CN115361045A - 基于旁瓣能量感知的通信方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于旁瓣能量感知的通信方法、装置、终端及存储介质，方法包括：在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知；计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。本发明在信标头间隔内与数据传输间隔内分别对感知链路进行设计，以实现启动器在定向通信时能够感知环境中的多目标运动。

Description

基于旁瓣能量感知的通信方法、装置、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及的是基于旁瓣能量感知的通信方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
毫米波信号在超高速通信和细粒度感知方面均有着卓越性能，目前在毫米波频段实现通信感知一体化已成为研究热点之一。
为对抗毫米波信号的传播衰落，毫米波通信设备多采用相控阵天线，将辐射能量集中在单方向进行定向通信，但毫米波定向通信的传输特点限制了系统感知的角度范围，为了感知周围环境，需要利用波束扫描。比如，在目前毫米波段的IEEE 802.11ad和IEEE802.11ay标准里，通信传输间隔由连续的信标组成。如图2所示，单个信标主要分为信标头间隔和数据传输间隔两个部分；在信标头间隔期间内，通信节点利用扇区扫描机制对齐通信波束；在数据传输间隔期间，采用非定向传输和定向传输的方式进行通信传输；对于定向通信的一对节点，比如PCP/AP与用户设备(User Equipment,UE)在进行数据通信前，需要先在信标头间隔内用扇区级扫描将波束彼此对齐，然后再使用对齐后的波束在数据传输间隔内进行定向数据传输。这一设计揭露了毫米波频段在通信和感知之间的两难境地：PCP/AP在进行波束扫描时，可以感知环境但不能通信；当PCP/AP和用户设备进行通信时，定向传输会将感知范围限制在特定角度。
因此，现有技术还有待改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术缺陷，本发明提供一种基于旁瓣能量感知的通信方法、装置、终端及存储介质，以解决现有的定向通信方式中感知能力低的技术问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种基于旁瓣能量感知的通信方法，包括：
在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知；
计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；其中，所述目标角度为所述发射机视野范围内的任意方向；
根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。
在一种实现方式中，所述在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，包括：
控制启动器的接收机波束与发射机波束进行同方向的同步扫描；
利用信道估计算法提取各波束指向下的信道冲击响应信息，并利用目标检测算法提取各目标对象所在的角度；
根据各目标对象所在的角度及信道冲击响应信息，输出各目标对象对应的扇区ID。
在一种实现方式中，所述根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知，包括：
依据802.11ad传输协议获取通信目标对应的通信扇区ID，并根据所获取的通信扇区ID于数据传输间隔内与通信目标建立通信链接。
在一种实现方式中，所述计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，包括：
测量发射机波束的方向增益和接收机波束的方向增益；
计算各方向下发射机波束和接收机波束的组合增益之和；
当接收机指向目标方向时，根据接收机波束的主瓣确定所述目标方向上的接收增益；
当所述发射机波束与所述接收机波束的主瓣方向一致时，确定发射天线和接收天线的天线增益；
对于任一接收机波束的索引，计算在所有发射机波束索引下的接收增益与天线增益之间的差距。
在一种实现方式中，所述对于任一接收机波束的索引，计算在所有发射机波束索引下的接收增益与天线增益之间的差距，之后包括：
将计算得到的差距转换为累加个数，并将转换后的累加个数存储在查找表中。
在一种实现方式中，所述控制目标角度下多目标方向的时域自适应积累，包括：
从所述信标头间隔内获取所述发射机波束索引和接收机的若干个待扫描方向，并根据各方向所需的累计数目的大小对所述待扫描方向进行排序，得到所述接收机的扫描序列；
对各目标扇区分配一个积累时间上限，并根据所述扫描序列依次累加所述接收波束下收集的数据包前导码；
