一种毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质

一种毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质

　　技术领域

　　本发明涉及毫米波通信技术领域，具体涉及一种毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质。

　　背景技术

　　随着数据流量的爆炸式增长，毫米波(mmWave)凭借其丰富的可用频段已经成为第五代移动通信的关键技术。实现毫米波通信的第一个严峻挑战是路径损耗，为了补偿毫米波传输严重的路径损耗，毫米波基站通常采用大规模天线阵列进行窄波束传输，可以有效的将传输能量集中在某一区域或方向。然而，毫米波波长小，决定了其衍射、折射以及反射能力较弱。因此，当毫米波通信的视距路径被障碍物遮挡时，其通信会发生中断或者通信速率的急剧下降。

　　智能反射面是一种由大量低成本的被动无源反射元件组成的平面，其每个元件都可以独立地对入射信号进行相位、幅度的改变。智能发射面的折射损耗远远低于建筑物、树木、人等自然折射面。因此，利用智能反射面，可以很好地解决毫米波的遮挡问题，使电磁波的传输路径能够绕过遮挡物到达用户，从而提高通信质量和毫米波系统的覆盖能力。

　　波束训练是实现毫米波系统中用户初始接入的关键技术，本质上，波束训练的基本思想是在基站没有任何用户先验信息的条件下，通过波束空间搜索的方法及用户功率测量得到一对最优的发射角/接收角，从而实现波束对准。然而现有的基于波束搜索的波束训练方法和基于层级码本的波束训练方法只针对发射端、接收端的波束训练，无法估计智能反射面的最佳反射角。

　　发明内容

　　有鉴于此，本发明实施例提供了一种毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质，以解决现有的波束训练方法无法估计智能反射面的最佳反射角度的问题。

　　本发明提出的技术方案如下：

　　本发明实施例第一方面提供一种毫米波通信的波束训练方法，包括：根据接收天线阵列接收智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号；根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，得到多个第一相移值；根据接收天线阵列接收的智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号计算得到不同第一相移值下的多个第一信道测量值；根据多个第一信道测量值以及极大似然准则计算得到智能反射面的最佳反射角度。

　　进一步地，该毫米波通信的波束训练方法还包括：根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号；根据预设随机全向波束成型码本变换发射天线阵列的相移向量和接收天线阵列的相移向量，得到多个第二相移值；根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号计算得到不同第二相移值下的多个第二信道测量值；根据多个第二信道测量值以及极大似然准则计算得到视距路径的到达角和发射角。

　　进一步地，该毫米波通信的波束训练方法还包括：当所述智能反射面包括多个时，依次激活一个智能反射面，关闭其余智能反射面，基站向激活的智能反射面发射信号；采用本发明实施例第一方面所述的毫米波通信的波束训练方法，计算得到所有智能反射面的最佳反射角度。

　　进一步地，该毫米波通信的波束训练方法还包括：将所述智能反射面的最佳反射角度和所述视距路径的到达角和发射角发送至基站。

　　进一步地，根据多个第一信道测量值以及极大似然准则计算得到智能反射面的最佳反射角度，包括：根据多个第一信道测量值进行拼接，得到第一测量向量；根据极大似然准则对所述第一测量向量进行计算，得到智能反射面到用户的出发角与基站到智能反射面的到达角的差值以及智能反射面到用户的到达角；和/或，根据多个第二信道测量值以及极大似然准则计算得到视距路径的到达角和发射角，包括：根据多个第二信道测量值进行拼接，得到第二测量向量；根据极大似然准则对所述第二测量向量进行计算，得到基站到用户的出发角以及基站到用户的到达角。

　　本发明实施例第二方面提供一种毫米波通信的波束训练装置，包括：第一接收模块，用于根据接收天线阵列接收智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号；第一变换模块，用于根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，得到多个第一相移值；第一信道测量模块，用于根据智能反射面反射的路径分量、无智能反射面辅助的信道矩阵以及所述基站信号计算得到不同第一相移值下的多个第一信道测量值；第一角度计算模块，用于根据多个第一信道测量值以及极大似然准则计算得到智能反射面的最佳反射角度。

