一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法及装置

1.本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法和装置。

背景技术：

2.通信感知一体化是第五代移动通信演进系统的关键技术之一。无线通信网络能获取到感知目标的物理参数以辅助通信性能提升，例如根据感知到的数据对用户波束赋形，减少波束训练量，实现高增益通信，又如根据感知到的用户物理参数信息，帮助用户进行移动性管理，缩短用户小区选择、切换等过程，提升通信系统的性能。
3.现有基于通信感知一体化思想设计的的感知方式分为两种，一种为通过增加载波使变成双载波设备，其中一个载波作为通信使用，另外一个载波作为感知使用。此方案需要占用大量的频谱资源，且通信和感知过程分离，如同通过雷达和两个设备完成感知通信流程。另一种为帧结构的基础上进行规划，在特定的时隙上关闭通信传输并进行感知信号的发射和接收，此方案通信和感知过程同样分离，且在感知过程中，不再传输数据，对通信吞吐量和终端用户影响较大。另外，现有技术提出的感知流程先通过参考信号接入波束感知目标的粗略方向，再通过感知信号感知目标精确的感知信息。然而，该感知流程只能感知到接入通信的用户，不能感知到其他不具备通信能力的感知目标，且受多径、遮挡等影响，用户接入的波束有时并非来自直接的方向。
4.针对现有技术存在的上述问题，需对传统的进行改进设计，使具备发送通感一体化波形的能力，并能区分及解出终端用户与其他感知目标的通信数据与感知数据，同时实现感知协同通信和精细感知的感知流程。为此，本发明提出一种能实现通信感知一体化的无线基带处理方法和装置的设计方案。

技术实现要素：

5.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
6.为此，本发明的目的在于提出一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法，用于使具备发送通感一体化波形的能力，并能区分及解出终端用户与其他感知目标的通信数据与感知数据，同时实现感知协同通信和精细感知的感知流程。
7.为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法，包括：
8.在无线基带处理流程基础上进行设计，在发送机中新增isac波束管理模块，在接收机中新增感知功能模块sf；
9.通过所述isac波束管理模块发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中通过sf模块解出感知信息，所述感知信息包括目标位置；
10.基于所述感知信息，通过所述isac波束管理模块收窄波束对准所述目标位置发送窄通感传输波束；
11.对所述接收的上行通信波束和通感传输波束的回波数据区分方式进行设计，其中所述通感传输波束包括宽通感传输波束和窄通感传输波束，使所述从所述上行通信波束和所述回波数据中区分出通信和感知数据。
12.另外，根据本发明上述实施例的一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法还可以具有以下附加的技术特征：
13.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述通过所述isac波束管理模块发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中通过sf模块解出感知信息，包括：
14.获取目标通感请求；
15.通过所述根据所述通感请求建立并发送初始波束，包括以规律的周期发送宽通感传输波束；
16.通过所述接收机接收上行通信数据和所述通感传输波束，从所述上行通信数据和所述宽通感传输波束中解出反射感知数据，并经过sf模块从反射感知数据中获取感知信息。
17.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述宽通感波束可根据具体通感业务需求选择采用具有大波束宽度的波束，或选择采用小波束宽度的窄波束进行时分扫描，覆盖大角度扇形区域。
18.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述基于所述感知信息，通过所述isac波束管理模块收窄波束对准目标发送窄通感传输波束，包括：
19.通过所述发送多个通感信号并承载在多个窄波束上；
20.根据所述感知信息将窄通感传输波束方向对准目标方向，与多用户建立多波束对链接实现通信协同感知。
21.进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：
22.通过调整所述通感信号在资源网格中的配比，适应业务感知的需求，所述资源网格组成包括频率上的子载波和时间上的符号。
23.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述接收的上行通信波束和所述通感波形的回波数据的区分方式，提供一种时域区分方式，具体包括：
24.定义新的帧结构，在所述帧结构中分配多个灵活时隙；
25.在所述灵活时隙中单独分配下行通信传输所需的时频域资源块实现通感信号和通信数据在下行符号中传输，上行感知回波数据通过在灵活时隙中单独分配感知独占的时频域资源进行接收，而上行通信传输数据则在上行时隙中接收；
26.在时域上区分开上行通信传输数据和上行感知回波数据。
27.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述接收的上行通信波束和所述通感波形的回波数据的区分方式，包括：
28.定义新的帧结构，在所述帧结构中分配多个灵活时隙；
29.在所述灵活时隙中定义自包含时隙实现上行通信传输数据在上行时隙中接收，上行感知回波数据通过在灵活时隙中定义自包含时隙单独分配感知独占的时频域资源进行接收的过程；
30.在时域上区分开上行通信传输数据和上行感知回波数据。
31.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述接收的上行通信波束和所述通感