判断所述接收波束是否未扫描所有扇区；
若所述接收波束未扫描所有扇区，则对累加后的前导码进行平均处理，输出处理后的前导码，并更新积累时间长度，切换至下一目标扇区；
若所述接收波束已扫描所有扇区，则重新指向第一个扇区，并进行下一轮扫描。
在一种实现方式中，所述对各目标扇区分配一个积累时间上限，并根据所述扫描序列依次累加所述接收波束下收集的数据包前导码，之后包括：
判断当前积累个数或在当前扇区的积累时间是否达到上限；
若当前积累个数或在当前扇区的积累时间达到上限，则结束前导码累加过程。
在一种实现方式中，所述根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，之前包括：
根据所述信道估计算法从处理后的前导码中提取信道冲击响应信息；
获取所述接收机多轮扫描后的三维信道状态数据。
在一种实现方式中，所述根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，包括：
对接收信号中混叠的多目标对象的信号进行线性分解，并提取各运动目标解缠后的相位波形；
根据各运动特征相似度提取的相位进行聚类，并输出每一类型的相位结果；
从相位结果中对目标运动特征进行估计，输出对各目标对象的感知结果。
在一种实现方式中，所述将感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标，包括：
根据所述感知结果上传数据包；
或根据所述感知结果转发所述数据包。
第二方面，本发明提供一种基于旁瓣能量感知的通信装置，包括：
信标头间隔模块，用于在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知；
旁瓣数据处理模块，用于计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；其中，所述目标角度为所述发射机视野范围内的任意方向；
数据传输间隔处理模块，用于根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。
第三方面，本发明提供一种终端，包括：处理器以及存储器，所述存储器存储有基于旁瓣能量感知的通信程序，所述基于旁瓣能量感知的通信程序被所述处理器执行时用于实现如第一方面所述的基于旁瓣能量感知的通信方法。
第四方面，本发明还提供一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质存储有基于旁瓣能量感知的通信程序，所述基于旁瓣能量感知的通信程序被处理器执行时用于实现如第一方面所述的基于旁瓣能量感知的通信方法。
本发明采用上述技术方案具有以下效果：
本发明在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，可以根据对应的扇区ID建立信标头间隔内各目标对象的感知；并且，通过计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累，可以根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标；本发明在毫米波系统进行定向通信时，利用通信波束的旁瓣能量实现同时的全向感知，能够让毫米波系统具有同时进行通信和感知的双功能，将降低投资成本，提升频谱资源利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明的一种实现方式中基于旁瓣能量感知的通信方法的流程图。
图2是现有的IEEE 802.11ad协议中单个信标的传输模型示意图。
图3是本发明的一种实现方式中旁瓣能量感知的应用场景示意图。
图4是本发明的一种实现方式中信标头间隔和数据传输间隔的处理流程图。
图5是本发明的一种实现方式中信标头间隔内的系统架构示意图。
图6是本发明的一种实现方式中数据传输间隔的系统架构示意图。
图7是本发明的一种实现方式中终端的功能原理图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
示例性方法
对于毫米波通信系统在定向通信时不能兼顾全向感知的问题，现有的技术主要分为两类：一类是时分复用策略，让系统在波束扫描式感知和定向通信之间快速切换。然而在目前通信标准下的信标长度约为102ms，扇区级扫描的重复频率较低(约为10Hz)，能满足的感知场景有限，提高扇区级扫描的重复频率将有益于提升系统对环境感知的精度，但由于目前毫米波通信主要面向超清视频流传输等对延时较为敏感的场景，频繁的通信中断将降低网络服务质量。另一类是多波束策略，在系统的发射天线或接收天线生成多个波束并赋予不同功能，比如其中一个波束进行定向通信，另一个持续进行扫描式感知。但该方法会降低通信波束的能量，影响定向通信的性能，并且持续扫描的感知波束可能会引入对同频段其他通信设备的干扰。