　　进一步地，该毫米波通信的波束训练装置还包括：第二接收模块，用于根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号；第二变换模块，用于根据预设随机全向波束成型码本变换发射天线阵列的相移向量和接收天线阵列的相移向量，得到多个第二相移值；第二信道测量模块，用于根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号计算得到不同第二相移值下的多个第二信道测量值；第二角度计算模块，用于根据多个第二信道测量值以及极大似然准则计算得到视距路径的到达角和发射角。

　　本发明实施例第三方面提供一种毫米波通信的波束训练系统，包括：基站、智能反射面和用户端，所述基站向所述智能反射面定向发射信号；所述智能反射面接收所述基站发送的信号，将所述信号通过不同的漫反射模式反射到所述用户端的接收天线阵列；所述用户端根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，得到多个第一相移值，根据接收天线阵列接收的智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号计算得到不同第一相移值下的多个第一信道测量值，根据多个第一信道测量值以及极大似然准则计算得到智能反射面的最佳反射角度。

　　本发明实施例第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的毫米波通信的波束训练方法。

　　本发明实施例第五方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的毫米波通信的波束训练方法。

　　本发明提供的技术方案，具有如下效果：

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质，采用智能反射面反射基站和用户端之间的毫米波通信信号，同时用户端可以根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，并且每变换一次相移向量，用户端可以计算得到一个信道的测量值，计算的信道测量值的数量可以根据信道状况以及信噪比自适应设置，最终根据多个信道测量值可以计算得到智能反射面的最佳反射角度。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练系统，通过接收天线阵列相移向量的变换得到多个信道测量值，由多个信道测量值可以计算智能反射面的最佳反射角度，解决了现有的波束训练无法估计智能反射面最佳反射角度的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质，可以根据信噪比、信道稀疏度等参数自由设置训练长度，即计算的信道测量值的数量。当信噪比较高、信道稀疏度较高的时候，训练长度可设为较小的值；反之，训练长度可相应增加。而现有基于层级码本、DFT码本的技术中的训练长度不可调整。在信噪比较高、信道稀疏度较高的时候会带来多余的训练开销；在信噪比较低、信道稀疏度较低的情况下，波形码字的估计会不准确，因而造成波束不对准。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质，解决了现有的波束训练过程中训练开销不可控的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法、装置、系统及存储介质，信道测量在用户端进行，基站可以通过广播(或者借助智能反射面广播)的形式与多个用户同时进行波束训练。因此，训练开销不随用户数量的增加而增加。

　　附图说明

　　为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。

　　图1是根据本发明实施例的毫米波通信的波束训练系统的应用场景示意图；

　　图2是根据本发明实施例的视距路径的波束训练时序图；

　　图3是根据本发明实施例的毫米波通信的波束训练系统的结构框图；

　　图4是根据本发明实施例的智能反射面的波束训练时序图；

　　图5是根据本发明实施例的毫米波通信的波束训练方法的流程图；

　　图6是根据另一本发明实施例的毫米波通信的波束训练方法的流程图；

　　图7是根据另一本发明实施例的毫米波通信的波束训练方法的流程图；

　　图8是根据另一本发明实施例的毫米波通信的波束训练方法的流程图；

　　图9是根据本发明实施例毫米波通信的波束训练装置的结构框图；

　　图10是根据本发明另一实施例毫米波通信的波束训练装置的结构框图；

　　图11是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；

　　图12是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

　　具体实施方式

　　为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

　　如图1所示，为本发明实施例的应用场景示意图。其中，基站1在和用户端3进行通信时，基站1会向智能反射面2方向定向发射导频信号，智能反射面2开启时可以将基站1发射的信号反射至用户端3，可以解决基站1和用户端3之间的通信视距路径被障碍物遮挡时，通信中断的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练系统，如图1所示，该系统包括：基站1、智能反射面2和用户端3，基站1向智能反射面2定向发射信号；智能反射面2接收基站发送的信号，将信号通过不同的漫反射模式反射到用户端3的接收天线阵列；用户端3根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，得到多个第一相移值，根据接收天线阵列接收的智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号计算得到不同第一相移值下的多个第一信道测量值，根据多个第一信道测量值以及极大似然准则计算得到智能反射面的最佳反射角度。

