波束方向相同的多个谐波波束。这样，接收设备可以同时检测多个方向的谐波波束的信号质量。因此，相对于传统波束轮询过程，该方法可以明显降低波束扫描的时延。

Description

一种通信方法及设备
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设备。
背景技术
波束赋形是一种基于天线阵列的信号预处理技术，波束赋形通过调整天线阵列中每个阵元的加权系数，以产生具有指向性的波束，从而能够在某些角度和方向上的信号增强。波束赋形技术在各种通信系统和通信场景中被广泛应用，例如由基站和终端设备组成的传统移动通信系统、侧链路(sidelink)系统、无线保真(Wireless-Fidelity，WiFi)系统等。
由于每个支持波束赋形的通信设备一般可以管理多个波束，因此，支持波束赋形的两个通信设备之间需要通过波束管理机制，建立和维护一个合适的波束对(beam pair)，以保证二者之间的信号传输效率。
一般来说现有的波束管理机制中包括三个部分：初始波束建立(initial beamestablishment)、波束调整(beam adjustment)和波束失败恢复(beam failurerecovery)。
波束扫描是上述波束管理机制中的重要步骤。目前，波束扫描一般采用轮询的方式进行，以包含通信设备a和通信设备b的通信系统为例说明，具体包括：
通信设备a按照设定的时间间隔依次使用通信设备a管理的每个波束发送参考信号，参阅图1所示。通信设备b测量不同波束承载的参考信号的信号质量，生成包含测量结果的测量报告；并将测量报告发送给通信设备a。通信设备a根据测量结果确定合适的波束作为通信设备a的发送波束。
然而，上述波束扫描需要花费较长的时间完成一轮波束扫描，影响波束选择、测量、切换等步骤，最终影响了波束管理的效率。
发明内容
本申请提供一种通信方法及设备，用于降低波束扫描的时延。
第一方面，本申请实施例提供了一种通信方法，该方法可以应用于在波束扫描过程中发射参考信号的发射设备，以下将该发射设备称为第一通信设备，将接收参考信号的接收设备记为第二通信设备。该方法包括以下步骤：
第一通信设备向可重配智能表面RIS发送单载波信号，以使所述RIS接收到所述单载波信号能够反射出M个谐波波束，其中，所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，M为大于或等于2的整数；然后，所述第一通信设备接收第二通信设备发送的测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述M个谐波波束中的目标谐波波束的载频；最后，所述第一通信设备可以根据保存的多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系，在所述M个设定波束中，确定与所述目标谐波波束的载频对应的目标设定波束。
其中，所述M个设定波束为所述第一通信设备管理的发送波束中，在本次波束检测过程中需要接收设备检测的发送波束。
这样，所述第一通信设备可以确定所述测量报告中载频指示信息所指示的目标设定波束。在该方法中，由于RIS配合实现波束扫描，即使发射设备只有一个射频链路，也能够通过控制RIS中基本单元的反射相位的变化规律，使RIS能够反射出设定幅度、设定方向的多个谐波波束，实现多波束控制。通过该方法，在波束扫描过程中需要对多个设定波束进行波束检测时，发射设备只需要发送一次单载波信号，通过控制RIS中每个基本单元的工作参数，即可使RIS针对单载波信号同时反射出与所述多个设定波束方向相同的多个谐波波束。这样，接收设备可以同时检测多个方向的谐波波束的信号质量。因此，相对于如图1所示的传统波束轮询过程，该方法可以明显降低波束扫描的时延。另外，通过载频表示谐波波束，使得接收设备检测谐波波束的信号质量以及上报测量结果更便捷简单。
在一个可能的设计中，所述单载波信号的载频为fc；所述M个谐波波束中任一个谐波波束的载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
在一个可能的设计中，所述单载波的载频fc为通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，任一个谐波波束的载频等于通信系统中的一个子载波的载频；所述载频指示信息为所述目标子载波的标识，所述目标子载波的载频与所述目标谐波波束的载频相同。
通过该设计，每个谐波波束的载频均与通信系统中的子载波的频率相同，因此，谐波波束的载频可以通过子载波来标识。换句话说，谐波波束的载频可以映射为通信系统中的一个子载波。
在一个可能的设计中，所述RIS中包含多个基本单元；所述方法还包括以下步骤：
所述第一通信设备根据所述M个设定波束的方向(包括仰角和方位角等)，所述RIS中每个基本单元的排列方式，以及每个基本单元的远场辐射图等信息，确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化规律；并根据每个基本单元的反射相位的相位变化规律，确定每个基本单元的控制信息；其中，任一个基本单元的控制信息用于指示所述RIS控制所述基本单元的工作参数，以使所述基本单元的反射相位变化符合所述基本单元的反射相位的相位变化规律；最后，所述第一通信设备向所述RIS发送控制指令，所述控制指令中包含所述多个基本单元的控制信息。
通过该设计，所述第一通信设备可以根据M个设定波束，生成控制指令，以使所述RIS可以根据所述控制指令控制每个基本单元的反射相位，进而当单载波信号传输至所述RIS时，所述RIS可以反射出M个幅度(强度)一致、方向不同的谐波波束。
在一个可能的设计中，每个基本单元具有固定的多种反射相位，任一个基本单元的控制信息通过数字编码表示；所述控制指令为对所述多个基本单元的控制信息进行空时编码生成的。
在一个可能的设计中，所述第一通信设备可以通过以下方式，获取所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系：
方式一：根据所述M个设定波束的方向，所述RIS中每个基本单元的排列方式，确定与每个设定波束对应的谐波波束的载频；根据与每个设定波束对应的谐波波束的载频，确定所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系。
方式二：接收其他设备(例如所述RIS的管理设备)发送的所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系。
通过该设计，所述第一通信设备可以获取所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系，以便后续在接收到第二通信设备的测量报告时，可以根据测量报告中的载频指示信息所指示的载频，确定目标设定波束。
在一个可能的设计中，所述测量报告中还包含所述目标谐波波束的信号质量。
第二方面，本申请实施例提供了一种通信方法，该方法可以应用于如图3所示的应用场景中的RIS，其中，所述RIS中包含多个基本单元。该方法包括以下步骤：
RIS接收控制指令，其中，所述控制指令中包含每个基本单元的控制信息，任一个基本单元的控制信息用于指示所述RIS控制所述基本单元的工作参数，以使所述基本单元的反射相位变化符合设定的所述基本单元的反射相位的相位变化规律；所述RIS根据所述控制指令中每个基本单元的控制信息，控制每个基本单元的工作参数，以使每个基本单元的相位变化符合设定的该基本单元的反射相位的相位变化规律，从而使所述RIS接收到第一通信设备发送的单载波信号时能够反射出M个谐波波束。
其中，所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同。所述M个设定波束为所述第一通信设备管理的发送波束中，在本次波束检测过程中需要接收设备检测的发送波束。
在该方法中，由于RIS配合实现波束扫描，即使发射设备只有一个射频链路，也能够通过控制RIS中基本单元的反射相位的变化规律，使RIS能够反射出设定幅度、设定方向的多个谐波波束，实现多波束控制。通过该方法，在波束扫描过程中需要对多个设定波束进行波束检测时，发射设备只需要发送一次单载波信号，通过控制RIS中每个基本单元的工作参数，即可使RIS针对单载波信号同时反射出与所述多个设定波束方向相同的多个谐波波束。这样，接收设备可以同时检测多个方向的谐波波束的信号质量。因此，相对于如图1所示的传统波束轮询过程，该方法可以明显降低波束扫描的时延。
在一个可能的设计中，单载波信号的载频为fc；所述M个谐波波束中任一个谐波波束的载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
在一个可能的设计中，所述单载波信号的载频fc为所述第一通信设备所属通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，任一个谐波波束的载频等于通信系统中的一个子载波的载频。
通过该设计，每个谐波波束的载频均与通信系统中的子载波的频率相同，因此，谐波波束的载频可以通过子载波来标识。换句话说，谐波波束的载频可以映射为通信系统中的一个子载波。
在一个可能的设计中，每个基本单元的反射相位的相位变化规律为根据所述M个设定波束的方向、所述RIS中每个基本单元的排列方式确定的。
在一个可能的设计中，每个基本单元具有固定的多种反射相位，任一个基本单元的控制信息通过数字编码表示；所述控制指令为对所述多个基本单元的控制信息进行空时编码生成的。
在一个可能的设计中，接收控制指令，包括：
接收所述第一通信设备或所述RIS的管理设备发送的所述控制指令。
第三方面，本申请实施例提供了一种通信方法，该方法可以应用于在波束扫描过程中接收参考信号的接收设备，以下将该接收设备称为第二通信设备，将发射参考信号的发射设备记为第一通信设备。该方法包括以下步骤：
第二通信设备接收无线信号后，确定所述无线信号在设定的T个载频中每个载频上的信号质量；其中，所述T个载频中包含M个谐波波束的载频；所述M个谐波波束为可重配智能表面RIS接收到第一通信设备发送的单载波信号时反射形成的；所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，T、M为大于或等于2的整数；根据无线信号在所述T个载频中每个载频上的信号质量，向第一通信设备发送测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述目标载频，所述目标载频为所述T个载频中符合设定条件的载频。
其中，无线信号在谐波波束的载频上的信号质量，即该谐波波束的信号质量。所述M个设定波束为所述第一通信设备管理的发送波束中，在本次波束检测过程中需要接收设备检测的发送波束。
在该方法中，由于RIS配合实现波束扫描，即使发射设备只有一个射频链路，也能够通过控制RIS中基本单元的反射相位的变化规律，使RIS能够反射出设定幅度、设定方向的多个谐波波束，实现多波束控制。通过该方法，在波束扫描过程中需要对多个设定波束进行波束检测时，发射设备只需要发送一次单载波信号，通过控制RIS中每个基本单元的工作参数，即可使RIS针对单载波信号同时反射出与所述多个设定波束方向相同的多个谐波波束。这样，接收设备可以同时检测多个方向的谐波波束的信号质量。因此，相对于如图1所示的传统波束轮询过程，该方法可以明显降低波束扫描的时延。另外，通过载频表示谐波波束，使得接收设备检测谐波波束的信号质量以及上报测量结果更便捷简单。
在一个可能的设计中，所述单载波信号的载频为fc；所述T个载频中任一个载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