波形的回波数据的区分方式，提供另一种时域区分方式，具体包括：
32.通过区分上行通信传输数据和上行感知回波数据的接收时间，上行通信传输数据在上行时隙中接收，上行感知回波数据通过占用灵活时隙中保护带的时频域资源进行接收，解出不同时间接收到的通信数据和感知数据。
33.为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法装置，包括以下模块：
34.编码映射模块，用于对原始信息比特进行编码生成数据码流，获得每个天线端口上的编码映射结果，并将所述编码映射结果通过逻辑接口进行传输；
35.载波调制模块，用于接收所述编码映射结果，将所述编码映射结调制至载波，得到离散时间的数字量，并进行传输；
36.数/模转换模块，用于将载波调制结果由所述离散时间的数字量转换为连续变化的模拟量，然后通过正交调制得到通感信号；
37.上变频处理模块，用于将所述通感信号调制至射频端发射频段，生成基带发射信号；
38.isac波束管理模块，用于执行波束管理流程，根据所述基带发射信号建立和维护的波束，通过波束赋形技术调整多天线阵列相位的基本单元的参数，调整波束形状和方向，得到通感波形；并由所述根据所述通感波形发射多天线发射通感一体化信号；
39.下变频处理模块，用于将接收的通感一体化信号解调为基带信号，得到下变频处理结果；
40.模/数转换模块，用于将下变频处理结果由模拟域波形转换为数字域波形；
41.载波解调模块，用于通过傅立叶变换将数字域波形转换为符号格式的解调输出信号，获得载波解调结果；
42.解码映射模块，用于接收所述载波解调结果，对获得的符号格式进行处理生成0-1比特格式的数据码流，将所述数据码流进行解码生成原始比特信息；
43.感知功能模块，用于对模/数转换结果进行感知信号处理，得到感知数据。
44.为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，其特征在于，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计算机程序时，实现如上所述的一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法。
45.为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了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，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法。
46.本发明实施例提出的实现通信感知一体化的无线基带处理，对应用于物理层发送机和接收机进行设计，在发送机中新增isac波束管理模块，并在此模块中对波束管理流程进行具体设计，具体分别提出不同波束管理阶段的波束处理方法，通过此模块实现感知协同通信和精细感知的感知流程；在接收机中新增感知功能模块，通过此模块能够从通感信号中解出感知信息，使具有通感功能。最后，对接收的上行通信数据和反射感知数据区分方式进行设计，能从接收的数据中区分出通信和感知数据。可以解决现有技术中通感不能发送通感一体化波形、不能区分和解出终端用户和感知目标的通
信数据与感知数据、感知流程无法感知到非接入通信的感知对象的问题。
附图说明
47.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
48.图1为本发明实施例提供的一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法设计流程图；
49.图2为本发明实施例提供的一种物理层通感波形一体化发送机设计示意图；
50.图3为本发明实施例提供的一种物理层通感波形一体化接收机机设计示意图；
51.图4为本发明实施例提供的一种传输宽通感传输波束流程设计示意图；
52.图5为本发明实施例提供的一种传输窄通感传输波束流程设计示意图；
53.图6为本发明实施例提供的一种时域上区分上行通信传输数据和上行感知回波数据方案设计示例示意图；
54.图7为本发明实施例提供的另一种时域上区分上行通信传输数据和上行感知回波数据方案设计示例示意图；
55.图8为本发明实施例提供的一种实现通信感知一体化的无线基带处理装置设计示意图。
具体实施方式
56.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
57.下面参考附图描述本发明实施例的实现通信感知一体化的无线基带处理方法和装置。
58.实施例1
59.图1为本发明实施例所提供的一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法的流程示意图。
60.如图1所示，该实现通信感知一体化的无线基带处理方法包括以下步骤：
61.s101：在无线基带处理流程基础上进行设计，在发送机中新增isac波束管理模块，在接收机中新增感知功能模块sf；
62.s102：通过isac波束管理模块发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中通过sf模块解出感知信息，感知信息包括目标位置；
63.s103：基于感知信息，通过isac波束管理模块收窄波束对准所述目标位置发送窄通感传输波束；
64.s104：对接收的上行通信波束和通感传输波束的回波数据区分方式进行设计，其中通感传输波束包括宽通感传输波束和窄通感传输波束，使从上行通信波束和回波数据中区分出通信和感知数据。
65.通过上述步骤，在传统无线基带处理流程基础上新增感知功能模块(sf)和isac波束管理模块，通过所述sf模块能够从通感信号中解出感知信息，使具有通
信感知一体化功能，通过所述isac波束管理模块，可运用宽通感传输波束实现大范围感知，并根据获取的感知信息通过波束赋形技术进一步对通感波束进行调整，运用窄通感传输波束对准通感对象实现感知协同通信的高增益通信和更精确感知。最后，对接收的上行通信数据和反射感知数据区分方式进行设计，能从接收的数据中区分出通信和感知数据。本发明实施例分别对一种传输宽通感传输波束流程和一种传输窄通感传输波束流程进行设计，并提供了可自适应选择的两种时域上区分上行通信传输数据和上行感知回波数据方案。