　　具体地，基站1可以通过波束成形向智能反射面方向定向发射导频，其中，导频信号是基站连续发射未经调制的直接序列扩频信号。可选地，第一信道测量值的数量可以根据信道状况以及信噪比自适应设置。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练系统，采用智能反射面反射基站和用户端之间的毫米波通信信号，同时用户端可以根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，并且每变换一次相移向量，用户端可以计算得到一个信道的测量值，计算的信道测量值的数量可以根据信道状况以及信噪比自适应设置，最终根据多个信道测量值可以计算得到智能反射面的最佳反射角度。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练系统，通过接收天线阵列相移向量的变换得到多个信道测量值，由多个信道测量值可以计算智能反射面的最佳反射角度，解决了现有的波束训练系统无法估计智能反射面最佳反射角度的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练系统，可以根据信噪比、信道稀疏度等参数自由设置训练长度，即计算的信道测量值的数量。当信噪比较高、信道稀疏度较高的时候，训练长度可设为较小的值；反之，训练长度可相应增加。而现有基于层级码本、DFT码本的技术中的训练长度不可调整。在信噪比较高、信道稀疏度较高的时候会带来多余的训练开销；在信噪比较低、信道稀疏度较低的情况下，波形码字的估计会不准确，因而造成波束不对准。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练系统，解决了现有的波束训练过程中训练开销不可控的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练系统，信道测量在用户端进行，基站可以通过广播(或者借助智能反射面广播)的形式与多个用户同时进行波束训练。因此，训练开销不随用户数量的增加而增加。

　　在一实施例中，对于该波束训练系统，可以先关闭所有智能反射面，计算得到视距路径的到达角和出发角。具体地，基站端的发射天线阵列采用随机全向波束成形发射导频，该导频可以是不含信息的正弦波，等效基带为1；同时，基站根据预设的随机全向波束成形码本变换发射天线阵列的相移向量，该预设的随机全向波束成形码本可以由多个码字集合形成，例如码本可以表示为即码本由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。

　　在发射天线阵列进行相移向量变换时，用户端也根据预设的随机全向波束成形码本变换接收天线阵列的相移向量，具体地，对于该预设的随机全向波束成形码本，也可以由多个码字集合形成，例如，该码本可以表示为即码本由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。

　　具体地，在基站或用户端根据码本变换天线阵列的相移向量时，可以由基站或用户端内部的移相器根据码本对信号的相位进行控制，在对相移向量进行变换时，可以根据码本按照或的变换过程实现。

　　当基站和用户端每根据码本变换一次相移向量，用户端可以计算一次信道测量值，当变换完成后，用户端可以得到一系列信道的测量值，由此，该信道测量值的个数与码本中码字的个数N相同，对于N值可以根据信道状况以及信噪比自适应设置。可选地，对于计算得到的信道测量值可以由公式(1)表示。

　　

　　

　　其中，为无智能反射面辅助的信道矩阵，由于毫米波信道中的视距路径分量所占比例较大，视距路径信道分量的能量远远大于非视距路径信道分量因此，νn所占成分较小。和是接收天线和发射天线的相移向量，H为Hermitian共轭转置。δLos为视距路径的路径增益，为基站、用户天线阵列的阵列引导向量。其中，可以分别由公式(2)和公式(3)表示。

　　

　　