在一个可能的设计中，所述单载波的载频fc为通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，所述T个载频中任一个载频等于通信系统中的一个子载波的载频；所述载频指示信息为所述目标子载波的标识，所述目标子载波的载频与所述目标载频相同。
通过该设计，每个谐波波束的载频均与通信系统中的子载波的频率相同，因此，谐波波束的载频可以通过子载波来标识。换句话说，谐波波束的载频可以映射为通信系统中的一个子载波。
在一个可能的设计中，所述目标载频为所述T个载频中信号质量最强的载频；或者
所述目标载频为设定上报载频，所述设定上报载频为用户设定的，或者为所述第一通信设备的，或者，所述设定上报载频中包含所述M个谐波波束的载频。
通过该设计，所述第二通信设备可以灵活地向第一通信设备上报测量报告。
在一个可能的设计中，所述测量报告中还包含所述无线信号在所述目标载频上的信号质量。
在一个可能的设计中，所述第二通信设备可以通过如下步骤，确定所述无线信号在设定的T个载频上的信号质量：
所述第二通信设备对所述无线信号进行快速傅里叶变化处理，确定所述无线信号在所述T个载频中每个载频上的信号质量。
第四方面，本申请实施例提供了一种通信装置，包括用于执行以上第一方面或第三方面中各个步骤的单元。
第五方面，本申请实施例提供了一种RIS，包括多个基本单元，以及执行以上第二方面中各个步骤的单元或模块。
第六方面，本申请实施例提供了一种通信设备，包括至少一个处理元件和至少一个存储元件，其中该至少一个存储元件用于存储程序和数据，该至少一个处理元件用于执行本申请以上第一方面或第三方面中提供的方法。
第七方面，本申请实施例还提供了一种通信系统，包括用于执行本申请第一方面提供的方法的第一通信设备，用于执行本申请第二方面提供的方法的RIS，以及用于执行本申请第三方面提供的方法的第二通信设备。
第八方面，本申请实施例还提供了一种计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述任一方面提供的方法。
第九方面，本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序被计算机执行时，使得所述计算机执行上述任一方面提供的方法。
第十方面，本申请实施例还提供了一种芯片，所述芯片用于读取存储器中存储的计算机程序，执行上述任一方面提供的方法。
第十一方面，本申请实施例还提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于支持计算机装置实现上述任一方面提供的方法。在一种可能的设计中，所述芯片系统还包括存储器，所述存储器用于保存该计算机装置必要的程序和数据。该芯片系统可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。
附图说明
图1为一种传统波束扫描过程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种RIS的结构和工作原理示意图；
图3为本申请实施例提供的一种应用场景的架构图；
图4A为本申请实施例提供的一种RIS的结构示意图；
图4B为本申请实施例提供的另一种RIS的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种RIS反射的谐波波束示意图；
图6为本申请实施例提供的一种通信方法的流程图；
图7A为本申请实施例提供的一种波束扫描中所有待扫描的设定波束的实例图；
图7B为本申请实施例提供的一种波束扫描实例示意图；
图7C为本申请实施例提供的另一种波束扫描实例示意图；
图7D为本申请实施例提供的又一种波束扫描实例示意图；
图8为本申请实施例提供的一种通信装置的结构图；
图9为本申请实施例提供的一种RIS的结构图；
图10为本申请实施例提供的一种通信设备的结构图。
具体实施方式
本申请提供一种通信方法及设备，用于降低波束扫描的时延。其中，方法和设备是基于同一技术构思的，由于方法及设备解决问题的原理相似，因此设备与方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解。
1)、通信设备，是支持波束赋形技术的通信系统中具有无线通信功能的设备。本申请不限定通信设备的物理表现形式，可选的，所述通信设备可以为网络设备或者终端设备。
其中，网络设备，是移动通信系统中将终端设备接入到无线网络的设备。所述网络设备作为无线接入网中的节点，又可以称为基站，还可以称为无线接入网(radio accessnetwork，RAN)节点(或设备)。
目前，一些网络设备的举例为：新一代节点B(generated node B，gNB)、传输接收点(transmission reception point，TRP)、演进型节点B(evolved Node B，eNB)、无线网络控制器(radio network controller，RNC)、节点B(Node B，NB)、接入点(access point，AP)基站控制器(base station controller，BSC)、基站收发台(base transceiver station，BTS)、家庭基站(例如，home evolved NodeB，或home Node B，HNB)，或基带单元(base bandunit，BBU)等。另外，在一种网络结构中，所述网络设备可以包括集中单元(centralizedunit，CU)节点和分布单元(distributed unit，DU)节点。这种结构将网络设备的协议层拆分开，部分协议层的功能放在CU集中控制，剩下部分或全部协议层的功能分布在DU中，由CU集中控制DU。
终端设备，是一种向用户提供语音和/或数据连通性的设备。终端设备又可以称为用户设备(user equipment，UE)、移动台(mobile station，MS)、移动终端(mobileterminal，MT)、终端等。
例如，终端设备可以为具有无线连接功能的手持式设备、各种车载设备、路侧单元等。目前，一些终端设备的举例为：手机(mobile phone)、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、移动互联网设备(mobile internet device，MID)、智能销售终端(point of sale，POS)、可穿戴设备，虚拟现实(virtual reality，VR)设备、增强现实(augmented reality，AR)设备、头戴式显示器(head mount display，HMD)、工业控制(industrial control)中的无线终端、无人驾驶(self-driving)中的无线终端、远程手术(remote medical surgery)中的无线终端、智能电网(smart grid)中的无线终端、运输安全(transportation safety)中的无线终端、智慧城市(smart city)中的无线终端、智慧家庭(smart home)中的无线终端、各类智能仪表(智能水表、智能电表、智能燃气表)、eLTE-DSA UE、具有接入回传一体化(integrated access and backhaul，IAB)能力的设备、车载电子控制单元(electroniccontrol unit，ECU)等、车载电脑、车载巡航系统、远程信息处理器(telematics box，T-BOX)等。
2)、信号质量，可以但不限于包含以下信号质量参数中的一项或多项：
信号幅度、信号强度、参考信号接收功率(reference signal received power，RSRP)、参考信号接收质量(reference signal received quality，RSRQ)。
3)、单载波信号，由一个子载波调制生成的信号。
4)、多载波调制技术，是把信号调制到多个并行的子载波上传输的技术。通信设备的收发系统支持多载波调制技术时，该收发系统还可以称为多载波系统。
5)、波束扫描，为发射设备通过多个设定波束发送参考信号，以使接收设备测量波束对应的信号质量，以使所述发射设备可以根据测量结果确定目标波束的过程。
具体的，在本申请实施例中，可以通过至少一次波束检测完成对需要波束扫描的多个设定波束的一轮波束扫描。其中，一次波束检测为根据接收设备测量的波束对应的信号质量，上报一次测量结果的过程。
6)、“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要说明的是，本申请中所涉及的多个，是指两个或两个以上。至少一个，是指一个或多个。
另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
下面先对本申请涉及的可重配智能表面(reconfigurable intelligentsurface,RIS)进行介绍。
RIS是一种数字式可重构的人工电磁表面，由大量亚波长的数字可重构的基本单元(又称为RIS单元)按一定的宏观排列方式(周期性排列或非周期性排列)所组成，参阅图2中的(a)所示。由于其基本单元的大小和排列方式都可任意设计，因此RIS能突破传统材料在原子或分子层面难以精确操控的限制，构造出具有传统材料和传统技术不能实现的超常规媒质参数的新型材料。
相对于传统材料的表面，RIS具有根据广义斯涅尔定律对电磁波进行整形的能力。例如，使得电磁波的反射角可以不等于入射角，如图2中的(a)和(b)所示。
因此，通过控制RIS对电磁波的整形参数(例如反射角或折射角等参数)，可以实现对电磁波的灵活控制。其中，RIS的控制方式包括：电压控制。例如，RIS中的基本单元连接二极管(PIN二极管、变容二极管等)等控制器件，如图2中的(a)所示，这样，对二极管施加不同的偏压，使得其连接的基本单元的工作参数不同，从而改变基本单元的工作状态，如RIS对电磁波的反射相位发生180°的变化。
通过以上RIS的特性可知，为了实现对电磁波的灵活调控，可以通过改变RIS中基本单元的工作状态分布，从而可以控制电磁波的传输特征(包括传输方向、信号强度、信号幅度、信号的载频、信号的相位等)。
另外，因其成本低、易于集成、功耗低和调控灵活等特点，RIS在通信、雷达、隐身等领域具有广阔的应用前景。在通信领域，RIS常用于无线网络，通过利用RIS的反射特性反射射频信号(射频信号以电磁波的形式传输)，可以提升无线网络的覆盖和容量；利用RIS的辐射特性，直接调制发送数据，省去传统通信链路中的混频、放大等射频前端模块，降低功耗和成本。
基于此，在通信领域可以利用RIS的特性，控制每个基本单元的工作参数，从而使RIS可以反射出符合条件的多个谐波波束。这样，即使是只具有单射频链路的(即一个天线)的通信设备，也可以利用RIS来实现多波束控制，因此RIS在波束赋形技术方面中也具有很广阔的应用前景。
下面结合附图对本申请实施例提供进行具体说明。
图3示出了本申请实施例提供的方法适用的应用场景示意图。参阅图3所示，所述应用场景中包括：两个通信设备(如图中的第一通信设备和第二通信设备)和RIS。
该两个通信设备能够组成支持波束赋形的通信系统，二者可以建立无线通信连接，实现无线传输。该两个通信设备在通过波束管理后，可以建立和维护一个合适的波束对，以通过该波束对传输信号，实现无线传输。