66.具体的，对于步骤s101，参见图2，为使具有发送通感一体化波形的功能，图2为本发明实施例提出一种物理层通感波形一体化发送机设计示意图，应用于无线接入网(ran)侧，包括：
67.编码映射模块：对原始信息比特进行编码处理，生成数据码流，并对数据码流进行加扰和映射处理，将0-1比特格式映射成符号格式。原始信息比特通过所述编码处理得到传输块中的一个或两个码字后，再通过对编码比特进行加扰和映射将0-1比特格式映射成符号格式。这里，再对生成的星座映射符号进行层映射与空间预编码处理，获得每个天线端口上的编码映射符号。所述编码处理包括但不限于信源编码、信道编码、交织及速率匹配处理等步骤。所述信源编码包括但不限于huffman编码，所述信道编码不限于polar码、ldpc码、turbo码和卷积码，所诉交织通过交织器纠正突发性差错，所述速率匹配根据信道编码后的不同码流长度做不同的处理，使码流长度与实际传输能力相匹配，所述加扰处理对信号码元进行有规律的随机化处理，所述映射处理包括但不限于星座映射。所述编码映射符号即为编码映射模块输出结果。
68.载波调制模块：用于接收编码映射结果，将编码映射的结果调制至载波进行传输。所述调制为选择不同的调制方式，所述调制方式包括但不限于单载波调制和多载波调制，所述单载波调制为将编码映射的结果调制至单个载波进行传输，如qam等，所述多载波调制为将编码映射的结果调制至多个载波进行传输，如ofdm、ofts等。
69.本发明实施例采用多载波调制中的ofdm调制，由于编码映射结果为串行输入，因此首先进行串并变换，将高速串行传输转换为低速并行传输，接着采用逆快速傅里叶变换(ifft)将频域信号转换为时域信号，然后进行并串变换，将信号传输方式从并行传输转换为串行传输，最后给信号加上循环前缀得到每个天线端口的载波调制结果，所述载波调制结果为数字信号格式。
70.数/模转换模块：用于将载波调制结果由数字信号格式转换为模拟信号格式。
71.上变频处理模块：用于将基带信号调制至射频端发射频段。
72.isac波束管理模块：用于执行波束管理流程，建立和维护合适的波束，通过波束赋形技术调整多天线阵列相位的基本单元的参数，调整波束形状和方向，得到通感波形。所述波束管理流程包括两部分，第一部分为宽通感传输波束管理流程，通过发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中解出感知数据，实现广区域范围感知；第二部分为窄通感传输波束管理流程，基于第一部分解出的感知数据，根据业务场景的通感需求，调整天线的波宽以及上、下、左、右的方向来实现三维的精准波束赋形，使辐射出去的能量集中于第一部分感知到的终端装置和感知对象的方向，并根据回波信号持续跟踪，实现高信号增益通信和更精细的感知。
73.其中，通过isac波束管理模块执行波束管理流程，包括：
74.通过波束赋形技术调整多天线阵列相位的基本单元的参数，调整波束形状和方向，其中所述波束赋形技术包括波束赋形算法，具体根据以下公式：
[0075][0076]
其中，s
t
(t,α,β)是对准空间角度(α,β)的合成信号，α是波束相对于天线视轴的水平角，β是波束相对于天线视轴的俯仰角，λ是发送信号的电磁波的波长，n是总天线个数，(xn，yn，zn)是第n个天线单元在空间中的位置，sn(t)是待发送信号的标量表示。
[0077]
最后由发射天线发射通感一体化信号。
[0078]
参见图3，为使支持接收并处理通感一体化波形的功能，图3为本发明实施例提出的一种物理层通感波形一体化接收机设计示意图，应用于无线接入网侧，包括：
[0079]
由接收天线接收通感一体化信号。
[0080]
下变频处理模块：用于将接收的通感一体化信号解调为基带信号，得到下变频处理结果，所述下变频处理结果为模拟信号格式。
[0081]
模/数转换模块：用于将下变频处理结果由模拟信号格式转换为数字信号格式，得到模/数转换结果。
[0082]
将模/数转换结果进行复制，其中一个模/数转换结果进入通信处理流程，另一个模/数转换结果进入感知处理流程。
[0083]
所述通信处理流程如下：
[0084]
模数转换结果通过逻辑接口传输至载波解调模块。
[0085]
载波解调模块：用于接收模/数转换结果，对模/数转换结果进行解调，得到解调输出信号，所述解调输出信号为符号格式。再利用每个接收天线端口的信道估计结果，对所述载波解调结果进行空间信道均衡处理，获得载波解调结果。所述解调为依据载波调制模块中的调制方式选择相对应的解调方式，所述解调方式包括但不限于单载波解调和多载波解调，所述单载波解调如qam解调等，所述多载波解调如ofdm解调、otfs解调等。
[0086]
本发明实施例采用多载波解调中的ofdm解调，首先对信号进行去除循环前缀处理，由于模/数转换结果为串行输入，因此需要进行串并变换，将高速串行传输转换为低速并行传输，接着采用快速傅里叶变换(fft)将时域信号转换为频域信号，最后进行并串变换，将信号传输方式从并行传输转换为串行传输，得到解调输出信号，所述解调输出信号为符号格式。
[0087]
解码映射模块用于接收载波解调结果，进行空间解预编码处理以及层逆映射处理，并将获得的符号格式通过逆映射生成0-1比特格式的数据码流，将数据码流进行解码处理生成估计比特信息，所述估计比特信息即为通信数据。所述逆映射包括但不限于星座逆映射，所述解码处理包括但不限于解交织，信道解码，信源解码等步骤，所述解码处理过程对应所述编码映射模块编码处理过程，此处不再赘述。所述解码映射结果即为通信数据。
[0088]
感知处理流程如下：
[0089]
模/数转换结果通过逻辑接口传输至感知功能模块。
[0090]
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过isac波束管理模块发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中通过sf模块解出感知信息，包括：
[0091]
获取目标通感请求；
[0092]
通过根据通感请求建立并发送初始波束，包括以规律的周期发送宽通感传输波束；
[0093]
