本發(fā)明一般地涉及用于波束選擇的系統(tǒng)和方法，并且在具體實施方式中，涉及用于使用多個頻率的波束選擇的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

近幾年來，無線數(shù)據(jù)的量正在以前所未有的速度增長，推進了當前的宏蜂窩部署的容量。利用微波譜帶(300mhz至3ghz)的蜂窩通信系統(tǒng)由于干擾和流量負荷而日益變得容量受限。其中大量帶寬可用的高頻帶的使用被視為未來通信系統(tǒng)的關(guān)鍵特征。這些頻帶(例如，28ghz、38ghz、60ghz和73ghz)的使用能夠緩解當前觀察到的容量問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一示例實施方式，提供了一種用于操作用戶設(shè)備(userequipment，ue)的方法。所述方法包括：由ue在初始訪問序列期間接收多個第一進入波束，每個第一進入波束由通信控制器通過第一載波沿不同發(fā)送方向來發(fā)送，使得第一進入波束具有彼此不同的子載波頻率范圍。所述方法還包括：根據(jù)第一進入波束來生成接收度量的值；根據(jù)接收度量值來選擇一個第一進入波束；以及由ue發(fā)送所選擇的第一進入波束的指示，所述方法還包括：由ue接收第二進入波束，第二進入波束由通信控制器沿根據(jù)所選擇的第一進入波束的指示的發(fā)送方向來發(fā)送，使得第二進入波束具有第一載波的第二子載波頻率范圍，第一載波的第二子載波頻率范圍與所選擇的第一進入波束的第一子載波頻率范圍不同。

根據(jù)本發(fā)明的第二示例實施方式，提供了一種用戶設(shè)備(userequipment，ue)。ue包括處理器以及非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)耦接至處理器并且存儲供處理器執(zhí)行的程序。所述程序包括用于以下操作的指令：接收多個第一進入波束，每個第一進入波束由通信控制器通過第一載波沿不同發(fā)送方向來發(fā)送，使得第一進入波束具有彼此不同的子載波頻率范圍；根據(jù)第一進入波束來生成接收度量的值；根據(jù)接收度量值來選擇一個第一進入波束；發(fā)送所選擇的第一進入波束的指示；以及接收第二進入波束，第二進入波束由通信控制器沿根據(jù)所選擇的第一進入波束的指示的發(fā)送方向來發(fā)送。第二進入波束具有第一載波的第二子載波頻率范圍，第一載波的第二子載波頻率范圍與所選擇的第一進入波束的第一子載波頻率范圍不同。

根據(jù)本發(fā)明的第三示例實施方式，提供了一種用于操作通信控制器的方法。所述方法包括：由通信控制器在初始訪問序列期間沿多個發(fā)送方向并且以多個頻率范圍來發(fā)送多個第一波束；從無線設(shè)備接收所述多個第一波束中的選擇波束的指示；以及由通信控制器沿根據(jù)選擇波束的指示的發(fā)送方向以與選擇波束的第一頻率范圍不同的第二頻率范圍來發(fā)送第二波束。

根據(jù)本發(fā)明的第四示例實施方式，提供了一種通信控制器。所述通信控制器包括處理器以及非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)耦接至處理器并且存儲供處理器執(zhí)行的程序，所述程序包括用于以下操作的指令：沿多個發(fā)送方向并且以第一載波的多個子載波頻率范圍來發(fā)送多個第一波束；從無線設(shè)備接收所述多個第一波束中的選擇波束的指示；以及沿根據(jù)選擇波束的指示的發(fā)送方向以第一載波的第二子載波頻率范圍來發(fā)送第二波束。第二子載波頻率范圍與選擇波束的第一頻率范圍不同。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在對結(jié)合附圖所做的以下描述進行參考，其中：

圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的提供用于無線設(shè)備的微波和毫米波(mm波)覆蓋的通信控制器的框圖；

圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的供通信控制器使用的收發(fā)器的框圖；

圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的由通信控制器的收發(fā)器生成的發(fā)送波束圖的框圖；

圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于混合模擬/數(shù)字預(yù)編碼的方法的流程圖；

圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的單個發(fā)送波束從通信控制器至無線設(shè)備的定向傳輸?shù)目驁D；

圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在初始訪問序列期間多個發(fā)送波束從通信控制器至無線設(shè)備的定向傳輸?shù)目驁D；

圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在初始訪問序列期間用在通信控制器中的發(fā)送級的框圖；

圖8是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的在初始訪問序列期間用在無線設(shè)備中的接收級的框圖；

圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的使用窮舉頻率復(fù)用搜索的粗初始訪問方法的流程圖；

圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的使用分層頻率復(fù)用搜索的粗略初始訪問方法的流程圖；

圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的使用窮舉頻率復(fù)用搜索的精細初始訪問方法的流程圖；

圖12是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的使用分層頻率復(fù)用搜索的精細初始訪問方法的流程圖；

圖13a是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的使用窮舉頻率復(fù)用搜索的粗略初始訪問方法的發(fā)信圖；

圖13b是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的使用分層頻率復(fù)用搜索的粗略初始訪問方法的發(fā)信圖；

圖14是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的用于基于反饋的初始訪問精細化的方法的流程圖；

圖15是示出了由不同的粗略初始訪問方法產(chǎn)生的訪問錯誤概率的圖；

圖16是示出了由分層粗略初始訪問方法和分層精細初始訪問方法產(chǎn)生的訪問錯誤概率的圖；

圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的可以安裝在主設(shè)備中的用于執(zhí)行本文所描述的方法的處理系統(tǒng)的框圖；以及

圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的適用于通過電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收發(fā)信的收發(fā)器的框圖。

具體實施方式

下面詳細討論當前優(yōu)選的實施方式的結(jié)構(gòu)、制造和使用。然而，應(yīng)當意識到，本發(fā)明提供了許多可以在多種特定上下文中實現(xiàn)的適用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的特定實施方式僅說明用以構(gòu)造和使用本發(fā)明的特定方式，并且不限制本發(fā)明的范圍。

關(guān)于以下波束選擇的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實施方式來描述本發(fā)明，上述波束選擇的系統(tǒng)和方法使用多個毫米波載波頻率并且支持無線設(shè)備對通信控制器的初始訪問。其他實施方式可以被應(yīng)用于其他頻帶，被應(yīng)用于將多個載波頻率用于波束選擇的其他系統(tǒng)，或者被應(yīng)用于支持其他聯(lián)網(wǎng)操作，例如，將無線設(shè)備從一個通信控制器切換至另一個通信控制器、支持由無線設(shè)備發(fā)現(xiàn)第二通信控制器以便于切換過程、建立無線設(shè)備與通信控制器之間的冗余鏈路等。

在各種實施方式中，無線設(shè)備被提供有對網(wǎng)絡(luò)的通信控制器的初始通信訪問。無線設(shè)備從通信控制器接收頻率復(fù)用定向波束的傳輸。根據(jù)無線設(shè)備的多個接收角范圍在多個天線處接收這些進入發(fā)送波束。在本公開內(nèi)容中，這樣的接收角范圍被稱為“組合器”、“接收組合器”或者“接收波束”，并且術(shù)語“進入(inbound)”和“下行鏈路”指的是從通信控制器至無線設(shè)備的信號傳輸方向。無線設(shè)備然后找到針對給定接收度量(例如，接收信號能量、均方差等)的進入波束與接收組合器的最佳執(zhí)行組合。對于每個接收組合器，無線設(shè)備執(zhí)行對從進入發(fā)送波束接收的數(shù)字流的頻率檢測并且將它們分離至各個頻率窗口。然后基于每個頻率窗口的接收度量的最佳值來選擇最佳發(fā)送接收波束對(預(yù)編碼器組合器配對)。然后可以發(fā)生一個或更多個另外的迭代，其中，由無線設(shè)備接收波束寬度較小的另外的進入發(fā)送波束。在一些(但并非所有)實施方式中，這些另外的進入發(fā)送波束的波束寬度較小。在無線設(shè)備接收這些另外的發(fā)送波束之后，相應(yīng)地對所選擇的波束配對進行精細化。然后無線設(shè)備將所選擇的波束配對的頻率窗口的索引反饋給通信控制器以使得該波束配對可以用于隨后的數(shù)據(jù)交換。

在各種實施方式中，使用具有不同發(fā)送角的頻率可識別波束的頻率復(fù)用初始訪問序列與時分復(fù)用(timedivisionmultiplexing，tdm)波束搜索相比較快且較不復(fù)雜，tdm波束搜索包括：通信控制器每次僅沿一個方向通過所有子載波進行發(fā)送。在這樣的tdm搜索中，無線設(shè)備必須當每個連續(xù)進入波束到達時將該無線設(shè)備的不同接收組合器與所述連續(xù)進入波束進行組合。使用例如16個發(fā)送波束的tdm初始訪問系統(tǒng)可能需要最多至16次的單獨發(fā)送來找到發(fā)送波束和接收波束的最佳執(zhí)行配對。