其中，在第一通信设备和第二通信设备进行波束扫描中的一次波束检测过程中，所述第一通信设备可以作为发射设备，需要分别通过多个设定波束发送参考信号。而所述第二通信设备作为接收设备，需要测量每个波束的信号质量，得到测量结果；并向所述第一通信设备发送携带测量结果的测量报告。所述多个设定波束为已知方向的、在本次波束检测过程中需要检测的波束，所述多个设定波束可以为一轮波束扫描过程中需要进行波束检测的部分或全部波束。
在本申请各实施例中，任一个波束的信号质量为通过该波束发送的参考信号的信号质量。
在波束管理过程中，由于传统的波束扫描过程采用如图1所示的波束轮询的方式，导致波束扫描时延较长，影响了波束管理的效率。因此，为了减低波束扫描的时延，图3所示的应用场景中还包含RIS。
这样，在波束扫描中的一次波束检测过程中，第一通信设备可以发送单载波信号；当单载波信号传输到RIS后，所述RIS可以反射出多个幅度(强度)一致、方向不同的谐波信号，如图3所示。其中，所述单载波信号为通过一个子载波对参考信号进行调制生成的信号，所述单载波信号可以形成一个单载波波束；每个方向的谐波信号可以形成一个谐波波束。
因此，通过控制所述RIS中每个基本单元的工作参数，可以使所述RIS同时反射出与本次波束检测过程中需要检测的多个设定波束方向相同的多个谐波波束。由于RIS反射的所述多个谐波波束的幅度(强度)相同，方向不同，因此这种现象等同于所述第一通信设备通过所述多个设定波束传输参考信号。
可选的，在本申请实施例中，所述RIS中每个基本单元的工作参数可以由第一通信设备控制，或者由用户输入控制，还可以由其他的管理设备控制，本申请实施例对此不作限定。图3中以第一通信设备控制所述RIS中每个基本单元的工作参数为例说明的。
示例性的，如图3所示，所述第一通信设备与所述RIS可以通过线缆实现物理连接，这样，所述第一通信设备可以向所述RIS发送控制信息，以在执行波束扫描的过程中实时控制所述RIS中每个基本单元的工作参数。
值得注意的是，所述第一通信设备与所述RIS也可以通过其他方式进行通信(包含向所述RIS发送控制信息)，例如，通过蓝牙(Bluetooth，BT)、近距离无线通信技术(nearfield communication，NFC)，红外技术(infrared，IR)等无线通信技术，本申请对此不作限定。
应理解，图3仅为本申请实施例适用的一种应用场景的示例而非限定。在另一种实施方式中，所述RIS还可以集成到所述第一通信设备中，形成集成RIS通信设备。在这种实施方式中，所述RIS通过总线与该第一通信设备中的处理器连接，由该处理器通过总线控制所述RIS。在又一种实施方式中，所述RIS还可以与管理设备实现无线连接或物理连接，这样所述管理设备可以通过该连接控制所述RIS。
需要说明的是，所述第一通信设备和所述第二通信设备组成的通信系统可以为传统的移动通信系统，或者sidelink系统，WiFi系统等各种支持波束赋形的通信系统。需要说明的是，在不同的通信系统中，所述第一通信设备和所述第二通信设备的表现形式也不尽相同。例如，当所述通信系统为移动通信系统时，所述第一通信设备可以为基站，所述第二通信设备为终端设备；或者所述第一通信设备为终端设备，所述第二通信设备为基站。又例如，在WiFi系统中，所述第一通信设备可以为接入点，所述第二通信设备可以为终端设备；或者所述第一通信设备可以为终端设备，所述第二通信设备可以为接入点。
图4A示出了本申请实施例提供的一种RIS的结构示意图。参阅图4A所示，所述RIS中包含：多个基本单元，多个控制器件，以及控制模块。
其中，所述基本单元又称为RIS单元，按照一定的宏观排列方式组成所述RIS。每个基本单元分别对应一个控制器件，任一个控制器件用于控制该控制器件对应的基本单元的工作参数。
所述控制模块与该多个控制器件中的每个控制器件相连，用于接收用户输入或者其他设备发送的控制指令，并根据所述控制指令中包含的每个基本单元的控制信息分别向每个控制器件发送控制信号，以使每个控制器件根据接收的控制信号控制该控制器件对应的基本单元的工作参数。这样，所述RIS可以根据所述控制指令调整所述RIS中每个基本单元的工作参数，当单载波信号传输至所述RIS时可使所述RIS反射出多个设定方向的谐波波束。
图4B示出了本申请实施例提供的另一种RIS的结构示意图。参阅图4B所示，所述RIS中包含：多个基本单元，多个控制器件，以及多个控制模块。所述多个基本单元和所述多个控制器件的功能描述可以参考图4A中对应的描述，此处不再赘述。与图4A不同的是，该RIS中多个控制模块，每个控制模块分别连接一个控制器件。每个控制模块接收用户输入或其他设备发送的控制指令，其中，每个控制模块接收的控制指令中包含一个基本单元的控制信息；不同的控制模块接收的控制信息可以相同，也可以不同。每个控制模块根据接收的控制指令中的控制信息向其相连的控制器件发送控制信号，以使该控制器件根据接收的控制信号控制该控制器件对应的基本单元的工作参数，这样，当单载波信号传输至所述RIS时可使所述RIS反射出多个设定方向的谐波波束。
下面对RIS能够同时反射出多个设定方向的谐波波束的工作原理(谐波波束的生成原理)进行说明。
RIS中基本单元的反射相位的变化，可以影响该基本单元反射的谐波信号相位和方向等，因此，通过控制RIS中每个基本单元的反射相位，从而可以使RIS同时反射出与多个设定波束方向相同的多个谐波波束。
其中，基本单元的反射相位，即该基本单元反射的谐波信号与接收的单载波信号之间的相位变化。
RIS反射的任一个谐波波束受多个因素的影响，例如：RIS中基本单元的排列方式，每个基本单元的远场辐射图等等。
示例性的，在波束扫描中的一次波束检测过程中，接收设备需要对M个设定波束(方向已知)进行波束检测的情况下，RIS需要反射出M个方向不同的谐波波束，其中，所述M个设定波束与所述M个谐波波束一一对应，且每个设定波束的方向与其对应的谐波波束的方向相同，M为大于1的整数。
当所述RIS的基本单元按照N1行、N2列均匀排列的情况下，每行基本单元包含N2个基本单元，而每列基本单元包含N1个基本单元。第m个谐波波束上的谐波信号符合以下公式一，其中，m为小于或等于M的正整数：
Figure BDA0003037822900000101
在上述公式一中，
Figure BDA0003037822900000102
表示第m个谐波波束上的谐波信号，θ为第m个谐波波束(即第m个设定波束)的仰角，
Figure BDA0003037822900000103
为第m个谐波波束(即第m个设定波束)的方位角，p为小于或等于N1的正整数，q为小于或等于N2的正整数，
Figure BDA0003037822900000104
为第(p,q)个基本单元的远场辐射图，
Figure BDA0003037822900000105
为周期函数ωp,q(t)的傅里叶级数系数，λc为电磁波的波长，dx为一行中相邻两个基本单元之间的距离，dy为一列中相邻两个基本单元之间的距离。
其中，ωp,q(t)为反应出第(p,q)个基本单元的反射相位随时间变化而发生周期性变化的周期性函数。在一个相位配置周期T0内其可以表示为公式二：
Figure BDA0003037822900000106
在公式二中，L为在一个相位配置周期T0内第(p,q)个基本单元的反射相位发生变化的总次数，l为大于或等于L的正整数，
Figure BDA0003037822900000107
为第(p,q)个基本单元在第l次反射相位变化后的反射相位，δ(t)为周期性变化的脉冲函数，其傅里叶级数展开符合公式三：
Figure BDA0003037822900000108
在公式三中，
Figure BDA0003037822900000109
为傅里叶级数，f0为相位配置频率，f0＝1/T0。
通过以上描述可知，当确定需要进行波束检测的M个设定波束(即确定M个设定波束的方向(仰角和方位角))之后，分别针对每个设定波束执行以下过程：
首先根据该设定波束的方向(仰角和方位角)通过公式一确定ωp,q(t)的傅里叶级数系数
Figure BDA00030378229000001010
然后根据
Figure BDA00030378229000001011
通过公式二，确定每个基本单元的相位变化函数ωp,q(t)。
显然，在针对每个设定波束确定基本单元的相位变化函数之后，控制RIS中的每个基本单元的反射相位按照相应的相位变化函数发生变化，从而改变其傅里叶级数系数
Figure BDA00030378229000001012
这样，当单载波信号传输到该RIS之后，RIS可以反射与该设定波束方向相同的谐波波束。
综上可知，在确定需要波束扫描的M个设定波束之后，可以根据M个设定波束的方向，确定RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数，并根据每个基本单元的相位变化函数控制每个基本单元的反射相位的变化，最终可以使RIS能够同时反射出与M个设定波束方向相同的M个谐波波束。其中，所述M个谐波波束方向不同，幅度一致。
任一个基本单元的相位变化函数，可以表示该基本单元的反射相位的变化规律，即该基本单元的工作参数的变化规律。因此，根据该基本单元的相位变化函数可以生成该基本单元的控制信息，以使该基本单元的反射相位按照该相位变化函数发生变化。
因此，在确定每个基本单元的相位变化函数之后，可以根据每个基本单元的相位变化函数生成该基本单元的控制信息。另外，根据RIS的结构的不同，可以通过不同的方式将每个基本单元的控制信息发送到RIS。
在第一种实施方式中，RIS的结构如图4A所示。在该实施方式中，用户或者其他设备(例如通信系统中的第一通信设备)将携带所有基本单元的控制信息的控制指令发送给RIS中的控制模块。这样，控制模块可以根据所述控制指令中包含的每个基本单元的控制信息分别向每个控制器件发送控制信号，以使每个控制器件根据接收的控制信号控制该控制器件对应的基本单元的工作参数，最终控制每个基本单元的反射相位按照该基本单元的相位变化函数变化。这样，当单载波信号传输至所述RIS时可使所述RIS同时反射出多个设定方向的谐波波束。
在第二种实施方式中，RIS的结构如图4B所示。在该实施方式中，用户或者其他设备(例如通信系统中的第一通信设备)将包含每个基本单元的控制信息的控制指令分别发送到每个控制模块。每个控制模块根据接收的控制指令中的控制信息向其相连的控制器件发送控制信号，以使该控制器件根据接收的控制信号控制该控制器件对应的基本单元的工作参数，最终控制每个基本单元的反射相位按照该基本单元的相位变化函数变化。这样，当单载波信号传输至所述RIS时可使所述RIS同时反射出多个设定方向的谐波波束。
对于RIS来说，其中的每个基本单元具备固定的若干种反射相位。通过控制信息可以使得每个基本单元在不同的反射相位之间切换。因此，在本申请实施例中，每个基本单元的控制信息可以通过数字编码(例如二进制编码)的方式获得。示例性的，在每个基本单元具有两种反射相位——ω0和ω1的情况下，可以通过1比特来表示在一次相位变化中一个基本单元的反射相位的取值。例如，1比特取值为“0”表示某个基本单元的反射相位需要调整为ω0；而该比特取值为“1”表示该基本单元的反射相位需要调整为ω1。这样，用于指示每个基本单元在一个时间段内的反射相位变化规律的每个基本单元的控制信息均可以通过比特序列来表示。
由于每个基本单元的反射相位的配置具有周期特性(即相位配置周期T0)，因此，可以根据不同时刻反射相位的取值生成比特序列，并且使比特序列具有周期特性，那么本申请实施例可以通过空时编码技术生成控制指令。
例如：RIS中包含4个基本单元。在一个相位配置周期T0中，每个基本单元的反射相位最多发生3次变化。每个基本单元具有两种反射相位——ω0和ω1，且比特取值为“0”表示基本单元的反射相位需要调整为ω0；而比特取值为“1”表示基本单元的反射相位需要调整为ω1。因此，通过空时编码技术生成的控制指令可以用以下比特序列表示：010 001 100110。