通过接收机接收上行通信数据和所述通感传输波束，从上行通信数据和所述宽通感传输波束中解出反射感知数据，并经过sf模块从反射感知数据中获取感知信息。
[0094]
其中，感知信息的格式为信号强度的点云信息，点云中每个点代表由速度、距离、方向构成的参数组。
[0095]
进一步地，在本发明的一个实施例中，宽通感波束可根据具体通感业务需求选择采用具有大波束宽度的波束，或选择采用小波束宽度的窄波束进行时分扫描，覆盖大角度扇形区域。
[0096]
具体的，初始发送多个通感信号并承载在不同的下行波束上，所述通感信号应能周期性地、半持久性地或非周期性地(事件触发)传送，具有广覆盖性、可持续搜索性或可周期广播性等特性。包括但不限于同步信号(ss)和物理广播信道(pbch)。
[0097]
可选的，由于感知覆盖范围的要求，所述下行波束可采用具有大波束宽度的波束，或者可采用小波束宽度的窄波束进行时分扫描，覆盖大角度扇形区域，以实现感知对环境和用户终端感知范围的扩展。所述窄波束时分扫描可根据具体感知业务要求(如感知范围)，确定不同波束的方位和倾斜方向，采用不同的天线静态权值，运用波束赋形算法生成多个不同方向的静态窄波束来承载通感信号，并在发射时采用时分扫描、逐一发送的方式实现对感知范围的全覆盖。
[0098]
具体的，在用户或者应用功能触发通感请求后，将根据通感请求建立并发送初始波束，并在业务结束之前，以规律的周期发送宽波束形状的通感波形，获取周围大范围的感知信息；发送初始波束后，用户或者终端在接入后建立波束对进行通信，接收机接收到上行通信数据和反射感知数据后，从所述数据中解出反射感知数据，并从反射感知数据中获取到感知信息。其中所述解出反射感知数据为所述接收机中信号处理过程，所述获取感知信息为所述接收机中感知功能模块的信号处理过程。
[0099]
进一步地，在本发明的一个实施例中，基于所述感知信息，通过isac波束管理模块收窄波束对准目标发送窄通感传输波束，包括：
[0100]
通过发送多个通感信号并承载在多个窄波束上；
[0101]
根据感知信息将窄通感传输波束方向对准目标方向，与多用户建立多波束对链接实现通信协同感知。
[0102]
具体的，发送多个通感信号并承载在多个窄波束上，所述通感信号包括但不限于信道状态信息参考信号(csi-rs)、解调参考信号(dmrs)和传输数据的数据载荷信号等信号；通过宽通感传输波束回波信息中得到多个终端装置和感知对象粗略位置后，通过所述isac波束管理模块对发送的后续波束调整，运用波束赋形算法调整多天线的相位发送信号，让波束收窄，并根据感知对象的移动、转向等行为，将收窄波束方向对准通感对象方向，与多用户建立多波束对链接，在目标方向上取得最大信号增益，实现感知精度提升；通感一体化通过多址技术为多个终端装置或者多个感知对象提供多个不同的数据流，或者并行从多个终端接收数据流和从多个感知对象接收信号回波，实时从感知的回波信息中获取多个终端装置或者其他感知对象的位置信息，通过isac波束管理模块调整和维
护波束，维持良好的无线连接以及精细感知，所述多址技术包括但不限于空分多址技术。所述波束调整过程首先通过感知处理模块获取的感知信息物理参数，得到待发送波束的空间导向矢量，并对天线阵元上各阵子加权，使波束赋形算法输出信号收窄并能指向确定的方向，所述空间导向矢量具体可以根据以下公式：
[0103][0104]
上述公式中，θ是波束相对于天线视轴的夹角，d是阵元间距，f0是发送信号的频率，c为电磁波传播的速度。
[0105]
所述天线阵子加权过程具体可根据以下公式：
[0106]
w＝[w0,w1,...,w
m-1
]
t
[0107]
上诉公式中，m是阵子数目，w是波束形成权值向量。
[0108]
所述波束赋形算法具体可以根据以下公式：
[0109][0110]
上述公式中，y(t,θ)是波束赋形生成信号，θ是波束相对于天线视轴的夹角，m是阵子数目，xi(t)是各个阵子上信号，x是阵列信号矢量，s(t)是原始信号，wh是波束形成权值向量，a(θ)为空间导向矢量。
[0111]
所述让波束收窄的过程即为调整波束宽度过程，具体可以根据以下公式：
[0112][0113]
上述公式中，θ
bw
是天线发送的波束宽度，定义为天线发送信号主瓣两侧辐射功率下降3db的两个方向的夹角(rad)；k是波束宽度因子，均匀口径照射情况下k＝0.886；λ是发送信号的电磁波的波长，n是线性阵元数，d是阵元间距，θ0是波束相对于天线视轴的夹角。
[0114]
可选的，若通感信号采用参考信号，并且所述参考信号与数据载荷信号共同传输，且在收发机处调制解调方式采用多载波调制解调方式，则可根据业务通信和感知的需求，自适应调整所述参考信号与数据载荷信号在资源网格中的配比，例如在高速移动场景或只感知不通信等场景中，对感知性能的需求高于通信性能需求，可通过提高参考信号在资源网格中的资源配比，以达到高感知性能要求。所述资源网格组成包括频率上的子载波(资源块)和时间上的符号,所述符号包括但不限于ofdm符号、ofts符号等。
[0115]
可选的，可根据业务感知的需求，调整通感信号在资源网格中的配比，例如可通过提高通感信号在资源网格中频域资源块的占比获得更高的测距感知精度，或可通过提高通感信号在资源网格中时域资源块的占比获得更高的测速感知精度。
[0116]
具体地，感知信号处理包括：
[0117]
根据回波信号与发射信号的延迟时间、电磁波在空气中的传播速度计算得到感知目标与天线间的距离，计算公式如下：
[0118][0119]
其中，tr为回波信号与发射信号的延迟时间，c为电磁波在空气中的传播速度，d为
感知目标与天线间的距离；
[0120]
根据电磁波在空气中的传播速度、多普勒频移、通感一体化波形的发射频率计算得到感知目标的速度，所述多普勒频移为通感一体化波形的发射频率与回波信号的频率偏移，计算公式如下：
[0121][0122]
其中，c为电磁波在空气中的传播速度，f
′
0-f0为多普勒频移，f
′0为接收回波信号的频率，f0为发射信号的频率；
[0123]
利用天线阵列和波达方向估计技术得到感知目标所处方向，所述波达方向估计技术包括bartlett算法、music算法。
[0124]
其中，bartlett算法包括：
[0125]