针对上述技术问题，本实施例中提供了一种基于旁瓣能量感知的通信方法，在信标头间隔内与数据传输间隔内分别对感知链路进行设计，在毫米波系统进行定向通信时，利用通信波束的旁瓣能量实现同时的全向感知，能够让毫米波系统具有同时进行通信和感知的双功能，将降低投资成本，提升频谱资源利用效率。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于旁瓣能量感知的通信方法，包括以下步骤：
步骤S100，在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知。
在本实施例中，所述基于旁瓣能量感知的通信方法应用于终端上，所述终端包括但不限于：计算机以及移动终端等设备。
在本实施例中，通信传输的单个信标主要分为：信标头间隔和数据传输间隔两个部分。
在信标传输间隔(Beacon Transmission Interval，BTI)期间，个人基本服务集控制点(Personal basic service set Control Point，PCP)或者AP作为启动器，用方向性波束进行扇区扫描，每一个扇区扫描帧(Sector Sweep)会由一个不同指向的波束发出，此时应答器(用户站点，STAs)的接收天线为全向辐射，应答器会测量在不同的扇区扫描帧下的接收信号强度(Receiver Signal Strength)。然后，在关联波束训练期间(Associated-Beamforming Training)，由应答器进行扇区扫描，启动器换用全向天线，会测量在不同的接收扇区扫描帧下的接收信号强度。最后，在公告传输间隔(Announcement TransmissionInterval，ATI)期间，启动器给应答器发送反馈，反馈信息中包含接收信号强度最高的对应扇区编号，同样应答器也会在确认字符中(Acknowledgment character，ACK)告知启动器它所记录的接收信号强度最高的扇区编号。
在数据传输间隔期间有两种介质访问模式：
1、非定向传输的站点在基于竞争的访问周期(Contention-Based accessperiods，CBAP)内进行通信传输。
2、定向传输的站点在时分多址(Time division multiple access，TDMA)的服务周期(service periods，SP)进行定向通信。如图2所示，在数据传输间隔期间，对于定向传输的站点，AP在调度的时隙内轮流与多个客户端站点建立波束对齐的通信链路。站点之间在进行定向传输时，连续数据帧之间的间隔较短暂，一般在1±0.1μs之间，单帧的最大持续时间不超过2ms，因此802.11ad拥有极高的数据传输率。
本实施例在不影响通信性能的前提下，实现毫米波的同时定向通信与全向感知，设计了一种基于旁瓣能量感知的毫米波通信感知一体化方法；通过观察发现，局域网中的接入点与移动终端在数据传输间隔期间进行下行通信时，虽然接入点发射机的主瓣能量会集中在通信方向，但旁瓣能量会散布在其余方向，本发明的创新点在于利用通信波束的旁瓣能量实现系统对周围环境的同时感知，由于该设计无需对毫米波通信协议、通信波束做改动，因此不会影响系统的通信性能。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S100包括以下步骤：
步骤S101，控制启动器的接收机波束与发射机波束进行同方向的同步扫描；
步骤S102，利用信道估计算法提取各波束指向下的信道冲击响应信息，并利用目标检测算法提取各目标对象所在的角度；
步骤S103，根据各目标对象所在的角度及信道冲击响应信息，输出各目标对象对应的扇区ID；
步骤S104，依据802.11ad传输协议获取通信目标对应的通信扇区ID，并根据所获取的通信扇区ID于数据传输间隔内与通信目标建立通信链接。
如图3所示，在一种应用场景中，毫米波接入点(AP)或基站模拟单站雷达，拥有一个发射链路和一个接收链路，发射机与接收机垂直并置，即发射天线与接收天线增益的方位面处于同一中心。接收链路在下行通信中负责感知信号处理，在上行通信中负责通信信号处理。当AP与用户设备进行连续信标传输时，本实施例在信标头间隔内与数据传输间隔内分别对感知链路进行设计，以实现AP在定向通信时能够感知环境中的多目标运动。
如图4所示，对于信标传输间隔内的通信链路，本实施例中在启动器(AP或基站)与应答器(用户设备)之间利用波束训练获得扇区ID，建立通信链接(详见上述信标传输间隔的工作原理)；其中，扇区ID指一对通信节点互相指向对方的波束索引。
对于信标传输间隔内的感知链路，为检测出环境中的运动目标所在角度，本实施例在信标头间隔期间，控制AP的接收机波束与发射机波束进行同方向的同步扫描。利用信道估计算法提取各波束指向下的信道冲击响应信息，以及利用目标检测算法提取多目标所在的角度，输出多目标扇区ID。其中，每一个扇区ID代表指向该目标方向的波束索引；通过检测出环境中的运动目标所在角度，将对多个运动目标的感知结果传输至通信链路，以此实现信标头间隔内多目标对象的感知。