此外，在各種頻率復(fù)用初始訪問實施方式中，可以分層地搜索最佳執(zhí)行發(fā)送接收波束配對。在一種分層搜索實施方式中，無線設(shè)備的最佳接收組合器先從第一組發(fā)送波束中選擇并且還被劃分成較窄的接收角范圍，使得然后可以使用第二組發(fā)送波束來選擇最佳進入發(fā)送波束。在一些實施方式中，在粗略初始訪問序列期間選擇最佳進入發(fā)送波束，然后提供精細初始訪問序列。在精細初始訪問序列期間，連續(xù)地執(zhí)行對接收波束和/或發(fā)送波束的進一步分裂或精細化，并且連續(xù)地選擇這些分裂波束中的最佳分裂波束，直到滿足決策準則為止，例如，接收波束和/或發(fā)送波束的寬度與無線設(shè)備和/或通信控制器的分辨率匹配，達到足夠的信道等級等。在一些實施方式中，分層搜索需要不止一個頻率復(fù)用符號，所述頻率復(fù)用符號要由通信控制器發(fā)送以提供對網(wǎng)絡(luò)的初始訪問。

在各種實施方式中，粗略初始訪問序列包括窮舉頻率復(fù)用搜索，在該窮舉頻率復(fù)用搜索中，ms個頻率復(fù)用發(fā)送波束和ns個接收組合器的寬度均初始地被設(shè)置在相應(yīng)的期望分辨率處并且未被分層地適配。在一些實施方式中，相對于分層搜索，在相同的分辨率設(shè)置處，這樣的窮舉搜索方法會有很大的概率以較高的搜索復(fù)雜度找到最佳執(zhí)行發(fā)送接收波束配對(即，ms×ns個可能的波束對)。

在各種實施方式中，在初始訪問序列期間，通信控制器和/或無線設(shè)備使用數(shù)字預(yù)編碼技術(shù)和模擬波束成形技術(shù)的混合技術(shù)，即混合預(yù)編碼。在一些混合預(yù)編碼實施方式中，相對于純模擬波束成形(即，波束導(dǎo)向)而言提高了性能，這是因為純模擬波束成形技術(shù)匯聚成僅單個波束，不能實現(xiàn)多波束傳輸，并且所提供的波束圖受限于低分辨率信號相位控制和恒定幅度約束。

在使用混合預(yù)編碼的各種實施方式中，在所需要的昂貴硬件(主要是無線電頻率(radiofrequency，rf)鏈、模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換器)的量較少并且無需針對每個發(fā)送天線與每個接收天線之間的所有路徑獲得完整信道狀態(tài)信息(channelstateinformation，csi)的情況下，數(shù)字預(yù)編碼的性能至少部分地被保留。在使用混合預(yù)編碼的一些實施方式中，相對于數(shù)字預(yù)編碼而減少了以下需求：將csi從無線設(shè)備反饋給通信控制器和/或在預(yù)編碼之前準確地測量信號水平較低的毫米波信道的條件。然而，其他初始訪問實施方式可以使用僅數(shù)字預(yù)編碼，使得發(fā)送rf鏈或接收rf鏈的數(shù)目等于天線的數(shù)目，并且基于完整csi來開發(fā)發(fā)送預(yù)編碼或接收組合矩陣。例如，在一種純數(shù)字預(yù)編碼實施方式中，針對每個路徑具有4個csi比特的64個發(fā)送天線和16個接收天線，使用64個發(fā)送rf鏈和16個接收rf鏈，然后將4096個比特從無線設(shè)備反饋給通信控制器。

圖1示出了使用毫米波載波和/或微波載波來提供蜂窩覆蓋的實施方式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(heterogeneousnetwork，hetnet)100。hetnet100包括宏基站控制器104和幾個小基站控制器106。宏基站控制器104與小基站控制器106兩者是通信控制器類型(例如，基站、增強型節(jié)點b(enhancednodeb，enb)、訪問節(jié)點等)。通信控制器104和106中的每一個與一個或更多個無線設(shè)備(例如，移動站、用戶設(shè)備(userequipment，ue)、智能電話、蜂窩電話等)進行通信并且能夠提供一個或更多個初始訪問傳輸以使得這些無線設(shè)備能夠建立通信鏈路以交換例如用戶數(shù)據(jù)。這樣的初始訪問傳輸可以支持例如：確定用于頻率同步的載波頻率和頻率偏移；建立粗略定時同步以跟蹤發(fā)送符號的邊界；建立精細定時同步以跟蹤發(fā)送符號內(nèi)的數(shù)字樣本；確定來自以相同的載波頻率進行發(fā)送的多個通信控制器的信號質(zhì)量；確定包括用于控制發(fā)信的可用帶寬和天線端口的數(shù)目的關(guān)于通信控制器的預(yù)備操作信息等。在一種實施方式中，宏基站控制器104和小基站控制器106能夠經(jīng)由較高層信令來提供用于毫米波載波上的初始訪問的配置信息。該配置信息可以包括例如可用于初始訪問的時間實例(timeinstance)、用在發(fā)送器處的天線的數(shù)目、關(guān)于進入波形的信息、所使用的頻率的范圍、所使用的進入波束的數(shù)目等。