根据多阵元天线间空间位置不同所造成的相位差，用空域各阵元接收的数据代替传统时域处理中的时域数据，得到接收信号在不同估计方向角到达不同天线阵元的时间差，定义天线阵列接收k个反射信号，计算公式如下：
[0126][0127]
其中dm为不同接收天线间距离，c为电磁波在空气中的传播速度，θk为接收回波信号的估计方向到达角，t
mk
为接收信号到达不同天线阵元的时间差；基于所述接收信号在不同估计方向角到达不同天线阵元的时间差，构造来波方向的空间导向矢量：
[0128][0129]
其中α为给定来波方向相对天线视轴的夹角d是阵元间距，f0是发送信号的频率，c为电磁波传播的速度，通过给定不同的夹角取值α，空间导向矢量在阵列角度范围内进行扫描，空间谱峰值出现在信号入射位置，得到感知目标所处方向，具体过程为空间导向矢量和接收信号矢量做向量内积，如以下公式：
[0130]
y＝ah(α)
·
x(n)
[0131]
其中a(α)为空间导向矢量，x(n)为天线阵元接收信号矢量，标量y取最大值时，α的取值即是估计来波方向相对于天线视轴的夹角，并做为doa估计结果输出。
[0132]
所述物理层通感波形一体化接收机设计示意图可以使具有接收并处理通感一体化波形的功能。
[0133]
具体的，对于步骤s103，参见图4，为使通感一体化初始发送的初始通感波形感知到终端装置和感知对象，本实施例提供了一种通感一体化初始发送通感一体化波束的波束管理流程，初始发送的通感一体化波束使用宽通感传输波束流程，通感传输波束的扫描范围应覆盖整个服务的角扇区。图4为一种传输宽通感传输波束流程设计示意图。
[0134]
以下通过实施例2、3详细说明本发明方案。
[0135]
实施例2
[0136]
如图4所示，实施例2在发送的下行波束形状上和接收感知数据方式上有所区分于其他实施例。针对处于所述(400)服务范围内的终端装置(410a-410c)和感知对象
(420)执行(s102)宽通感传输波束管理过程，其中执行所述宽通感传输波束管理过程包括：
[0137]
在所述宽通感传输波束管理过程期间传送通感信号，初始发送多个通感信号并承载在不同的下行波束上，所述下行波束采用大波束宽度的波束(450)，为使获得感知终端装置和感知对象位置，所述通感信号应能周期性地、半持久性地或非周期性地(事件触发)传送，并能承载在大波束宽度的波束上进行传输，具有广覆盖性、可持续搜索性或可周期广播性等特性，包括但不限于由宽波束承载的同步信号(ss)和物理广播信道(pbch)。发送初始波束后，用户或者终端在接入后建立波束对进行通信，接收机接收到上行传输通信数据(470)和上行感知回波数据(480)后，从所述数据中区分出反射感知数据，并从反射感知数据中获取到终端装置(410a-410c)和感知对象(420)的感知信息,每次发送通感一体化信号都能接收到来自整个覆盖范围的感知波束，执行感知的频率较慢，可根据帧为单位分配出保护带时隙接收感知数据，其中所述解出反射感知数据为所述接收机中信号处理过程，所述获取感知信息为所述接收机中感知功能模块的信号处理过程。
[0138]
在用户或者应用功能触发通感请求后，将根据通感请求建立并发送初始波束，并在业务结束之前，以规律的周期发送宽波束形状的通感波形，获取周围大范围的感知信息。
[0139]
实施例3
[0140]
如图4所示，实施例二在发送的下行波束形状上和接收感知数据方式上有所区分于其他实施例。针对处于所述(400)服务范围内的终端装置(410a-410c)和感知对象(420)执行(s102)宽通感传输波束管理过程，其中执行所述宽通感传输波束管理过程包括：
[0141]
在所述宽通感传输波束管理过程期间传送通感信号，初始发送多个通感信号并承载在不同的下行波束上，所述下行波束采用小波束宽度的窄波束(460a～460g)进行时分扫描，为使感知获得终端装置和感知对象位置，所述通感信号应能周期性地、半持久性地或非周期性地(事件触发)传送，具有广覆盖性、可持续搜索性或可周期广播性等特性，包括但不限于由经过波束赋形后时分窄波束承载的同步信号(ss)和物理广播信道(pbch)。发送初始波束后，用户或者终端在接入后建立波束对进行通信，接收机接收到上行传输通信数据(470)和上行感知回波数据(480)后，从所述数据中区分出反射感知数据，并从反射感知数据中获取到终端装置(410a-410c)和感知对象(420)的感知信息。每次发送通感一体化信号为一组时分扫描的窄波束信号，需在分次发送窄波束信号后接收回波信号执行感知，执行感知的频率较快，可在发送窄波束信号后单独分配时隙接收感知数据，也可通过区分专用天线端口接收感知数据。其中所述解出反射感知数据为所述接收机中信号处理过程，所述获取感知信息为所述接收机中感知功能模块的信号处理过程。
[0142]
在用户或者应用功能触发通感请求后，将根据通感请求建立并发送初始波束，并在业务结束之前，以规律的周期发送广覆盖的时分扫描窄波束的通感波形，获取周围大范围的感知信息。
[0143]
具体的，针对处于所述(400)服务范围内的终端装置(410a-410c)和感知对象(420)执行(s103)窄通感传输波束管理过程，其中执行所述窄通感传输波束管理过程包括：
[0144]
在经过通过宽通感传输波束回波信息中得到终端装置(410a-410c)和感知对象(420)粗略位置这一过程后(s102)，通过所述isac波束管理模块对发送的后续波束(550a-550d)调整，对波束进行训练，对发送信号进行动态加权，运用波束赋形算法调整多
天线的相位发送信号，让波束收窄，形成窄通感传输波束，发送的多个通感信号承载在所述多个窄通感传输波束上，所述通感信号包括但不限于信道状态信息参考信号(csi-rs)、解调参考信号(dmrs)和传输数据的数据载荷信号等信号。将所述宽通感传输波束方向对准通感对象方向，同时终端装置若也具有多天线并具有波束管理功能，也可发送窄传输波束(560)建立波束对链接。与终端装置建立波束对进行通信后，每次发送窄通感传输波束后接收回波信号执行感知，接收机接收到上行传输通信数据(570)和上行感知回波数据(580)，从所述数据中区分出反射感知数据，并从反射感知数据中获取到终端装置(410a-410c)和感知对象(420)的感知信息，并能根据解出的感知信息跟踪终端装置(410a-410c)和感知对象(420)。其中所述解出反射感知数据为所述接收机中信号处理过程，所述获取感知信息为所述接收机中感知功能模块的信号处理过程。所述波束训练过程可以参考以下公式：