值得一提的是，在本实施例中，目标对象不一定要与启动器建立通信链接，因为感知方法是被动感知的过程；通信链接建立在802.11ad传输协议下所获得的扇区ID，而感知扇区ID是利用信道估计算法和目标检测算法获得的；本实施例中在信标头间隔内会完成单或多目标通信链路建立和多目标所在角度的提取。
如图1所示，在本发明实施例的一种实现方式中，基于旁瓣能量感知的通信方法还包括以下步骤：
步骤S200，计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；其中，所述目标角度为所述发射机视野范围内的任意方向。
在本实施例中，在数据传输间隔期间，对于数据传输间隔期间的通信链路，启动器的发射机主瓣指向应答器，二者持续进行定向数据传输。
在本实施例中，对于数据传输间隔期间的感知链路，通过旁瓣数据处理模块进行感知链路的数据感知处理过程。在数据传输间隔期间，为了同时检测多个目标，需要控制接收机(RX)波束在各个目标角度之间切换。由于，旁瓣增益低于主瓣增益，本实施例中设计了时域自适应积累算法用以改善接收信号质量。其基本思想在于，根据目标角度与发射机(TX)主瓣角度之间的能量差距控制该目标角度下接收数据包前导码的累加个数，自适应提高信号质量。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S200包括以下步骤：
步骤S201，测量发射机波束的方向增益和接收机波束的方向增益；
步骤S202，计算各方向下发射机波束和接收机波束的组合增益之和；
步骤S203，当接收机指向目标方向时，根据接收机波束的主瓣确定所述目标方向上的接收增益；
步骤S204，当所述发射机波束与所述接收机波束的主瓣方向一致时，确定发射天线和接收天线的天线增益；
步骤S205，对于任一接收机波束的索引，计算在所有发射机波束索引下的接收增益与天线增益之间的差距；
步骤S206，将计算得到的差距转换为累加个数，并将转换后的累加个数存储在查找表中。
在本实施例中，上述步骤S201～步骤S206主要是通过旁瓣数据处理模块预生成累加个数查找表；其中，累加个数查找表中设置有各种旁瓣角度下接收机接收数据包前导码的累加个数与角度的对应关系；在数据传输间隔期间，为了同时检测多个目标，需要控制接收机(RX)波束在各个目标角度之间切换。由于旁瓣增益低于主瓣增益，本实施例中设计了时域自适应积累算法用以改善接收信号质量。其基本思想在于，根据目标角度与发射机(TX)主瓣角度之间的能量差距控制该目标角度下接收数据包前导码的累加个数，从而自适应提高信号质量。
具体地，在一种实现方式中，生成累加个数查找表的过程包括：
首先，对于M个TX波束方向和N个RX波束方向，需要预先测量每个波束的方向增益，获得M个发射天线增益GT与N个收天线增益GR。
进一步地，计算所有TX与RX波束组合下的增益之和
Figure BDA0003770411310000091
其中i,j分别代表TX与RX的波束索引，即计算
Figure BDA0003770411310000092
进一步地，由于接收机波束主瓣具有一定宽度，当接收机指向目标时，本实施例中用接收机半功率波束宽度上增益的平均值
Figure BDA0003770411310000101
代表该目标方向的接收增益；即RX波束主瓣方向Θ上的增益。
进一步地，假设i＝j时，TX与RX主瓣指向相同角度，此时的天线增益表示为
Figure BDA0003770411310000102
即TX与RX主瓣重叠时的天线增益为
Figure BDA0003770411310000103
进一步地，对于任一RX波束索引j，计算在所有TX波束索引i的
Figure BDA0003770411310000104
与
Figure BDA0003770411310000105
得到M×N组天线TX与RX的组合下的增益差距：
Figure BDA0003770411310000106
最后，
Figure BDA0003770411310000107
被转换为累加个数NA(i,j)存储在查找表里。即对于波束索引为(i,j)的TX与RX组合，需要连续累加NA(i,j)个接收的数据包的帧头以补偿该接收方向上的增益差距。
值得一提的是，M×N组天线TX与RX的组合下的增益差距可以预先计算存储，在数据处理过程中可以根据需要进行查询。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S200还包括以下步骤：
步骤S207，从所述信标头间隔内获取所述发射机波束索引和接收机的若干个待扫描方向，并根据各方向所需的累计数目的大小对所述待扫描方向进行排序，得到所述接收机的扫描序列；
步骤S208，对各目标扇区分配一个积累时间上限，并根据所述扫描序列依次累加所述接收波束下收集的数据包前导码；
步骤S209，判断所述接收波束是否未扫描所有扇区；
步骤S210，若所述接收波束未扫描所有扇区，则对累加后的前导码进行平均处理，输出处理后的前导码，并更新积累时间长度，切换至下一目标扇区；