例如，通信控制器104和106可以使用發(fā)送分集(例如，空頻塊編碼(space-frequencyblockcoding，sfbc)來發(fā)送一個或更多個全向下行鏈路傳輸以提供對hetnet100中的無線設(shè)備的初始訪問。在該示例中，初始訪問傳輸包括幾個窄帶寬信號(例如，1.4mhz)，所述窄帶寬信號以載波頻率為中心，被設(shè)計用于時域處理，并且可以在小區(qū)的任意地點被接收，包括在相比例如物理下行鏈路控制信號、其他控制信號等的其他信號的覆蓋范圍而言較大的覆蓋范圍中。當通信控制器104和106均使用這樣的全向傳輸在微波帶中工作時，hetnet100提供微波覆蓋區(qū)域102。然而，當通信控制器104和106均使用這樣的示例全向傳輸在毫米波帶中工作時，hetnet100提供較小的毫米波覆蓋區(qū)域108，毫米波覆蓋區(qū)域108相對于微波覆蓋區(qū)域102而言具有較多的覆蓋盲區(qū)。

隨著載波頻率從微波帶增大至毫米波帶，相反地載波波長減小。由于天線尺寸與信號波長成比例，所以毫米波頻率的天線孔徑會明顯小于微波頻率的天線孔徑。較小的天線所捕獲的能量會較小，從而導(dǎo)致產(chǎn)生路徑損耗增大以及覆蓋距離減小。例如，載波頻率從2ghz微波頻率至20ghz毫米波頻率的增大因數(shù)10對應(yīng)于路徑損失的大約20db至30db的增大以及覆蓋距離的減小因數(shù)5。

然而，隨著波長的減小，在通信控制器104和106中的每一個處，當它們使用毫米波載波而不是微波載波工作時，天線陣元的尺寸以及各陣元之間的最小間隔也減小，這使得能夠?qū)⒏嗟奶炀€陣元封裝在給定區(qū)域內(nèi)。在一種實施方式中，該較大數(shù)目的天線可以被配置成使用高效多天線預(yù)編碼/波束成形策略來生成非常窄的傳輸波束圖。在本公開內(nèi)容中，術(shù)語“預(yù)編碼”或“組合”包括多天線或多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput，mimo)系統(tǒng)的波束成形技術(shù)和多流發(fā)送/接收技術(shù)兩者。這樣的預(yù)編碼技術(shù)的使用使得能夠擴展通信控制器104和106的工作范圍以允許更大的毫米波覆蓋區(qū)域110。

圖2示出了可以用在圖1的通信控制器104和/或通信控制器106中的實施方式毫米波收發(fā)器150。收發(fā)器150具有發(fā)送級151，發(fā)送級151包括ma個天線1621至162m_a、mrf個rf鏈1631至163m_rf、數(shù)字基帶預(yù)編碼器164以及模擬預(yù)編碼器165。該發(fā)送級151使用在本公開內(nèi)容中被稱為混合預(yù)編碼的模擬預(yù)編碼和數(shù)字預(yù)編碼兩者的混合來形成波束圖。本領(lǐng)域技術(shù)人員會熟悉用于選擇模擬預(yù)編碼器165的相移和數(shù)字基帶預(yù)編碼器164的預(yù)編碼權(quán)重的多種方法。

在一種實施方式的初始訪問序列中，在從收發(fā)器150的發(fā)送級151發(fā)送波束圖之后，接收器150的接收級153偵聽來自無線設(shè)備的指示i1。該指示表明波束圖的哪部分已被建議由收發(fā)器150用作較窄發(fā)送區(qū)域以用于進一步的波束精細化或用于隨后的與無線設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。