其中，该比特序列中第一个字段010表示第一个基本单元在相位配置周期T0中的反射相位变化为ω0-ω1-ω0；该比特序列中第二个字段001表示第二个基本单元在相位配置周期T0中的反射相位变化为ω0-ω0-ω1；该比特序列中第三个字段100表示第三个基本单元在相位配置周期T0中的反射相位变化为ω1-ω0-ω0；该比特序列中第四个字段110表示第四个基本单元在相位配置周期T0中的反射相位变化为ω1-ω1-ω0。
另外，与传统的通信设备管理的波束不同的是，RIS同时反射出的多个谐波波束的载频不同。通过以上公式一至公式三以及谐波波束的生成原理还可以确定分别与每个设定波束方向相同的谐波波束的载频。因此，每个设定波束(包括方向、标识)对应一个谐波波束的载频。
例如，当载频为fc的单载波信号(由子载波fc调制生成的单载波信号)传输至所述RIS时，由于所述RIS中每个基本单元的反射相位周期性发生变化，且相位配置频率为f0，因此，所述RIS反射出多个谐波信号，不同谐波信号不仅方向不同，载频也不同。其中，所述多个谐波信号的载频为fc+sf0，如上述公式三所示，s为属于(-∞,+∞)的整数。即RIS反射出的多个谐波信号的载频可以为fc、fc±f0、fc±2f0……，参阅图5所示。这种现象可以类似于载频为fc的信号与载频为sf0的信号进行混频生成载频为fc±sf0的多个信号。
需要说明的是，每个谐波信号的载频的具体取值(即fc+sf0中s的具体取值)由该谐波信号的方向(即某个设定波束的方向)决定，此处不再赘述。
由于反射出的不同谐波信号的载频和方向不同，每个谐波信号形成一个谐波波束，因此不同的谐波波束的载频和方向也不同。
需要注意的是，在本申请实施例中，由于RIS可以基于单载波信号同时反射出多个谐波波束，这些谐波波束方向不同，幅度、承载的参考信号、谐波波束产生的时间等一些传统用于区分谐波波束的信息相同，这就导致接收设备无法通过传统的方式识别出不同的谐波波束。
在本申请实施例中，由于不同的谐波波束具有不同的载频，为了便于接收设备能够标识和识别不同的谐波波束，因此，接收设备可以通过谐波波束的载频来标识，使得接收设备检测谐波波束的信号质量以及上报测量结果更便捷简单。由于单载波信号的载频fc、相位配置频率f0需要提前配置给接收设备，那么接收设备即可确定通过RIS反射出的谐波波束的载频为fc+sf0，参阅图5所示。这样，所述接收设备在接收到无线信号后，可以根据该无线信号确定在fc+sf0中的各个载频上的信号质量，从而得到测量结果，并将测量结果上报到发射设备。
其中，无线信号在各个载频上的信号质量，即多个谐波波束的信号质量。
在一种可能的实现方式中，当相位配置频率f0为通信系统中的子载波间隔(subcarrier spacing，SCS)(后续用Δf来表示子载波间隔)的k倍时，即f0＝kΔf，那么谐波波束的载频为fc+skΔf。其中，k为正整数，在该情况下
Figure BDA0003037822900000121
因此，谐波波束的载频均与通信系统中的子载波的频率相同，谐波波束的载频可以通过子载波来标识。换句话说，谐波波束可以映射为通信系统中的一个子载波。
在第五代(5th generation，5G)通信系统中支持15Khz、30Khz、60Khz、120Khz、240Khz的子载波间隔。那么子载波间隔与相位配置频率f0之间的关系可以如以下表1所示。
表1子载波间隔与相位配置频率f0之间的关系
Figure BDA0003037822900000122
Figure BDA0003037822900000131
例如，通信系统中配置的子载波间隔Δf＝15Khz，f0设置为30Khz，即k＝2。发射设备使用载频为fc的第n个子载波对参考信号进行调制以得到单载波信号。那么载频为fc的谐波波束(假设为第m个谐波波束)对应载频为fc的第n个子载波(以n标识)，且对应一次波束过程中需要检测的M个设定波束中第m个设定波束(以m标识)；载频为fc+f0的谐波波束(假设为第m+1个谐波波束)对应载频为fc+f0的第n+2个子载波(以n+2标识)……。其中，m小于或等于M的正整数，M为大于1的整数。
示例的，当f0＝kΔf时，每个谐波波束的载频实际上等于对应的子载波的载频，谐波波束的载频可以通过子载波来标识。在每次波束检测过程中，谐波波束的载频(或子载波)与设定波束的对应关系可以如表2所示。
表2谐波波束的载频(或子载波)与设定波束之间的映射关系
谐波波束的载频 子载波 设定波束(谐波波束)
…… …… ……
f<sub>c</sub>-2f<sub>0</sub>＝f<sub>c</sub>-2kΔf n-2k m-2
f<sub>c</sub>-f<sub>0</sub>＝f<sub>c</sub>-kΔf n-k m-1
f<sub>c</sub> n m
f<sub>c</sub>+f<sub>0</sub>＝f<sub>c</sub>+kΔf n+k m+1
f<sub>c</sub>+2f<sub>0</sub>＝f<sub>c</sub>+2kΔf n+2k m+2
…… …… ……
可选的，在表2中，谐波波束的载频和子载波可以保留一项。
示例的，当f0不等于Δf的整数倍时，谐波波束的载频无法通过子载波来标识。因此，在每次波束检测过程中，谐波波束的载频与设定波束的对应可以如表3所示。
表3谐波波束的载频与设定波束之间的映射关系
Figure BDA0003037822900000132
Figure BDA0003037822900000141
基于图3所示的应用场景，以及以上针对RIS能够同时反射出多个设定方向的谐波波束的工作原理，本申请实施例提供了一种通信方法。该方法可以应用于各种支持波束赋形技术的通信系统中，也适用于如图3所示的应用场景。另外，为了便于区分和描述，本实施例将通信系统中在波束扫描过程中发射参考信号的发射设备记为第一通信设备，将接收参考信号的接收设备记为第二通信设备。下面参阅图6所示的流程图，对本申请实施例提供的通信方法进行详细说明。
S601：在支持波束赋形技术的通信系统中，当第一通信设备和第二通信设备执行波束扫描的一次波束检测过程中，若需要对M个设定波束进行波束检测，M为大于1的整数。所述第一通信设备向RIS发送单载波信号，所述单载波信号的载频为fc。
所述M个设定波束为所述第一通信设备管理的发送波束中，在本次波束检测过程中需要接收设备检测的发送波束。
其中，所述单载波信号的载频fc可以为协议规定的，或者为用户配置的，或者为所述第一通信设备与所述第二通信设备预先约定的。所述单载波信号为所述第一通信设备通过通信系统中的第n个子载波(子载波标识为n，载频为fc)对参考信号调制生成的信号。所述单载波信号的传输形成的波束可以称为单载波波束。
可选的，所述第一通信设备可以但不限于通过以下方式发送所述单载波信号：
方式一：所述第一通信设备中设置有单载波馈源。所述第一通信设备可以通过所述单载波馈源发送所述单载波信号。
方式二：当所述第一通信设备中的收发系统为支持多载波调制技术的多载波系统时，所述第一通信设备可以不改变硬件，在通过所述收发系统发送参考信号时，保留一个子载波对应的数据，其他子载波对应的数据置零。这样，参考信号通过所述收发系统使用一个子载波调制，生成单载波信号。其中，保留的子载波为通信系统中的第n个子载波(子载波标识为n，载频为fc)。
S602：RIS接收到控制指令，根据所述控制指令控制所述RIS中每个基本单元的工作参数，从而控制每个基本单元的反射相位。当所述单载波信号传输至所述RIS时，所述RIS可以反射出M个幅度(强度)一致、方向不同的谐波波束。其中，所述M个谐波波束与所述M个设定波束方向相同。
在本步骤中，由于RIS反射的所述M个谐波波束的幅度(强度)相同，方向不同，因此这种现象等同于所述第一通信设备通过所述M个设定波束传输参考信号。
通过前述对RIS反射谐波波束的工作原理的描述可知，在已知所述M个设定波束的方向(包含仰角和方位角)，RIS中基本单元的排列方式，以及每个基本单元的远场辐射图等信息时，可以推导确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数。当根据每个基本单元的相位变化函数控制每个基本单元的反射相位的变化，最终可以使RIS同时反射出包含与M个设定波束方向相同的M个谐波波束。所述M个谐波波束方向不同，幅度一致。具体推导过程可以参考以上有关工作原理的描述此处不再赘述。
因此，在本步骤中，所述控制指令中包含每个基本单元的控制信息，其中，任一个基本单元的控制信息用于表示该基本单元的相位变化函数，或者，任一个基本单元的控制信息为根据该基本单元的相位变化函数确定的。
在本申请实施例中，根据所述RIS的结构的不同，所述控制指令可以通过多种方式发送：
在一种实施方式中，所述RIS的结构如图4A所示，由一个控制模块控制所有基本单元的控制器件。在该实施方式下，所述控制指令中包含所有基本单元的控制信息。所述RIS的控制模块接收所述控制指令的过程，以及所述控制模块根据所述控制指令控制每个基本单元的反射相位的过程可以参考对图4A的描述，此处不再赘述。另外，由于所述控制指令中包含所有基本单元的控制信息，且每个基本单元的反射相位的配置具有周期特征，因此，所述控制指令可以为通过空时编码技术生成的比特序列。
在另一种实施方式中，所述RIS的结构如图4B所示，所述RIS中包含多个控制模块，分别控制每个基本单元的控制器件。在该实施方式下，所述控制指令的数量为多个，每个控制指令分别包含一个基本单元的控制信息。所述RIS的每个控制模块分别接收控制指令的过程，以及每个控制模块根据接收的控制指令控制一个基本单元的反射相位的过程可以参考对图4B的描述，此处不再赘述。
可选的，在本步骤中，所述控制指令可以为用户输入，或者为所述第一通信设备发送的，又或者为管理设备发送的，本申请对此不作限定。
需要注意的是，通过前述对RIS反射谐波波束的工作原理的描述可知，所述RIS反射的所述M个谐波波束的载频不同，分别为fc+sf0，s为属于(-∞,+∞)的整数。且在根据所述M个设定波束推导所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数的过程中，还可以确定与每个设定波束方向相同的谐波波束的载频，因此，第一通信设备中保存有所述M个设定波束与谐波波束的载频的对应关系，以便后续可以通过谐波波束的载频可以确定波束。
S603：第二通信设备接收无线信号，根据该无线信号确定在fc+sf0中的各个载频上的信号质量，生成测量结果。
由于在S603中，所述RIS同时反射出M个谐波波束，且每个谐波波束的载频不同，因此，所述第二通信设备接收的无线信号中叠加了多个载频上的信号。虽然所述M个谐波波束幅度一致，但是由于信号传输环境的复杂性以及第二通信设备与RIS(第一通信设备)的相对位置，导致不同谐波波束上谐波信号可以产生不同程度的信号衰落，因此，第二通信设备接收到的无线信号中不同载频上的信号质量不同。
在本申请实施例中，无线信号在各个载频上的信号质量，即为各个谐波波束的信号质量。
在本步骤中，所述第二通信设备可以对接收的所述无线信号进行处理，得到在fc+sf0中的各个载频上信号质量。示例性的，所述第二通信设备可以对所述无线信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation，FFT)处理，确定在fc+sf0中的各个载频上信号幅度(或信号强度)。
可选的，在第一种实施方式中，所述第二通信设备得到在fc+sf0中的各个载频上信号质量之后，选择出信号质量最强的载频。然后，所述第二通信设备生成的测量结果可以为该信号质量最强的载频。可选的，所述测量结果还可以包含该载频上的信号质量。