步骤S211，若所述接收波束已扫描所有扇区，则重新指向第一个扇区，并进行下一轮扫描。
在本实施例中，上述步骤S207～步骤S211主要是通过旁瓣数据处理模块对多目标方向的时域自适应积累，即根据目标角度与发射机(TX)主瓣角度之间的能量差距控制该目标角度下接收数据包前导码的累加个数。
具体地，在一种实现方式中，多目标方向的时域自适应积累的过程包括：
首先，从信标头间隔内可以获得发射机波束索引i和k个RX待扫描方向j。时域自适应积累算法会先根据各方向所需的相干积累数目NA(i,j)将它们由小到大排序，得到扫描序列。
进一步地，在扇区扫描之前，时域自适应积累算法会给每一个目标扇区分配一个积累时间上限Tj，该上限是将TI平均分配给每个待扫描的扇区，Tj＝TI/k。
进一步地，在扇区扫描的过程中，RX波束会先指向所需积累个数最少的扇区(j＝1)。
进一步地，累加RX波束指向下收集的数据包前导码，每累加一个需要进行如下判决：若达到积累个数NA(i,j)或在扇区j的积累时间已达上限tj≥Tj，结束累加。
即在本实施例的一种实现方式中，步骤S208还包括以下步骤：
步骤S208a，判断当前积累个数或在当前扇区的积累时间是否达到上限；
步骤S208b，若当前积累个数或在当前扇区的积累时间达到上限，则结束前导码累加过程。
最后，判断RX波束是否未扫描所有k个扇区，如果“是”，先对累加后的前导码求平均并输出处理后的前导码，然后更新积累时间长度
Figure BDA0003770411310000111
再切换至下一个目标扇区(j＝j+1)；如果“否”，则重新指向第一个扇区，进行下一轮扫描。
本实施例中通过这样的设计，能够让处于较大增益差距的目标角度拥有较长的积累时长，将积累时间动态分配给不同的目标角度，均衡提升各角度接收信号的质量。
如图1所示，在本发明实施例的一种实现方式中，基于旁瓣能量感知的通信方法还包括以下步骤：
步骤S300，根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。
在本实施例中，在前导码累加后，从处理后的前导码中利用信道估计算法提取出信道冲击响应信息；同时，在RX进行多轮扫描后，获得的三维(即距离-角度-时间)信道状态数据，以得到信道冲激响应矩阵；在感知链路的数据处理过程中，可以将提取的信道冲击响应信息和信道状态数据以信令的方式发送至数据传输间隔期内的通信链路，将感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。
即在本实施例的一种实现方式中，步骤S300还包括以下步骤：
步骤S301a，根据所述信道估计算法从处理后的前导码中提取信道冲击响应信息；
步骤S301b，获取所述接收机多轮扫描后的三维信道状态数据。
在本实施例中，可以通过信号处理模块对多目标信号分离，从而得到目标相位，从相位结果中对目标运动特征(如频率、位移、运动周期、运动速度等等)进行估计，输出系统对目标的感知结果。
具体地，在本实施例的一种实现方式中，步骤S300包括以下步骤：
步骤S301，对接收信号中混叠的多目标对象的信号进行线性分解，并提取各运动目标解缠后的相位波形；
步骤S302，根据各运动特征相似度提取的相位进行聚类，并输出每一类型的相位结果；
步骤S303，从相位结果中对目标运动特征进行估计，输出对各目标对象的感知结果；
步骤S304，根据所述感知结果上传数据包；
步骤S305，根据所述感知结果转发所述数据包。
在本实施例中，对多目标信号分离时，由于环境中除多个运动目标的反射信号外，还有天花板、地面等静态反射信号，由信号传播原理可知，接收信号是多个不同路径上信号的线性叠加。这一步需要对接收信号中混叠的多目标信号进行线性分解，并提取各运动目标解缠后的相位波形。
进一步地，在获取目标相位的过程中，由于目标的运动信息包含在信号的相位变化中，因此需要从分解后的n个信号中提取出相位Φ＝[φ1,φ2,…,φn]，根据两两之间的运动特征相似度对Φ进行聚类(clustering)，为从同一类中选出具有代表性的结果，通过计算每一类的质心对类进行聚合(aggregation)，最后输出每一类的相位结果。
进一步地，运动特征估计的过程中，从相位结果中对目标运动特征(如频率、位移、运动周期、运动速度等等)进行估计，输出系统对目标的感知结果。
在一种应用场景中，本实施例的感应及通信的原理如下：
如图5和图6所示，在系统下行通信时，不同信标传输间隔(信标头间隔时期与数据传输间隔时期)内的天线控制指令，以及所对应的通信链路和感知链路的功能。
其中，发射端与接收端的串口负责信号传输，天线相位控制接口负责传递来自控制器的波束切换指令。发射端与接收端的时钟是同步状态。系统的通信链路与感知链路彼此独立受控并且同时进行。系统的通信链路与感知链路之间存在信令交互。