　　NTx、NRx为基站、用户的天线数量，ωn为高斯白噪声，为发射功率。如图2所示，θLoS是视距路径(LoS，line of sight)的到达角(AoA，angle ofarrival)，φLoS是视距路径的出发角(AoD，angle of departure)，vn是通过非可视径(NLoS，None line of sight)传输的导频信号分量。具体地，对于视距路径的波束训练过程，其基站、用户以及信道测量值的训练时序可以按照如图2所示的时序进行。

　　在一实施例中，在计算得到多个信道测量值之后，可以根据多个信道测量值和极大似然准则计算视距路径的到达角和出发角。首先，将计算得到的N个信道测量值yn以向量形式表达，得到如公式(4)所示的表达式。

　　

　　其中，是将N个时刻的和通过Kronecker(克罗内克积)乘积所得的向量组合而得到的。中＊代表共轭，vec代表矩阵向量化，即将一个M＊N的矩阵变为MN＊1的向量。

　　将视为高斯分布，根据极大似然准则，则可以根据公式(5)估计得到视距路径的到达角和出发角。

　　

　　其中，

　　在一实施例中，在计算智能反射面的最佳反射角度时，可以先激活一个智能反射面，基站向智能反射面定向发射导频，同时，智能反射面通过预设的随机反射码本产生不同的漫反射模式，可选地，该预设的随机漫反射码本可以由多个码字集合形成，例如码本可以表示为即码本也可以由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。

　　在智能反射面通过不同漫反射模式反射信号时，用户端根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，具体地，对于该预设的随机全向波束成形码本，也可以由多个码字集合形成，例如，该码本可以表示为即码本由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。

　　在一实施例中，对于智能反射面的每种漫反射模式以及接收天线阵列的每个相移值，用户端可以计算一次信道测量值，当变换完成后，用户端可以得到一系列信道的测量值，由此，该信道测量值的个数与码本中码字的个数N相同，对于N值可以根据信道状况以及信噪比自适应设置。可选地，对于计算得到的信道测量值可以由公式(6)表示。

　　

　　其中，为经过智能反射面反射的路径分量，该分量由反射向量决定，是基站端的发射波束成型向量，为该反射路径的信道增益，为智能反射面反射元素的阵列引导向量，NRe为反射元素的个数，即该激活的智能反射面中元件的个数，如图3所示，θReRx、φReRx为智能反射面到用户端的到达角和出发角，θTxRe、φTxRe为基站到智能反射面的到达角和出发角。

　　在一实施例中，在计算得到多个信道测量值之后，可以根据多个信道测量值和极大似然准则计算反射路径的最佳发射角度以及智能反射面到用户的到达角，其中，反射路径的最佳发射角度为基站到智能反射面的到达角和智能反射面到用户端的出发角的差值。

　　具体地，在计算时，首先，将计算得到的N个信道测量值xn以向量形式表达，得到如公式(7)所示的表达式。

　　

　　其中，

　　将视为高斯分布，根据极大似然准则，则可以根据公式(8)估计得到反射路径的最佳发射角度以及智能反射面到用户的到达角。

　　

　　在一实施例中，在估计得到一个智能反射面的最佳反射角度后，可以循环执行上述步骤，直至计算得到所有智能反射面的最佳反射角度。具体地，对于智能反射面的波束训练过程，其基站、智能反射面、用户以及信道测量值的训练时序可以按照如图4所示的时序进行。

　　本发明实施例还提供一种毫米波通信的波束训练方法，如图5所示，该波束训练方法包括如下步骤：

　　步骤S101：根据接收天线阵列接收智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号；具体地，在计算智能反射面的最佳反射角度之前，可以先将智能反射面激活；当基站向智能反射面定向发射导频信号时，智能反射面通过预设的随机漫反射码本产生不同的漫反射模式，可选地，该预设的随机漫反射码本可以由多个码字集合形成，例如码本可以表示为即码本也可以由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。智能反射面可以根据该不同的漫反射方式反射基站信号。

　　步骤S102：根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，得到多个第一相移值；具体地，在用户端的接收天线阵列接收到基站信号时，可以根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，具体地，对于该预设的随机全向波束成形码本，也可以由多个码字集合形成，例如，该码本可以表示为即码本由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。