在第二种实施方式中，所述第二通信设备生成的测量结果还可以包含在多个设定载频上的信号质量。示例性的，所述多个设定载频可以包含fc+af0中各个载频，a为属于(-A，+A)的整数，A为正整数。可选的，A可以为1，2，3或4等。又例如，与所述控制指令类似的，所述多个设定载频为用户设定的，或者为所述第一通信设备发送的，又或者为管理设备发送的，所述多个设定载频包含所述M个谐波波束的载频。
可选的，在相位配置频率f0为通信系统中的SCS(用Δf来表示)的k倍时，即f0＝kΔf，那么各个谐波波束的载频为fc+skΔf。其中，k为正整数，在该情况下
Figure BDA0003037822900000161
因此，谐波波束的载频均与通信系统中的子载波的频率相同，谐波波束的载频可以通过子载波来标识。换句话说，谐波波束的载频可以映射为通信系统中的一个子载波，如表2所示。
基于此，所述第二通信设备得到的测量结果为信号质量最强的子载波；或者多个设定子载波上的信号质量。示例性的，与第二种实施方式类似的，所述多个设定子载波包含fc+akΔf中各个子载波；或者所述多个设定子载波包含所述M个谐波波束的载频。
S604：所述第二通信设备向所述第一通信设备发送携带所述测量结果的测量报告。所述第一通信设备从所述第二通信设备接收所述测量报告。
S605：所述第一通信设备根据所述测量报告中的测量结果，确定信号质量最强的载频(或子载波)；并根据该载频(或子载波)，在本次波束检测过程中所述M个设定波束中确定目标波束。所述目标波束为本次波束检测过程中信号质量最强的谐波波束方向相同的目标波束，等同于本次波束检测过程中信号质量最强的设定波束。
在第一种实施方式中，当所述测量结果中包含信号质量最强的载频(或子载波)时，所述第一通信设备可以根据保存的谐波波束的载频(或子载波)与设定波束的对应关系(如表2或表3所示)，确定该信号质量最强的载频(或子载波)对应的目标波束。
在第二种实施方式中，当所述测量结果中包含多个设定载频上(或多个设定子载波)的信号质量时，所述第一通信设备可以在所述多个设定载频(多个设定子载波)中选择信号质量最强的载频(或子载波)，根据第一种实施方式中的过程，根据信号质量最强的载频(或子载波)确定目标波束，此处不再赘述。
在所述第一通信设备确定目标波束之后，可以将所述目标波束作为所述第一通信设备的发送波束，建立所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的波束对；或者所述第一通信设备还可以再执行至少一次波束检测过程，以便根据每次波束检测过程中确定的目标波束，确定所述第一通信设备的发送波束，建立所述第一通信设备与所述第二通信设备之间的波束对。
所述第一通信设备确定所述第一通信设备的发送波束的过程与本通信系统执行波束扫描采用的具体实现方式的不同而不同。
实现方式一：一轮波束扫描包含一次波束检测过程。设备的功率不受限制，所述通信系统可以采用一次针对所有待扫描的M个设定波束执行一次波束检测过程(即S601-S604)。在本实现方式中，所述第一通信设备可以根据本次波束检测过程得到的测量结果确定本次波束检测中信号质量最强的目标波束为所述第一通信设备的发送波束。
实现方式二：一轮波束扫描包含多次波束检测。受限于设备功率的限制，所述通信系统可以在一个波束扫描过程中采用对所有待扫描的H个设定波束进行分组，然后分别针对每个波束组执行一次波束检测过程。
场景一：当每次波束检测过程得到的测量结果中包含信号质量最强的载频(或子载波)时，所述第一通信设备可以根据针对每次波束检测设置的谐波波束的载频(或子载波)与设定波束的对应关系(如表2或表3所示)，确定每次波束检测中信号质量最强的目标波束；然后在多次波束检测得到的多个目标波束中选择一个目标波束作为所述第一通信设备的发送波束。
场景二：当每次波束检测过程得到的测量结果中不仅包含信号质量最强的载频(或子载波)，还包括该载频(或子载波)的信号质量时，所述第一通信设备可以在多次波束检测得到的测量结果中，选择信号质量最强的目标载频(或目标子载波)；在针对得到包含该目标载频(或目标子载波)的测量结果所在的目标波束检测过程设置的谐波波束的载频(或子载波)与设定波束的对应关系(如表2或表3所示)，确定该次波束检测中信号质量最强的目标波束；然后将该目标波束作为所述第一通信设备的发送波束。
场景三：当每次波束检测过程得到的测量结果中包含多个设定载频上(或多个设定子载波)的信号质量时，所述第一通信设备可以在所有测量结果中选择信号质量最强的目标载频(或目标子载波)，然后根据信号质量最强的目标载频(或目标子载波)确定目标波束，具体过程可以参考场景二中的步骤，此处不再赘述。最后将确定的目标波束作为所述第一通信设备的发送波束。
实现方式三：粗扫+细扫的两次波束检测。受限于设备功率的限制，所述通信系统可以采用粗扫+细扫相结合的方式，即将所有待扫描的H个设定波束按照方向进行分组得到多个波束组，其中，同一个波束组包含的设定波束方向相近，每个波束组分别对应一个参考波束。在第一次波束检测时，将每个波束组的参考波束作为待检测波束；然后所述第一通信设备根据第一次波束检测得到的测量结果确定信号质量最强的目标参考波束。在第二次波束检测时，将该目标参考波束所在的目标波束组中的设定波束作为待检测波束。最后第一通信设备根据第二次波束检测得到的测量结果确定信号质量最强的目标波束，将最后确定的目标波束作为所述第一通信设备的发送波束。
以上各个实现方式中，第一通信设备确定每次波束检测过程信号质量最强的目标波束的过程可以参考以上S605中的描述的两种实施方式，此处不再赘述。
由于传统的波束轮询发送的方式需要花费较长的时间完成空间上的一轮波束扫描。而本申请实施例可以通过控制指令控制一个相位配置周期内每个基本单元的反射相位的相位变化规律，使得单载波波束经RIS反射后变成多个幅度、方向可调的谐波波束。通过调整谐波波束的幅度、方向，使其与波束扫描中一次波束检测过程中的波束图案一致。与轮询方案不同之处在于，轮询方案是通过时分的方式完成扫描，而本申请实施例利用谐波波束实现了频分的波束扫描，节省了波束扫描时间。
综上，本申请实施例提供了一种通信方法，由于RIS配合实现波束扫描，即使发射设备只有一个射频链路，也能够通过控制RIS中基本单元的反射相位的变化规律，使RIS能够反射出设定幅度、设定方向的多个谐波波束，实现多波束控制。通过该方法，在波束扫描过程中需要对多个设定波束进行波束检测时，发射设备只需要发送一次单载波信号，通过控制RIS中每个基本单元的工作参数，即可使RIS针对单载波信号同时反射出与所述多个设定波束方向相同的多个谐波波束，如图5所示。这样，接收设备可以同时检测多个方向的谐波波束的信号质量。因此，相对于如图1所示的传统波束轮询过程，该方法可以明显降低波束扫描的时延。另外，通过载频或子载波来表示谐波波束，使得接收设备检测谐波波束的信号质量以及上报测量结果更便捷简单。
下面以在图3所示的应用场景中执行一轮波束扫描过程，其中所有待扫描的设定波束为B0-B5为例，对整个波束扫描过程进行说明。其中，所有待扫描的设定波束B1-B6的方向如图7A所示。
在以下各个实例中，第一通信设备发送的单载波信号的频为fc(第n个子载波)，RIS的相位配置频率f0等于k倍的子载波间隔(Δf)，即f0＝kΔf，因此，RIS反射的谐波波束的载频均与通信系统中的某个子载波的频率相同。这样，在以下各实例中，每个谐波波束的载频可以通过子载波来标识。
实例一：一轮波束扫描包含一次波束检测过程，如图7B所示。
第一通信设备根据设定波束B1-B6的方向(包含仰角和方位角)，RIS中基本单元的排列方式，以及每个基本单元的远场辐射图等信息，推导确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数，具体过程可以参考上述对RIS同时反射多个谐波波束的工作原理的描述，此处不再赘述。
所述第一通信设备确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数后，根据每个基本单元的反射相位的相位变化函数，生成每个基本单元的控制信息，并通过所述第一通信设备与所述RIS之间的物理连接将携带每个基本单元的控制信息的控制指令发送给RIS。
另外，所述第一通信设备在确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数时，还可以预先确定分别与每个设定波束方向相同的谐波波束的载频。因此，所述第一通信设备中保存有子载波(代表谐波波束的载频)与设定波束的对应关系，如表4所示。
表4子载波与设定波束的之间的映射关系
Figure BDA0003037822900000181
Figure BDA0003037822900000191
其中，a1至a6分别为取值不同的整数。
所述第一通信设备向RIS发送载频为fc的单载波信号。
RIS接收到所述第一通信设备发送的控制指令后，根据所述控制指令中每个基本单元的控制信息，分别控制RIS中每个基本单元的工作参数，从而控制每个基本单元的反射相位。当所述单载波信号传输至所述RIS时，所述RIS可以反射出6个幅度(强度)一致、方向不同的谐波波束B1＇-B6＇。其中，谐波波束B1＇-B6＇的方向与设定波束B1-B6一一对应，每个谐波波束与对应的设定波束方向相同，如图7A和图7B中所示。
第二通信设备在接收到无线信号后，根据该无线信号确定在fc+skΔf中各个子载波上的信号质量，生成测量结果。其中，s为属于(-∞,+∞)的整数。所述第二通信设备向所述第一通信设备发送携带所述测量结果的测量报告。
在一种实施方式中，所述测量结果中可以包含多个设定子载波的信号质量。其中，所述多个设定子载波中包含谐波波束B1＇-B6＇的载频对应的子载波(即表4中第一列中的各个子载波)。所述多个设定子载波可以为所述第一通信设备配置给所述第二通信设备的；或者为所述第二通信设备在fc+skΔf中选择的信号质量大于上报阈值的子载波。
在另一种实施方式中，所述测量结果中可以包含fc+skΔf中信号质量最强的目标子载波的信号质量(例如载频为fc+a5kΔf的子载波，标识为n-a5k)。
所述第一通信设备根据所述测量结果，确定本次波束检测过程中，信号质量最强的目标子载波(即载频为fc+a5kΔf的子载波，标识为n-a5k)，然后根据保存的子载波与设定波束的之间的映射关系(如表4)所示，确定所述目标子载波所对应的设定波束为B5。
最后，所述第一通信设备可以将设定波束B5作为所述第一通信设备的发送波束。
实例二：受限于设备功率的限制，一轮波束扫描包含多次波束检测过程，如图7C所示。
第一通信设备将设定波束B1-B6分为多组，例如将B1-B3分为波束组1，将B4-B6分为波束组2，如图7C中的(a)所示。这样，通信设备可以针对每个波束组执行一次波束检测过程。
如图7C中的(b)所示，第一次波束检测过程如下：
第一通信设备根据设定波束B1-B3的方向(包含仰角和方位角)，RIS中基本单元的排列方式，以及每个基本单元的远场辐射图等信息，推导确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数，具体过程可以参考上述对RIS同时反射多个谐波波束的工作原理的描述，此处不再赘述。
所述第一通信设备确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数后，根据每个基本单元的反射相位的相位变化函数，生成每个基本单元的控制信息，并通过所述第一通信设备与所述RIS之间的物理连接将携带每个基本单元的控制信息的控制指令1发送给RIS。