[0145]y(e)
[k]＝z
*
h[k]w+v
(e)
[k]，
[0146]
其中，y
(e)
[k]是第k个子载波上波束训练的全部响应，为(n1*n2)维度的矩阵，其中n1代表接收端有n1个波束接收的方向，n2代表发射端有n2个波束赋形的方向；z
*
是所有波束方向的合并器矩阵，为(n1*m)维度的矩阵，其中m代表天线个数；h[k]是第k个子载波上的mimo信道矩阵；w是所有波束方向预编码器矩阵，为(m*n2)维度的矩阵；v
(e)
[k]是第k个子载波上波束训练可能产生的后处理噪声，为(n1*n2)维度的矩阵。
[0147]
根据从通感一体化信号回波中得到的感知信息，可减少的波束训练量，提升通信系统性能，isac模块再选择波束训练过程中合适的波束对进行波束赋形，并使波束可持续追踪通感一体化对象的位置。通过所述窄通感传输波束管理过程，与多用户建立多波束对链接，在目标方向上取得最大信号增益，并获得精细的感知。
[0148]
在本实施例中通感一体化通过空分技术为多个终端装置或者多个感知对象提供多个不同的数据流，或者并行从多个终端接收数据流和从多个感知对象接收信号回波，实时从感知的回波信息中获取多个终端装置或者其他感知对象的位置信息，通过isac波束管理模块调整和维护波束，维持良好的无线连接以及精细的感知。
[0149]
可选的，本实施例提供一种自适应通感方案，可根据业务通信和感知的需求，自适应调整感知模式。
[0150]
具体的，若通感信号采用参考信号，并且所述参考信号与数据载荷信号共同传输，则可根据业务通信和感知的需求，自适应调整所述通感信号与数据载荷信号在资源网格中的配比，例如在高速移动场景或只感知不通信等场景中，对感知性能的需求高于通信性能需求，可通过提高通感信号在资源网格中的资源配比，以达到高感知性能要求。
[0151]
进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：
[0152]
通过调整通感信号在资源网格中的配比，适应业务感知的需求，资源网格组成包括频率上的子载波和时间上的符号。
[0153]
具体包括可根据业务感知的需求，调整通感信号在资源网格中的配比，例如可通过提高通感信号在资源网格中频域资源块的占比获得更高的测距感知精度，或可通过提高通感信号在资源网格中时域资源块的占比获得更高的测速感知精度。所诉资源网格组成包括频率上的子载波(资源块)和时间上的ofdm符号。
[0154]
具体的，对于步骤104，在发送通感波形后，接收机将接收到来自终端装置的
上行通信传输数据和来自感知对象或环境的上行感知回波数据，为使接收机对所诉接收数据进行区分，并分别解出通信数据和感知数据，需对接收机区分所述上行通信传输数据和上行感知回波数据的模式进行设计。
[0155]
进一步地，在本发明的一个实施例中，接收的上行通信波束和所述通感波形的回波数据的区分方式，提供一种时域区分方式，具体包括：
[0156]
定义新的帧结构，在帧结构中分配多个灵活时隙；
[0157]
在灵活时隙中单独分配下行通信传输所需的时频域资源块实现通感信号和通信数据在下行符号中传输，上行感知回波数据通过在灵活时隙中单独分配感知独占的时频域资源进行接收，而上行通信传输数据则在上行时隙中接收；
[0158]
在时域上区分开上行通信传输数据和上行感知回波数据。
[0159]
进一步地，在本发明的一个实施例中，接收的上行通信波束和所述通感波形的回波数据的区分方式，提供另一种时域区分方式，具体包括：
[0160]
通过区分上行通信传输数据和上行感知回波数据的接收时间，上行通信传输数据在上行时隙中接收，上行感知回波数据通过占用灵活时隙中保护带的时频域资源进行接收，解出不同时间接收到的通信数据和感知数据。
[0161]
以下通过实施例4、5详细说明本发明方案。
[0162]
实施例4
[0163]
如图6所示，通过区分上行通信传输数据和上行感知回波数据的接收时间，解出不同时间接收到的通信数据和感知数据。区别于其他的实施例的是，实施例4通过分配单独的时频资源接收上行感知回波数据流，达到接收上的上行通信传输数据和上行感知回波数据分离的目的。该方案采用时分复用的方式，通过对tdd帧结构进行设计，可以在符号级别、时隙级别或者子帧级别分配单独感知资源接收感知回波数据，执行感知频率更快，需要设计相应信令指示用于指示这些不同类型的帧。
[0164]
具体的，通常第五代移动通信技术中tdd帧周期大致可分为三个部分：下行时隙、灵活时隙和上行时隙。参见图6所示，在实施例4中定义了一种新的tdd帧结构，在帧结构中分配多个灵活时隙，通过在所述灵活时隙中单独分配下行通信传输所需的时频域资源块实现通感信号和通信数据在下行符号中传输，上行感知回波数据通过在灵活时隙中单独分配感知独占的时频域资源进行接收，而上行通信传输数据则在上行时隙中接收的过程，以此在时域上区分开上行通信传输数据和上行感知回波数据。在这一过程中，本实施例采用普通cp的时隙结构，在子帧中的一个时隙单元可以被分为14个符号时间，再分出n(14》n》0)个符号时间来接收上行反射感知数据，剩余(14-n)个符号时间仍然用于传输通感信号和通信数据。所述用于接收下行反射感知数据的符号时间应排布在传输通感信号和通信数据的符号时间之后。在此实施例中，在触发通感业务流程之后，通过pdcch信道传递信令，配置本实施例所述帧结构，实现通信/感知数据的区分。应特别说明的，本发明根据具体的通感业务需求定义的通感帧结构应包括多种类型，在不同通感场景下通过信令来配置合适的通感帧结构。所述通感业务需求包括但不限于感知覆盖范围和感知频率，例如对感知覆盖范围需求高的通感业务，可通过在帧结构中分配更多的符号单位时间来接收上行感知回波数据，分配接收上行反射感知数据的符号时间并不限于一个时隙单位内，考虑到多径、信号衰落与覆盖范围等环境因素影响，应在发送通感信号之后的时间内分配足够接收上行感
知回波数据的时频域资源进行接收感知数据的过程；再例如对感知频率需求高的业务，则可通过在帧结构中分配更多的灵活时隙和自包含时隙来增加执行感知的频率。在此实施例中，执行感知的频率以子帧中的时隙时长为单位。