　　步骤S103：根据接收天线阵列接收的智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号计算得到不同第一相移值下的多个第一信道测量值；具体地，具体地，对于智能反射面的每种漫反射模式以及接收天线阵列的每个相移值，用户端可以计算一次信道测量值，当变换完成后，用户端可以得到一系列信道的测量值，由此，该信道测量值的个数与码本中码字的个数N相同，对于N值可以根据信道状况以及信噪比自适应设置。

　　可选地，对于计算得到的信道测量值可以由公式(6)表示。

　　

　　其中，为经过智能反射面反射的路径分量，该分量由反射向量决定，是基站端的发射波束成型向量，为该反射路径的信道增益，为智能反射面反射元素的阵列引导向量，NRe为反射元素的个数，即该激活的智能反射面中元件的个数，如图3所示，θReRx、φReRx为智能反射面到用户端的到达角和出发角，θTxRe、φTxRe为基站到智能反射面的到达角和出发角。

　　具体地，对于智能反射面的波束训练过程，其基站、智能反射面、用户以及信道测量值的训练时序可以按照如图4所示的时序进行。

　　步骤S104：根据多个第一信道测量值以及极大似然准则计算得到智能反射面的最佳反射角度。具体地，在计算得到多个信道测量值之后，可以根据多个信道测量值和极大似然准则计算反射路径的最佳发射角度以及智能反射面到用户的到达角，其中，反射路径的最佳发射角度为基站到智能反射面的到达角和智能反射面到用户端的出发角的差值。

　　具体地，在计算时，首先，将计算得到的N个信道测量值xn以向量形式表达，得到如公式(7)所示的表达式。

　　

　　其中，

　　将视为高斯分布，根据极大似然准则，则可以根据公式(8)估计得到反射路径的最佳发射角度以及智能反射面到用户的到达角。

　　

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法，采用智能反射面反射基站和用户端之间的毫米波通信信号，同时用户端可以根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，并且每变换一次相移向量，用户端可以计算得到一个信道的测量值，计算的信道测量值的数量可以根据信道状况以及信噪比自适应设置，最终根据多个信道测量值可以计算得到智能反射面的最佳反射角度。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法，通过接收天线阵列相移向量的变换得到多个信道测量值，由多个信道测量值可以计算智能反射面的最佳反射角度，解决了现有的波束训练方法无法估计智能反射面最佳反射角度的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法，可以根据信噪比、信道稀疏度等参数自由设置训练长度，即计算的信道测量值的数量。当信噪比较高、信道稀疏度较高的时候，训练长度可设为较小的值；反之，训练长度可相应增加。而现有基于层级码本、DFT码本的技术中的训练长度不可调整。在信噪比较高、信道稀疏度较高的时候会带来多余的训练开销；在信噪比较低、信道稀疏度较低的情况下，波形码字的估计会不准确，因而造成波束不对准。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法，解决了现有的波束训练过程中训练开销不可控的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法，信道测量在用户端进行，基站可以通过广播(或者借助智能反射面广播)的形式与多个用户同时进行波束训练。因此，训练开销不随用户数量的增加而增加。

　　在一实施例中，如图6所示，该毫米波通信的波束训练方法还包括如下步骤：

　　步骤S201：根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号；具体地，对于毫米波通信的波束训练，除智能反射面的最佳反射角度，还需要计算在关闭智能反射面时的视距路径的到达角和出发角。首先，可以先关闭所有的智能反射面，基站的发射天线阵列可以采用随机全向波束成形直接向用户端发射导频信号。该信号可以是基站连续发射未经调制的直接序列扩频信号。

　　步骤S202：根据预设随机全向波束成型码本变换发射天线阵列的相移向量和接收天线阵列的相移向量，得到多个第二相移值。

　　在一实施例中，在基站发射信号时，可以根据预设的随机全向波束成形码本变换发射天线阵列的相移向量，该预设的随机全向波束成形码本可以由多个码字集合形成，例如码本可以表示为即码本由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。