另外，所述第一通信设备在确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数时，还可以预先确定分别与B1-B3中每个设定波束方向相同的谐波波束的载频。因此，所述第一通信设备中保存有针对第一次波束检测设置的子载波(代表谐波波束的载频)与设定波束的对应关系，如表5所示。
表5子载波与设定波束的之间的映射关系
子载波的载频(子载波的标识) 设定波束(谐波波束)
f<sub>c</sub>+b<sub>1</sub>kΔf(n+b<sub>1</sub>k) B1
f<sub>c</sub>+b<sub>2</sub>kΔf(n+b<sub>2</sub>k) B2
f<sub>c</sub>+b<sub>3</sub>kΔf(n+b<sub>3</sub>k) B3
其中，b1至b3分别为取值不同的整数。
所述第一通信设备向RIS发送载频为fc的单载波信号。
RIS接收到所述第一通信设备发送的控制指令1后，根据所述控制指令1中每个基本单元的控制信息，分别控制RIS中每个基本单元的工作参数，从而控制每个基本单元的反射相位。当所述单载波信号传输至所述RIS时，所述RIS可以反射出3个幅度(强度)一致、方向不同的谐波波束B1＇-B3＇。其中，谐波波束B1＇-B3＇的方向与设定波束B1-B3一一对应，每个谐波波束与对应的设定波束方向相同，如图7A和图7C中的(b)所示。
第二通信设备在接收到无线信号后，根据该无线信号确定在fc+skΔf中各个子载波上的信号质量，生成测量结果1。其中，s为属于(-∞,+∞)的整数。所述第二通信设备向所述第一通信设备发送携带所述测量结果1的测量报告1。
在一种实施方式中，所述测量结果1中可以包含多个第一子载波的信号质量。其中，所述多个第一子载波中包含谐波波束B1＇-B3＇的载频对应的子载波(即表5中第一列中的各个子载波)。所述多个第一子载波可以为所述第一通信设备配置给所述第二通信设备的；或者为所述第二通信设备在fc+skΔf中选择的信号质量大于上报阈值的子载波。
如图7C中的(c)所示，第二次波束检测过程如下：
第一通信设备根据设定波束B4-B6的方向(包含仰角和方位角)，RIS中基本单元的排列方式，以及每个基本单元的远场辐射图等信息，推导确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数，具体过程可以参考上述对RIS同时反射多个谐波波束的工作原理的描述，此处不再赘述。
所述第一通信设备确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数后，根据每个基本单元的反射相位的相位变化函数，生成每个基本单元的控制信息，并通过所述第一通信设备与所述RIS之间的物理连接将携带每个基本单元的控制信息的控制指令2发送给RIS。
另外，所述第一通信设备在确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数时，还可以预先确定分别与B4-B6中每个设定波束方向相同的谐波波束的载频。因此，所述第一通信设备中保存有针对第二次波束检测设置的子载波(代表谐波波束的载频)与设定波束的对应关系，如表6所示。
表6子载波与设定波束的之间的映射关系
子载波的载频(子载波的标识) 设定波束(谐波波束)
f<sub>c</sub>+b<sub>4</sub>kΔf(n+b<sub>4</sub>k) B4
f<sub>c</sub>+b<sub>5</sub>kΔf(n+b<sub>5</sub>k) B5
f<sub>c</sub>+b<sub>6</sub>kΔf(n+b<sub>6</sub>k) B6
其中，b4至b6分别为取值不同的整数。
所述第一通信设备向RIS发送载频为fc的单载波信号。
RIS接收到所述第一通信设备发送的控制指令2后，根据所述控制指令2中每个基本单元的控制信息，分别控制RIS中每个基本单元的工作参数，从而控制每个基本单元的反射相位。当所述单载波信号传输至所述RIS时，所述RIS可以反射出3个幅度(强度)一致、方向不同的谐波波束B4＇-B6＇。其中，谐波波束B4＇-B6＇的方向与设定波束B4-B6一一对应，每个谐波波束与对应的设定波束方向相同，如图7A和图7C中的(c)所示。
第二通信设备在接收到无线信号后，根据该无线信号确定在fc+skΔf中各个子载波上的信号质量，生成测量结果2。其中，s为属于(-∞,+∞)的整数。所述第二通信设备向所述第一通信设备发送携带所述测量结果2的测量报告2。
在一种实施方式中，所述测量结果2中可以包含多个第二子载波的信号质量。其中，所述多个第二子载波中包含谐波波束B4＇-B6＇的载频对应的子载波(即表6中第一列中的各个子载波)。所述多个第二子载波可以为所述第一通信设备配置给所述第二通信设备的；或者为所述第二通信设备在fc+skΔf中选择的信号质量大于上报阈值的子载波。
最终，所述第一通信设备根据接收的测量结果1和测量结果2，在所述多个第一子载波和所述多个第二子载波中，确定信号质量最强的目标子载波(继续以载频为fc+a5kΔf的子载波为例，标识为n-a5k)，然后根据保存的针对第二次波束检测设置的子载波与设定波束的之间的映射关系(如表6)所示，确定所述目标子载波所对应的设定波束为B5。
最后，所述第一通信设备可以将设定波束B5作为所述第一通信设备的发送波束。
实例三：受限于设备功率的限制，一轮波束扫描采用粗扫+细扫相结合的两次波束检测方式，如图7D所示。
如图7D中的(a)所示，所述第一通信设备首先按照波束的方向将设定波束B1-B6分为多个波束组，例如将B1-B3分为波束组1，将B4-B6分为波束组2。其中，每个波束组包含的设定波束方向相近，每个波束组分别对应一个参考波束。其中，波束组1对应的参考波束为波束2，波束组2对应的参考波束为波束5。
如图7D中的(b)所示，第一次波束检测过程如下：
第一通信设备根据设定波束B2、B5的方向(包含仰角和方位角)，RIS中基本单元的排列方式，以及每个基本单元的远场辐射图等信息，推导确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数，具体过程可以参考上述对RIS同时反射多个谐波波束的工作原理的描述，此处不再赘述。
所述第一通信设备确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数后，根据每个基本单元的反射相位的相位变化函数，生成每个基本单元的控制信息，并通过所述第一通信设备与所述RIS之间的物理连接将携带每个基本单元的控制信息的控制指令1发送给RIS。
另外，所述第一通信设备在确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数时，还可以预先确定分别与B2、B5中每个设定波束方向相同的谐波波束的载频。因此，所述第一通信设备中保存有针对第一次波束检测设置的子载波(代表谐波波束的载频)与设定波束的对应关系，如表7所示。
表7子载波与设定波束的之间的映射关系
子载波的载频(子载波的标识) 设定波束(谐波波束)
f<sub>c</sub>+c<sub>2</sub>kΔf(n-c<sub>2</sub>k) B2
f<sub>c</sub>+c<sub>5</sub>kΔf(n-c<sub>5</sub>k) B5
其中，c2、c5分别为取值不同的整数。
所述第一通信设备向RIS发送载频为fc的单载波信号。
RIS接收到所述第一通信设备发送的控制指令1后，根据所述控制指令1中每个基本单元的控制信息，分别控制RIS中每个基本单元的工作参数，从而控制每个基本单元的反射相位。当所述单载波信号传输至所述RIS时，所述RIS可以反射出2个幅度(强度)一致、方向不同的谐波波束B2＇、B5＇。其中，谐波波束B2＇与设定波束B2波束对应，谐波波束B5＇的方向与设定波束B5对应，每个谐波波束与对应的设定波束方向相同，如图7A和图7D中的(b)所示。
第二通信设备在接收到无线信号后，根据该无线信号确定在fc+skΔf中各个子载波上的信号质量，生成测量结果1。其中，s为属于(-∞,+∞)的整数。所述第二通信设备向所述第一通信设备发送携带所述测量结果1的测量报告1。
在一种实施方式中，所述测量结果1中可以包含多个第一子载波的信号质量。其中，所述多个第一子载波中包含谐波波束B1＇、B5＇的载频对应的子载波(即表7中第一列中的各个子载波)。所述多个第一子载波可以为所述第一通信设备配置给所述第二通信设备的；或者为所述第二通信设备在fc+skΔf中选择的信号质量大于上报阈值的子载波。
在另一种实施方式中，所述测量结果1中可以包含fc+skΔf中信号质量最强的目标子载波的信号质量(例如载频为fc+c5kΔf的子载波，标识为n-c5k)。
所述第一通信设备根据所述测量结果1，确定本次波束检测过程中，信号质量最强的目标子载波(即载频为fc+c5kΔf的子载波，标识为n-c5k)，然后根据针对第一次波束检测设置的子载波与设定波束的之间的映射关系(如表7)所示，确定所述目标子载波所对应的设定波束为B5。
最后，所述第一通信设备根据第一次波束检测过程中确定的信号质量最强的参考波束B5，确定第二次波束检测需要检测的对象为包含参考波束B5的波束组(波束组2)中的波束。
如图7D中的(c)所示，第二次波束检测过程如下：
第一通信设备根据波束组2中的设定波束B4-B6的方向(包含仰角和方位角)，RIS中基本单元的排列方式，以及每个基本单元的远场辐射图等信息，推导确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化函数，具体过程可以参考上述对RIS同时反射多个谐波波束的工作原理的描述，此处不再赘述。
所述第一通信设备确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数后，根据每个基本单元的反射相位的相位变化函数，生成每个基本单元的控制信息，并通过所述第一通信设备与所述RIS之间的物理连接将携带每个基本单元的控制信息的控制指令2发送给RIS。
另外，所述第一通信设备在确定每个基本单元的反射相位的相位变化函数时，还可以预先确定分别与B4-B6中每个设定波束方向相同的谐波波束的载频。因此，所述第一通信设备中保存有针对第二次波束检测设置的子载波(代表谐波波束的载频)与设定波束的对应关系，如表8所示。
表8子载波与设定波束的之间的映射关系
子载波的载频(子载波的标识) 设定波束(谐波波束)
f<sub>c</sub>+c<sub>4</sub>kΔf(n+c<sub>4</sub>k) B4
f<sub>c</sub>+c<sub>5</sub>kΔf(n+c<sub>5</sub>k) B5
f<sub>c</sub>+c<sub>6</sub>kΔf(n+c<sub>6</sub>k) B6
其中，c4至c6分别为取值不同的整数。
所述第一通信设备向RIS发送载频为fc的单载波信号。
RIS接收到所述第一通信设备发送的控制指令2后，根据所述控制指令2中每个基本单元的控制信息，分别控制RIS中每个基本单元的工作参数，从而控制每个基本单元的反射相位。当所述单载波信号传输至所述RIS时，所述RIS可以反射出3个幅度(强度)一致、方向不同的谐波波束B4＇-B6＇。其中，谐波波束B4＇-B6＇的方向与设定波束B4-B6一一对应，每个谐波波束与对应的设定波束方向相同，如图7A和图7D中的(c)所示。
第二通信设备在接收到无线信号后，根据该无线信号确定在fc+skΔf中各个子载波上的信号质量，生成测量结果2。其中，s为属于(-∞,+∞)的整数。所述第二通信设备向所述第一通信设备发送携带所述测量结果2的测量报告2。