[0165]
实施例5
[0166]
如图7所示，区分方式同为时域区分方式，通过区分上行通信传输数据和上行感知回波数据的接收时间，解出不同时间接收到的通信数据和感知数据。区别于其他实施例的是，实施例5用于接收感知反射数据的时隙将占用通信尚未使用的保护带的部分时隙，分配时频资源进行接收上行感知回波数据流，达到接收上的上行通信传输数据和上行感知回波数据分离的目的。该方案对现有的tdd结构改动较小，只需要在现有帧结构保护带中定义部分时隙接收感知回波信号。
[0167]
具体的，通常第五代移动通信技术中tdd帧周期，大致可分为三个部分：下行时隙、灵活时隙和上行时隙。参见图7所示，在实施例5中上行通信传输数据在上行时隙中接收，上行感知回波数据通过占用灵活时隙中保护带的时频域资源进行接收，以此在时域上区分开上行通信传输数据和上行感知回波数据。在这一过程中，本实施例采用普通cp的时隙结构，在子帧中的一个时隙单元可以被分为14个符号时间，在灵活时隙中有n个时间符号用于作为上下行保护间隔，在上下行保护间隔中分出m(n》m》0)个符号时间来接收下行反射感知数据，剩余(m-n)个符号时间仍然用于作为上下行保护间隔。所述用于接收下行反射感知数据的符号时间应排布在传输下行通信数据的符号时间之后，且应排布在上下行保护间隔之前。在此实施例中，发送通感信号后，需在规定的时隙内做回波信号的接收，执行感知的频率以帧的时长为单位。
[0168]
可选的，本实施例提供一种自适应通感方案，可根据业务通信和感知的需求，自适应调整感知模式，选择不同的时域区分方法。具体的，实施例4分配单独感知时隙进行接收感知数据，感知频率以子帧中时隙单位为周期，执行感知频率更快，通过牺牲部分通信性能提高感知性能，适合对感知性能需求高的业务场景，例如高速移动场景。实施例5占用每帧上下行间隔中的保护带时隙进行接收感知数据，感知频率以帧单位为周期，执行感知频率较慢，适合对感知性能需求较低的业务场景。在执行通感一体的传输流程中，可自适应选择感知模式以适配通信和感知的需求。
[0169]
可选的，区分的方式除了所述实施例4与5的时域区分方式外，还可以是码域区分和空域区分等方式，所述码域区分通过对上行接收通信数据和上行感知回波数据设计不同的码本，在接收时通过码本对消对上行通信传输数据流和上行感知回波数据流进行区分，并在接收端解出通信数据和感知数据，该区分方式对通信容量影响较小，适用于多用户等环境复杂场景。所述空域区分通过使用专用的射频通道来做感知信号的接收，天线阵列分为两个部分分别接收上行通信传输数据流和上行感知回波数据流，并在接收端解出通信数据和感知数据，该区分方式需牺牲通信空域资源接收感知数据，对通信性能会造成部分影响，且需要具备全双工能力或同等能力，但实施过程中具备简易性。所述码域区分和空域区分方式均为可选的实施例，在此不再赘述。
[0170]
本发明实施例提出的实现通信感知一体化的无线基带处理方法，对应用于物理层发送机和接收机进行设计，在发送机中新增isac波束管理模块，并在此模块中对波束管理流程进行具体设计，具体分别提出不同波束管理阶段的波束处理方法，通过此模块实
现感知协同通信和精细感知的感知流程；在接收机中新增感知功能模块，通过此模块能够从通感信号中解出感知信息，使具有通感功能。最后，对接收的上行通信数据和反射感知数据区分方式进行设计，能从接收的数据中区分出通信和感知数据。可以解决现有技术中通感不能发送通感一体化波形、不能区分和解出终端用户和感知目标的通信数据与感知数据、感知流程无法感知到非接入通信的感知对象的问题。
[0171]
为了实现上述实施例，本发明还提出一种实现通信感知一体化的无线基带处理装置。
[0172]
图8为本发明实施例提供的一种实现通信感知一体化的无线基带处理装置的结构示意图。
[0173]
如图8所示，该实现通信感知一体化的无线基带处理装置包括：编码映射模块001，载波调制模块002，数/模转换模块003，上变频处理模块004，isac波束管理模块005，下变频处理模块006，模/数转换模块007，载波解调模块008，解码映射模块009，感知功能模块010，其中，
[0174]
编码映射模块，用于对原始信息比特进行编码生成数据码流，获得每个天线端口上的编码映射结果，并将编码映射结果通过逻辑接口进行传输；
[0175]
载波调制模块，用于接收编码映射结果，将编码映射结调制至载波，得到离散时间的数字量，并进行传输；
[0176]
数/模转换模块，用于将载波调制结果由离散时间的数字量转换为连续变化的模拟量，然后通过正交调制得到通感信号；
[0177]
上变频处理模块，用于将通感信号调制至射频端发射频段，生成基带发射信号；
[0178]
isac波束管理模块，用于执行波束管理流程，根据基带发射信号建立和维护的波束，通过波束赋形技术调整多天线阵列相位的基本单元的参数，调整波束形状和方向，得到通感波形；并由根据通感波形发射多天线发射通感一体化信号；
[0179]
下变频处理模块，用于将接收的通感一体化信号解调为基带信号，得到下变频处理结果；
[0180]
模/数转换模块，用于将下变频处理结果由模拟域波形转换为数字域波形；
[0181]
载波解调模块，用于通过傅立叶变换将数字域波形转换为符号格式的解调输出信号，获得载波解调结果；
[0182]
解码映射模块，用于接收载波解调结果，对获得的符号格式进行处理生成0-1比特格式的数据码流，将数据码流进行解码生成原始比特信息；
[0183]
感知功能模块，用于对模/数转换结果进行感知信号处理，得到感知数据。
[0184]
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，其特征在于，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计算机程序时，实现如上所述的实现通信感知一体化的无线基带处理方法。
[0185]
为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了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，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的实现通信感知一体化的无线基带处理方法。