　　可选地，在发射天线阵列进行相移向量变换时，接收天线阵列也根据预设的随机全向波束成形码本变换接收天线阵列的相移向量，具体地，对于该预设的随机全向波束成形码本，也可以由多个码字集合形成，例如，该码本可以表示为即码本由N组码字组成。其中，码字可以表示为即一个码字对应一组随机生成的其中，相位值服从某种随机分布，例如在0－2pi之间的均匀分布。

　　具体地，在基站或用户端根据码本变换天线阵列的相移向量时，可以由基站或用户端内部的移相器根据码本对信号的相位进行控制，在对相移向量进行变换时，可以根据码本按照或的变换过程实现。

　　步骤S203：根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号计算得到不同第二相移值下的多个第二信道测量值；具体地，当基站和用户端每根据码本变换一次相移向量，用户端可以计算一次信道测量值，当变换完成后，用户端可以得到一系列信道的测量值，由此，该信道测量值的个数与码本中码字的个数N相同，对于N值可以根据信道状况以及信噪比自适应设置。可选地，对于计算得到的信道测量值可以由公式(1)表示。

　　

　　其中，为无智能反射面辅助的信道矩阵，由于毫米波信道中的视距路径分量所占比例较大，视距路径信道分量的能量远远大于非视距路径信道分量因此，vn所占成分较小。和是接收天线和发射天线的相移向量，H为Hermitian共轭转置。δLos为视距路径的路径增益，为基站、用户天线阵列的阵列引导向量。其中，可以分别由公式(2)和公式(3)表示。

　　

　　

　　NTx、NRx为基站、用户的天线数量，ωn为高斯白噪声，为发射功率。θLoS是视距路径(LoS，line of sight)的到达角(AoA，angle of arrival)，φLoS是数据视径的出发角(AoD，angle of departure)，vn是通过非可视径(NLoS，None line of sight)传输的导频信号分量。

　　步骤S204：根据多个第二信道测量值以及极大似然准则计算得到视距路径的到达角和发射角。具体地，在计算得到多个信道测量值之后，可以根据多个信道测量值和极大似然准则计算视距路径的到达角和出发角。首先，将计算得到的N个信道测量值yn以向量形式表达，得到如公式(4)所示的表达式。

　　

　　其中，是将N个时刻的和通过Kronecker(克罗内克积)乘积所得的向量组合而得到的。中＊代表共轭，vec代表矩阵向量化，即将一个M＊N的矩阵变为MN＊1的向量。

　　将视为高斯分布，根据极大似然准则，则可以根据公式(5)估计得到视距路径的到达角和出发角。

　　

　　其中，

　　在一实施例中，如图7所示，该毫米波通信的波束训练方法还包括如下步骤：

　　步骤S301：当智能反射面包括多个时，依次激活一个智能反射面，关闭其余智能反射面。

　　步骤S302：采用步骤S101至步骤S104所述的毫米波通信的波束训练方法，计算得到所有智能反射面的最佳反射角度。

　　具体地，当设置了多个智能反射面时，在估计得到一个智能反射面的最佳反射角度后，可以循环执行步骤S101至步骤S104，直至计算得到所有智能反射面的最佳反射角度。

　　在一实施例中，该毫米波通信的波束训练方法还包括如下步骤：将智能反射面的最佳反射角度和视距路径的到达角和发射角发送至基站。具体地，在用户端估计得到相应角度后，可以通过低频反馈链路向基站反馈相应参数。

　　在一实施例中，如图8所示，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练方法可以按照如下步骤实现，首先关闭所有智能反射面，基站采用随机全向波束成形向用户端发送导频信号，用户端接收天线阵列接收信号，并通过相移向量的改变计算得到一系列信道测量值；之后激活某一个智能反射面，关闭其余智能反射面，基站向智能反射面定向发射导频，智能反射面采用随机漫反射模式反射基站信号，用户端接收信号，并通过相移向量的改变计算得到一系列信道测量值；用户端根据计算的不同的信道测量值估计视距路径的到达角和出发角以及智能反射面的最佳反射角、反射面至用户的入射角。在计算到所有参数后，用户端可以通过低频反馈链路向基站反馈所有参数。