在一种实施方式中，所述测量结果2中可以包含多个第二子载波的信号质量。其中，所述多个第二子载波中包含谐波波束B4＇-B6＇的载频对应的子载波(即表6中第一列中的各个子载波)。所述多个第二子载波可以为所述第一通信设备配置给所述第二通信设备的；或者为所述第二通信设备在fc+skΔf中选择的信号质量大于上报阈值的子载波。
在另一种实施方式中，所述测量结果2中可以包含fc+skΔf中信号质量最强的目标子载波的信号质量(例如载频为fc+c5kΔf的子载波，标识为n-c5k)。
所述第一通信设备根据所述测量结果2，确定本次波束检测过程中，信号质量最强的目标子载波(即载频为fc+c5kΔf的子载波，标识为n-c5k)，然后根据针对第二次波束检测设置的子载波与设定波束的之间的映射关系(如表8)所示，确定所述目标子载波所对应的设定波束为B5。
最后，所述第一通信设备可以将设定波束B5作为所述第一通信设备的发送波束。
通过以上实例二和实例三提供的波束扫描过程，一轮波束扫描可以通过多次波束检测实现，在该可以兼顾设备的功率限制的同时，还可以提高波束扫描的速度。
基于相同的技术构思，本申请还提供了一种通信装置，所述通信装置可以应用于图3所示的应用场景中，用于实现图6所示的实施例和以上实例中提供的方法。参阅图8所示，所述通信装置800中包含通信单元801和处理单元802。其中，所述通信单元801用于接收和发送信号。所述通信单元801的物理表现形式可以为收发器和天线等。
在一种实施方式中，所述通信装置800应用于以上实施例或实例中第一通信设备(即发射参考信号的发射设备)。下面对在该实施方式下所述处理单元802的功能进行介绍。
所述处理单元802，用于：
通过所述通信单元801向可重配智能表面RIS发送单载波信号，以使所述RIS接收到所述单载波信号能够反射出M个谐波波束，其中，所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，M为大于或等于2的整数；
通过所述通信单元801接收第二通信设备发送的测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述M个谐波波束中的目标谐波波束的载频；
根据保存的多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系，在所述M个设定波束中，确定与所述目标谐波波束的载频对应的目标设定波束。
在一个可能的设计中，所述单载波信号的载频为fc；所述M个谐波波束中任一个谐波波束的载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
在一个可能的设计中，所述单载波的载频fc为通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，任一个谐波波束的载频等于通信系统中的一个子载波的载频；
所述载频指示信息为所述目标子载波的标识，所述目标子载波的载频与所述目标谐波波束的载频相同。
在一个可能的设计中，所述RIS中包含多个基本单元；所述处理单元802，还用于：
根据所述M个设定波束的方向，所述RIS中每个基本单元的排列方式，确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化规律；
根据每个基本单元的反射相位的相位变化规律，确定每个基本单元的控制信息；其中，任一个基本单元的控制信息用于指示所述RIS控制所述基本单元的工作参数，以使所述基本单元的反射相位变化符合所述基本单元的反射相位的相位变化规律；
通过所述通信单元801向所述RIS发送控制指令，所述控制指令中包含所述多个基本单元的控制信息。
在一个可能的设计中，每个基本单元具有固定的多种反射相位，任一个基本单元的控制信息通过数字编码表示；
所述控制指令为对所述多个基本单元的控制信息进行空时编码生成的。
在一个可能的设计中，所述处理单元802，还用于：
根据所述M个设定波束的方向，所述RIS中每个基本单元的排列方式，确定与每个设定波束对应的谐波波束的载频；根据与每个设定波束对应的谐波波束的载频，确定所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系；或者
通过所述通信单元801接收其他设备发送的所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系。
在一个可能的设计中，所述测量报告中还包含所述目标谐波波束的信号质量。
在另一种实施方式中，所述通信装置800应用于以上实施例或实例中第二通信设备(即接收参考信号的接收设备)。下面对在该实施方式下所述处理单元802的功能进行介绍。
所述处理单元802，用于：
通过所述通信单元801接收无线信号，确定所述无线信号在设定的T个载频中每个载频上的信号质量；其中，所述T个载频中包含M个谐波波束的载频；所述M个谐波波束为可重配智能表面RIS接收到第一通信设备发送的单载波信号时反射形成的；所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，T、M为大于或等于2的整数；
根据无线信号在所述T个载频中每个载频上的信号质量，通过所述通信单元801向第一通信设备发送测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述目标载频，所述目标载频为所述T个载频中符合设定条件的载频。
在一个可能的设计中，所述单载波信号的载频为fc；所述T个载频中任一个载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
在一个可能的设计中，所述单载波的载频fc为通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，所述T个载频中任一个载频等于通信系统中的一个子载波的载频；
所述载频指示信息为所述目标子载波的标识，所述目标子载波的载频与所述目标载频相同。
在一个可能的设计中，所述目标载频为所述T个载频中信号质量最强的载频；或者
所述目标载频为设定上报载频，所述设定上报载频为用户设定的，或者为所述第一通信设备的，或者，所述设定上报载频中包含所述M个谐波波束的载频。
在一个可能的设计中，所述测量报告中还包含所述无线信号在所述目标载频上的信号质量。
在一个可能的设计中，所述处理单元802，在确定所述无线信号在设定的T个载频上的信号质量时，具体用于：
对所述无线信号进行快速傅里叶变化处理，确定所述无线信号在所述T个载频中每个载频上的信号质量。
基于相同的技术构思，本申请还提供了一种RIS，所述RIS可以应用于图3所示的应用场景中，用于实现图6所示的实施例和以上实例中提供的方法。参阅图9所示，所述RIS900中包含通信模块901和控制模块902，以及多个基本单元903，以及每个基本单元对应的控制器件904。可选的，所述通信模块901的物理表现形式可以为通信接口，或者为收发器和天线等，本申请对此不作限定。
所述通信模块901，用于接收控制指令；其中，所述控制指令中包含每个基本单元903的控制信息，任一个基本单元903的控制信息用于指示所述RIS控制所述基本单元903的工作参数，以使所述基本单元903的反射相位变化符合设定的所述基本单元903的反射相位的相位变化规律；
所述控制模块902，用于根据所述控制指令中每个基本单元903的控制信息，控制每个基本单元903的工作参数，以使每个基本单元903的相位变化符合设定的该基本单元903的反射相位的相位变化规律，从而使所述RIS 900接收到第一通信设备发送的单载波信号时能够反射出M个谐波波束；
其中，所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同。
具体的，所述控制模块902，可以根据所述控制指令中每个基本单元903的控制信息，控制每个基本单元903对应的控制器件904，从而可以控制每个基本单元903的工作参数，进而使每个基本单元903的相位变化符合设定的相位变化规律。
在一个可能的设计中，单载波信号的载频为fc；所述M个谐波波束中任一个谐波波束的载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
在一个可能的设计中，所述单载波信号的载频fc为所述第一通信设备所属通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，任一个谐波波束的载频等于通信系统中的一个子载波的载频。
在一个可能的设计中，每个基本单元的反射相位的相位变化规律为根据所述M个设定波束的方向、所述RIS中每个基本单元的排列方式确定的。
在一个可能的设计中，每个基本单元具有固定的多种反射相位，任一个基本单元的控制信息通过数字编码表示；
所述控制指令为对所述多个基本单元的控制信息进行空时编码生成的。
在一个可能的设计中，所述通信模块901，具体用于：
接收所述第一通信设备或所述RIS的管理设备发送的所述控制指令。
需要说明的是，本申请实施例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，另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
基于以上实施例，本申请实施例还提供了一种通信设备，所述通信设备可以应用于如图3所示的应用场景中，并可以实现以上实施例和实例提供的方法，具有以上实施例提供的通信装置800的功能。参阅图10所示，所述通信设备1000包括：收发器1001、处理器1002，存储器1003。其中，所述收发器1001、所述处理器1002以及所述存储器1003之间相互连接。
可选的，所述收发器1001、所述处理器1002以及所述存储器1003之间通过总线1004相互连接。所述总线1004可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，EISA)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图10中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
所述收发器1001，用于接收和发送信号，实现与通信系统中的其他设备之间的通信。
所述处理器1002用于实现以上实施例或实例提供的方法。
在一个实施方式中，所述通信设备1000为以上实施例或实例中的第一通信设备(即发射参考信号的发射设备)，所述处理器1002，用于：
通过所述收发器1001向可重配智能表面RIS发送单载波信号，以使所述RIS接收到所述单载波信号能够反射出M个谐波波束，其中，所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，M为大于或等于2的整数；
通过所述收发器1001接收第二通信设备发送的测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述M个谐波波束中的目标谐波波束的载频；
根据保存的多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系，在所述M个设定波束中，确定与所述目标谐波波束的载频对应的目标设定波束。
在一个实施方式中，所述通信设备1000为以上实施例或实例中的第二通信设备(即接收参考信号的接收设备)，所述处理器1002，用于：