[0186]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0187]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0188]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法，其特征在于，包括以下步骤：在无线基带处理流程基础上进行设计，在发送机中新增isac波束管理模块，在接收机中新增感知功能模块sf；通过所述isac波束管理模块发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中通过sf模块解出感知信息，所述感知信息包括目标位置；基于所述感知信息，通过所述isac波束管理模块收窄波束对准所述目标位置发送窄通感传输波束；对所述接收的上行通信波束和通感传输波束的回波数据区分方式进行设计，其中所述通感传输波束包括宽通感传输波束和窄通感传输波束，使所述从所述上行通信波束和所述回波数据中区分出通信和感知数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过所述isac波束管理模块发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中通过sf模块解出感知信息，包括：获取目标通感请求；通过所述根据所述通感请求建立并发送初始波束，包括以规律的周期发送宽通感传输波束；通过所述接收机接收上行通信数据和所述通感传输波束，从所述上行通信数据和所述宽通感传输波束中解出反射感知数据，并经过sf模块从反射感知数据中获取感知信息。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述宽通感波束可根据具体通感业务需求选择采用具有大波束宽度的波束，或选择采用小波束宽度的窄波束进行时分扫描，覆盖大角度扇形区域。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述感知信息，通过所述isac波束管理模块收窄波束对准目标发送窄通感传输波束，包括：通过所述发送多个通感信号并承载在多个窄波束上；根据所述感知信息将窄通感传输波束方向对准目标方向，与多用户建立多波束对链接实现通信协同感知。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：通过调整所述通感信号在资源网格中的配比，适应业务感知的需求，所述资源网格组成包括频率上的子载波和时间上的符号。6.根据权利要求1所述的方法，所述接收的上行通信波束和所述通感波形的回波数据的区分方式，提供一种时域区分方式，具体包括：定义新的帧结构，在所述帧结构中分配多个灵活时隙；在所述灵活时隙中单独分配下行通信传输所需的时频域资源块实现通感信号和通信数据在下行符号中传输，上行感知回波数据通过在灵活时隙中单独分配感知独占的时频域资源进行接收，而上行通信传输数据则在上行时隙中接收；在时域上区分开上行通信传输数据和上行感知回波数据。7.根据权利要求1所述的方法，所述接收的上行通信波束和所述通感波形的回波数据的区分方式，提供另一种时域区分方式，具体包括：通过区分上行通信传输数据和上行感知回波数据的接收时间，上行通信传输数据在上
行时隙中接收，上行感知回波数据通过占用灵活时隙中保护带的时频域资源进行接收，解出不同时间接收到的通信数据和感知数据。8.一种实现通信感知一体化的无线基带处理装置，其特征在于，包括以下模块：编码映射模块，用于对原始信息比特进行编码生成数据码流，获得每个天线端口上的编码映射结果，并将所述编码映射结果通过逻辑接口进行传输；载波调制模块，用于接收所述编码映射结果，将所述编码映射结调制至载波，得到离散时间的数字量，并进行传输；数/模转换模块，用于将载波调制结果由所述离散时间的数字量转换为连续变化的模拟量，然后通过正交调制得到通感信号；上变频处理模块，用于将所述通感信号调制至射频端发射频段，生成基带发射信号；isac波束管理模块，用于执行波束管理流程，根据所述基带发射信号建立和维护的波束，通过波束赋形技术调整多天线阵列相位的基本单元的参数，调整波束形状和方向，得到通感波形；并由所述根据所述通感波形发射多天线发射通感一体化信号；下变频处理模块，用于将接收的通感一体化信号解调为基带信号，得到下变频处理结果；模/数转换模块，用于将下变频处理结果由模拟域波形转换为数字域波形；载波解调模块，用于通过傅立叶变换将数字域波形转换为符号格式的解调输出信号，获得载波解调结果；解码映射模块，用于接收所述载波解调结果，对获得的符号格式进行处理生成0-1比特格式的数据码流，将所述数据码流进行解码生成原始比特信息；感知功能模块，用于对模/数转换结果进行感知信号处理，得到感知数据。9.一种计算机设备，其特征在于，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计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一所述的实现通信感知一体化的无线基带处理方法。10.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任意一项所述的实现通信感知一体化的无线基带处理方法。

技术总结

本发明提出一种实现通信感知一体化的无线基带处理方法及装置，包括，在无线基带处理流程基础上进行设计，在发送机中新增ISAC波束管理模块，在接收机中新增感知功能模块SF；通过ISAC波束管理模块发送宽通感传输波束并从反射的感知回波中通过SF模块解出感知信息；基于感知信息，通过ISAC波束管理模块收窄波束对准目标位置发送窄通感传输波束；对接收的上行通信波束和通感传输波束的回波数据区分方式进行设计，使从所述上行通信波束和回波数据中区分出通信和感知数据。本发明的方法，使具备了发送通感一体化波形的能力，并能区分及解出终端用户与其他感知目标的通信数据与感知数据，同时实现了感知协同通信和精细感知的感知流程。和精细感知的感知流程。和精细感知的感知流程。