具体地，在信令交互的过程中，通信链路的通信状态会传递给感知链路，感知链路会根据通信状态进行功能切换。如图5所示，启动器进行波束训练时，感知链路会根据TX的波束索引同时切换RX波束，进行多目标检测；如图6所示，启动器进行定向通信时，感知链路控制RX在目标扇区ID之间轮流扫描，并对接收数据包的前导码进行旁瓣数据处理与信号处理。
进一步地，在信令交互的过程中，感知链路的结果会传递给通信链路。比如系统所感知的多目标运动状态数据会传递给通信链路，通信链路将对该感知数据选择上传数据包或转发数据包。
在本实施例中，在下行通信时，系统的发射天线与接收天线同时打开，系统架构如图5和图6所示；在上行通信时，系统单独打开接收天线，通信链路进行定向通信，感知链路此时不对接收数据进行处理。
本实施例通过上述技术方案达到以下技术效果：
本实施例利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，可以根据对应的扇区ID建立信标头间隔内各目标对象的感知；并且，通过计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累，可以根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标；本实施在毫米波系统进行定向通信时，利用通信波束的旁瓣能量实现同时的全向感知，能够让毫米波系统具有同时进行通信和感知的双功能，将降低投资成本，提升频谱资源利用效率。
示例性设备
基于上述实施例，本发明还提供一种基于旁瓣能量感知的通信装置，包括：
信标头间隔模块，用于在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知；
旁瓣数据处理模块，用于计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；其中，所述目标角度为所述发射机视野范围内的任意方向；
数据传输间隔处理模块，用于根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。
基于上述实施例，本发明还提供一种终端，其原理框图可以如图7所示。
该终端包括：通过系统总线连接的处理器、存储器、接口、显示屏以及通讯模块；其中，该终端的处理器用于提供计算和控制能力；该终端的存储器包括存储介质以及内存储器；该存储介质存储有操作系统和计算机程序；该内存储器为存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境；该接口用于连接外部设备，例如，移动终端以及计算机等设备；该显示屏用于显示相应的信息；该通讯模块用于与云端服务器或移动终端进行通讯。
该计算机程序被处理器执行时用以实现一种基于旁瓣能量感知的通信方法。
本领域技术人员可以理解的是，图7中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端的限定，具体的终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种终端，其中，包括：处理器和存储器，存储器存储有基于旁瓣能量感知的通信程序，基于旁瓣能量感知的通信程序被处理器执行时用于实现如上的基于旁瓣能量感知的通信方法。
在一个实施例中，提供了一种存储介质，其中，存储介质存储有基于旁瓣能量感知的通信程序，基于旁瓣能量感知的通信程序被处理器执行时用于实现如上的基于旁瓣能量感知的通信方法。
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，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。
综上，本发明提供了一种基于旁瓣能量感知的通信方法、装置、终端及存储介质，方法包括：在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知；计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。本发明在信标头间隔内与数据传输间隔内分别对感知链路进行设计，以实现启动器在定向通信时能够感知环境中的多目标运动。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述基于旁瓣能量感知的通信方法包括：
在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知；
计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；其中，所述目标角度为所述发射机视野范围内的任意方向；
根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。
2.根据权利要求1所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，包括：
控制启动器的接收机波束与发射机波束进行同方向的同步扫描；