　　本发明实施例还提供一种毫米波通信的波束训练装置，如图9所示，该波束训练装置包括：

　　第一接收模块10，用于根据接收天线阵列接收智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号；详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述。

　　第一变换模块20，用于根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，得到多个第一相移值；详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述。

　　第一信道测量模块30，用于接收天线阵列接收的智能反射面根据不同漫反射模式反射的基站信号计算得到不同第一相移值下的多个第一信道测量值；详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述。

　　第一角度计算模块40，用于根据多个第一信道测量值以及极大似然准则计算得到智能反射面的最佳反射角度。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练装置，采用智能反射面反射基站和用户端之间的毫米波通信信号，同时用户端可以根据预设随机全向波束成型码本变换接收天线阵列的相移向量，并且每变换一次相移向量，用户端可以计算得到一个信道的测量值，计算的信道测量值的数量可以根据信道状况以及信噪比自适应设置，最终根据多个信道测量值可以计算得到智能反射面的最佳反射角度。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练装置，通过接收天线阵列相移向量的变换得到多个信道测量值，由多个信道测量值可以计算智能反射面的最佳反射角度，解决了现有的波束训练无法估计智能反射面最佳反射角度的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练装置，可以根据信噪比、信道稀疏度等参数自由设置训练长度，即计算的信道测量值的数量。当信噪比较高、信道稀疏度较高的时候，训练长度可设为较小的值；反之，训练长度可相应增加。而现有基于层级码本、DFT码本的技术中的训练长度不可调整。在信噪比较高、信道稀疏度较高的时候会带来多余的训练开销；在信噪比较低、信道稀疏度较低的情况下，波形码字的估计会不准确，因而造成波束不对准。由此，本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练装置，解决了现有的波束训练过程中训练开销不可控的技术问题。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练装置，信道测量在用户端进行，基站可以通过广播(或者借助智能反射面广播)的形式与多个用户同时进行波束训练。因此，训练开销不随用户数量的增加而增加。

　　在一实施例中，如图10所示，该毫米波通信的波束训练装置还包括：

　　第二接收模块21，用于根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号；详细内容参见上述方法实施例中步骤S201的相关描述。

　　第二变换模块22，用于根据预设随机全向波束成型码本变换发射天线阵列的相移向量和接收天线阵列的相移向量，得到多个第二相移值；详细内容参见上述方法实施例中步骤S202的相关描述。

　　第二信道测量模块23，用于根据接收天线阵列接收基站发射天线阵列发射的不经过智能反射面的信号计算得到不同第一相移值下的多个第一信道测量值；详细内容参见上述方法实施例中步骤S203的相关描述。

　　第二角度计算模块24，用于根据多个第二信道测量值以及极大似然准则计算得到视距路径的到达角和发射角。详细内容参见上述方法实施例中步骤S204的相关描述。

　　本发明实施例提供的毫米波通信的波束训练装置的功能描述详细参见上述实施例中毫米波通信的波束训练方法描述。

　　本发明实施例还提供一种存储介质，如图11所示，其上存储有计算机程序601，该指令被处理器执行时实现上述实施例中毫米波通信的波束训练方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

　　本领域技术人员可以理解，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，所述的程序可存储于一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的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(FlashMemory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

　　本发明实施例还提供了一种电子设备，如图12所示，该电子设备可以包括处理器51和存储器52，其中处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图12中以通过总线连接为例。

　　处理器51可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated 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、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

　　存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的毫米波通信的波束训练方法。

　　存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

　　所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行如图5－8所示实施例中的毫米波通信的波束训练方法。

　　上述电子设备具体细节可以对应参阅图5至图8所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

　　虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。