通过所述收发器1001接收无线信号，确定所述无线信号在设定的T个载频中每个载频上的信号质量；其中，所述T个载频中包含M个谐波波束的载频；所述M个谐波波束为可重配智能表面RIS接收到第一通信设备发送的单载波信号时反射形成的；所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，T、M为大于或等于2的整数；
根据无线信号在所述T个载频中每个载频上的信号质量，通过所述收发器1001向第一通信设备发送测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述目标载频，所述目标载频为所述T个载频中符合设定条件的载频。
所述处理器1002的具体功能可以参考以上实施例中的描述，此处不再赘述。
其中，处理器1002可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)或者CPU和NP的组合等等。处理器1002还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmable gate array，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic，GAL)或其任意组合。处理器1002在实现上述功能时，可以通过硬件实现，当然也可以通过硬件执行相应的软件实现。
所述存储器1003，用于存放程序指令等。具体地，程序指令可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。存储器1003可能包含随机存取存储器(random accessmemory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。处理器1002执行存储器1003所存放的程序指令，实现上述功能，从而实现上述实施例提供的方法。
基于以上实施例，本申请实施例还提供了一种计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行以上实施例提供的方法。
基于以上实施例，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，使得计算机执行以上实施例提供的方法。
其中，存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。
基于以上实施例，本申请实施例还提供了一种芯片，所述芯片用于读取存储器中存储的计算机程序，实现以上实施例提供的方法。
基于以上实施例，本申请实施例提供了一种芯片系统，该芯片系统包括处理器，用于支持计算机装置实现以上实施例中通信设备所涉及的功能。在一种可能的设计中，所述芯片系统还包括存储器，所述存储器用于保存该计算机装置必要的程序和数据。该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。
综上所述，本申请实施例提供了一种通信方法及设备。通过该方法，在波束扫描过程中需要对多个设定波束进行波束检测时，发射设备只需要发送一次单载波信号，通过控制RIS中每个基本单元的工作参数，即可使RIS针对单载波信号同时反射出与所述多个设定波束方向相同的多个谐波波束。这样，接收设备可以同时检测多个方向的谐波波束的信号质量。因此，相对于如图1所示的传统波束轮询过程，该方法可以明显降低波束扫描的时延。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (25)

1.一种通信方法，其特征在于，应用于第一通信设备，所述方法包括：
向可重配智能表面RIS发送单载波信号，以使所述RIS接收到所述单载波信号能够反射出M个谐波波束，其中，所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，M为大于或等于2的整数；
接收第二通信设备发送的测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述M个谐波波束中的目标谐波波束的载频；
根据保存的多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系，在所述M个设定波束中，确定与所述目标谐波波束的载频对应的目标设定波束。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单载波信号的载频为fc；所述M个谐波波束中任一个谐波波束的载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单载波的载频fc为通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，任一个谐波波束的载频等于通信系统中的一个子载波的载频；
所述载频指示信息为所述目标子载波的标识，所述目标子载波的载频与所述目标谐波波束的载频相同。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述RIS中包含多个基本单元；所述方法还包括：
根据所述M个设定波束的方向，所述RIS中每个基本单元的排列方式，确定所述RIS中每个基本单元的反射相位的相位变化规律；
根据每个基本单元的反射相位的相位变化规律，确定每个基本单元的控制信息；其中，任一个基本单元的控制信息用于指示所述RIS控制所述基本单元的工作参数，以使所述基本单元的反射相位变化符合所述基本单元的反射相位的相位变化规律；
向所述RIS发送控制指令，所述控制指令中包含所述多个基本单元的控制信息。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，每个基本单元具有固定的多种反射相位，任一个基本单元的控制信息通过数字编码表示；
所述控制指令为对所述多个基本单元的控制信息进行空时编码生成的。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述M个设定波束的方向，所述RIS中每个基本单元的排列方式，确定与每个设定波束对应的谐波波束的载频；根据与每个设定波束对应的谐波波束的载频，确定所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系；或者
接收其他设备发送的所述多个谐波波束的载频与设定波束的对应关系。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述测量报告中还包含所述目标谐波波束的信号质量。
8.一种通信方法，其特征在于，应用于可重配智能表面RIS，其中，所述RIS中包含多个基本单元，所述方法包括：
接收控制指令，其中，所述控制指令中包含每个基本单元的控制信息，任一个基本单元的控制信息用于指示所述RIS控制所述基本单元的工作参数，以使所述基本单元的反射相位变化符合设定的所述基本单元的反射相位的相位变化规律；
根据所述控制指令中每个基本单元的控制信息，控制每个基本单元的工作参数，以使每个基本单元的相位变化符合设定的该基本单元的反射相位的相位变化规律，从而使所述RIS接收到第一通信设备发送的单载波信号时能够反射出M个谐波波束；
其中，所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，单载波信号的载频为fc；所述M个谐波波束中任一个谐波波束的载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述单载波信号的载频fc为所述第一通信设备所属通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，任一个谐波波束的载频等于通信系统中的一个子载波的载频。
11.如权利要求8-10任一项所述的方法，其特征在于，每个基本单元的反射相位的相位变化规律为根据所述M个设定波束的方向、所述RIS中每个基本单元的排列方式确定的。
12.如权利要求8-11任一项所述的方法，其特征在于，每个基本单元具有固定的多种反射相位，任一个基本单元的控制信息通过数字编码表示；
所述控制指令为对所述多个基本单元的控制信息进行空时编码生成的。
13.如权利要求8-12任一项所述的方法，其特征在于，接收控制指令，包括：
接收所述第一通信设备或所述RIS的管理设备发送的所述控制指令。
14.一种通信方法，其特征在于，应用于第二通信设备，所述方法包括：
接收无线信号，确定所述无线信号在设定的T个载频中每个载频上的信号质量；其中，所述T个载频中包含M个谐波波束的载频；所述M个谐波波束为可重配智能表面RIS接收到第一通信设备发送的单载波信号时反射形成的；所述M个谐波波束幅度相同、方向不同且载频不同；所述M个谐波波束与M个设定波束一一对应，任一个谐波波束与对应的设定波束方向相同，T、M为大于或等于2的整数；
根据无线信号在所述T个载频中每个载频上的信号质量，向第一通信设备发送测量报告，所述测量报告中包含载频指示信息，所述载频指示信息用于指示所述目标载频，所述目标载频为所述T个载频中符合设定条件的载频。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述单载波信号的载频为fc；所述T个载频中任一个载频为fc+sf0，s为整数，f0为所述RIS的相位配置频率。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述单载波的载频fc为通信系统中的一个子载波的载频，f0为所述通信系统中的子载波间隔SCS的k倍，所述T个载频中任一个载频等于通信系统中的一个子载波的载频；
所述载频指示信息为所述目标子载波的标识，所述目标子载波的载频与所述目标载频相同。
17.如权利要求14-16任一项所述的方法，其特征在于，所述目标载频为所述T个载频中信号质量最强的载频；或者
所述目标载频为设定上报载频，所述设定上报载频为用户设定的，或者为所述第一通信设备的，或者，所述设定上报载频中包含所述M个谐波波束的载频。
18.如权利要求14-17任一项所述的方法，其特征在于，所述测量报告中还包含所述无线信号在所述目标载频上的信号质量。
19.如权利要求14-18任一项所述的方法，其特征在于，确定所述无线信号在设定的T个载频上的信号质量，包括：
对所述无线信号进行快速傅里叶变化处理，确定所述无线信号在所述T个载频中每个载频上的信号质量。
20.一种第一通信设备，其特征在于，包括：
收发器，用于接收和发送信号；
存储器，用于存储程序指令和数据；
处理器，用于读取所述存储器中的程序指令和数据，通过所述收发器实现权利要求1-7任一项所述的方法。
21.一种可重配智能表面RIS，其特征在于，包括：
多个基本单元；
通信模块，用于接收控制指令；
控制模块，用于根据所述控制指令，实现如权利要求8-13任一项所述的方法。
22.一种第二通信设备，其特征在于，包括：
收发器，用于接收和发送信号；
存储器，用于存储程序指令和数据；
处理器，用于读取所述存储器中的程序指令和数据，通过所述收发器实现权利要求14-19任一项所述的方法。
23.一种通信系统，其特征在于，包括：
如权利要求20所述的第一通信设备；
如权利要求21所述的可重配智能表面RIS；以及
如权利要求22所述的第二通信设备。
24.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1-19任一项所述的方法。
25.一种芯片，其特征在于，所述芯片与存储器耦合，所述芯片读取存储器中存储的计算机程序，执行权利要求1-19任一项所述的方法。
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