利用信道估计算法提取各波束指向下的信道冲击响应信息，并利用目标检测算法提取各目标对象所在的角度；
根据各目标对象所在的角度及信道冲击响应信息，输出各目标对象对应的扇区ID。
3.根据权利要求2所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知，包括：
依据802.11ad传输协议获取通信目标对应的通信扇区ID，并根据所获取的通信扇区ID于数据传输间隔内与通信目标建立通信链接。
4.根据权利要求1所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，包括：
测量发射机波束的方向增益和接收机波束的方向增益；
计算各方向下发射机波束和接收机波束的组合增益之和；
当接收机指向目标方向时，根据接收机波束的主瓣确定所述目标方向上的接收增益；
当所述发射机波束与所述接收机波束的主瓣方向一致时，确定发射天线和接收天线的天线增益；
对于任一接收机波束的索引，计算在所有发射机波束索引下的接收增益与天线增益之间的差距。
5.根据权利要求4所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述对于任一接收机波束的索引，计算在所有发射机波束索引下的接收增益与天线增益之间的差距，之后包括：
将计算得到的差距转换为累加个数，并将转换后的累加个数存储在查找表中。
6.根据权利要求1所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述控制目标角度下多目标方向的时域自适应积累，包括：
从所述信标头间隔内获取所述发射机波束索引和接收机的若干个待扫描方向，并根据各方向所需的累计数目的大小对所述待扫描方向进行排序，得到所述接收机的扫描序列；
对各目标扇区分配一个积累时间上限，并根据所述扫描序列依次累加所述接收波束下收集的数据包前导码；
判断所述接收波束是否未扫描所有扇区；
若所述接收波束未扫描所有扇区，则对累加后的前导码进行平均处理，输出处理后的前导码，并更新积累时间长度，切换至下一目标扇区；
若所述接收波束已扫描所有扇区，则重新指向第一个扇区，并进行下一轮扫描。
7.根据权利要求6所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述对各目标扇区分配一个积累时间上限，并根据所述扫描序列依次累加所述接收波束下收集的数据包前导码，之后包括：
判断当前积累个数或在当前扇区的积累时间是否达到上限；
若当前积累个数或在当前扇区的积累时间达到上限，则结束前导码累加过程。
8.根据权利要求1所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，之前包括：
根据所述信道估计算法从处理后的前导码中提取信道冲击响应信息；
获取所述接收机多轮扫描后的三维信道状态数据。
9.根据权利要求1所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，包括：
对接收信号中混叠的多目标对象的信号进行线性分解，并提取各运动目标解缠后的相位波形；
根据各运动特征相似度提取的相位进行聚类，并输出每一类型的相位结果；
从相位结果中对目标运动特征进行估计，输出对各目标对象的感知结果。
10.根据权利要求9所述的基于旁瓣能量感知的通信方法，其特征在于，所述将感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标，包括：
根据所述感知结果上传数据包；
或根据所述感知结果转发所述数据包。
11.一种基于旁瓣能量感知的通信装置，其特征在于，包括：
信标头间隔模块，用于在信标头间隔内利用信道估计算法和目标检测算法进行多目标对象检测，输出各目标对象对应的扇区ID，并根据对应的扇区ID建立数据传输间隔内各目标对象的感知；
旁瓣数据处理模块，用于计算目标角度与发射机主瓣角度之间的能量差距，并控制所述目标角度下多目标方向的时域自适应积累；其中，所述目标角度为所述发射机视野范围内的任意方向；
数据传输间隔处理模块，用于根据时域自适应积累后的信道状态对多目标对象的信号进行分离，输出各目标对象的感知结果，并将所述感知结果在数据传输间隔内转发至通信目标。
12.一种终端，其特征在于，包括：处理器以及存储器，所述存储器存储有基于旁瓣能量感知的通信程序，所述基于旁瓣能量感知的通信程序被所述处理器执行时用于实现如权利要求1-10中任意一项所述的基于旁瓣能量感知的通信方法。
13.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质存储有基于旁瓣能量感知的通信程序，所述基于旁瓣能量感知的通信程序被处理器执行时用于实现如权利要求1-10中任意一项所述的基于旁瓣能量感知的通信方法。
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