例如，收發(fā)器150可以用在通信控制器中以在時間n處發(fā)送x1個寬波束，其中，n指的是例如發(fā)送符號定時。這些寬波束中的每個寬波束指向b1＝360/x1度扇區(qū)。無線設(shè)備可以使用接收組合器來檢測這x1個寬波束中的哪個寬波束(通過索引l^best表示)生成最佳接收度量。在時間(n+2+l)處，通信控制器沿方向l·b1+k·b2發(fā)送波束寬度為b2＝b1/x2度的x2個窄波束，其中，寬波束索引l＝0,…,x1-1并且窄波束索引k＝0,…,x2-1。在時間(n+2+l)的表達式中的偏移“2”是在寬波束與窄波束的傳輸之間的延遲的一個示例。無線設(shè)備基于接收度量來確定窄波束中的最佳窄波束(通過索引k^best表示)。因為在該示例中由于時間與l·b1之間的已知關(guān)系而使得通過l^best表示的方向是無線設(shè)備已知的，所以無線設(shè)備將方向x2·l^best+k^best的指示反饋給通信控制器。在另一示例實施方式中，在時間n+2處發(fā)送所有的x1·x2個定向波束，并且無線設(shè)備檢查沿方向l^best·b1+k·b2(k＝0,…,x2-1)的波束以確定要反饋的指示。

圖3示出了由可以用作圖2的毫米波收發(fā)器150的實施方式收發(fā)器150a使用多天線預(yù)編碼所生成的波束圖的示例實施方式。收發(fā)器150a具有發(fā)送級151，發(fā)送級151包括天線ma＝16個天線1621至16216，mrf＝16個rf鏈1631至16316以及使用混合預(yù)編碼形成x1＝4個寬波束152至155的數(shù)字基帶預(yù)編碼器164和模擬預(yù)編碼器165。在一種實施方式中，在初始訪問序列的較早階段期間產(chǎn)生波束圖152至155，每個波束圖152至155均覆蓋π/2弧度(90度)的角發(fā)送區(qū)域。作為可以在初始訪問序列的隨后階段期間產(chǎn)生的波束的示例，沿波束圖152的方向，x2＝4個窄波束1601至1604每個均擴展π/8弧度并且x2＝4個窄波束1601至1604總體地覆蓋根據(jù)[0，π/2)弧度的第一角區(qū)域。雖然波束1601至1604被數(shù)學建模為非交疊波束，但是在實際實現(xiàn)中，上述波束1601至1604與在本公開內(nèi)容中提及的其他波束可以略微交疊而不影響本發(fā)明的目的。在從收發(fā)器150a的發(fā)送級151a發(fā)送所有的x1·x2＝16個窄波束(包括波束1601至1604)之后，收發(fā)器150的接收級153偵聽來自無線設(shè)備的指示i1。該指示i1可以是例如值1、2、3或4，其索引在無線設(shè)備處生成最佳度量的窄波束1601至1604中任一個窄波束的起始角度(i1-1)·π/8。在該示例中，由于使用收發(fā)器150a的通信控制器幾乎不具有關(guān)于無線設(shè)備的容量和/或特征的先驗知識(盡管隨后的消息交換能夠提供更多的知識)，所以接收級153不偵聽任何反饋，直到檢查了所有的x1·x2個波束為止。在例如其中通信控制器具有較多的關(guān)于無線設(shè)備的先驗知識的實施方式的其他實施方式中，也可以使用不同排序的反饋。

圖4示出了用于在初始訪問序列期間對要由圖2的發(fā)送級151應(yīng)用的混合預(yù)編碼進行配置的實施方式方法。模擬預(yù)編碼器165被建模為ma×mrf矩陣frf，其中，要由模擬預(yù)編碼器應(yīng)用的預(yù)編碼器相移要根據(jù)矩陣frf的元素來得到。數(shù)字基帶預(yù)編碼器164被建模為mrf×ms矩陣fbb，其中，ms是要從發(fā)送級151發(fā)送的流的數(shù)目并且ms≤mrf。在實施方式初始訪問序列期間，要從發(fā)送級151發(fā)送的流的數(shù)目ms等于rf鏈的數(shù)目mrf，mrf個發(fā)送波束中的每個發(fā)送波束的預(yù)編碼權(quán)重要根據(jù)相應(yīng)單波束預(yù)編碼向量fbb，k的元素得到，其中，k＝1，2，…，mrf并且fbb＝[fbb，1fbb，2…fbb，m_rf]。應(yīng)用數(shù)字預(yù)編碼和模擬預(yù)編碼以形成每個發(fā)送波束可以被數(shù)字建模為乘以混合預(yù)編碼級聯(lián)frffbb，k。

在步驟182處，對于表示從第一發(fā)送角θ1,k擴展到第二發(fā)送角θ2,k的波束的每個第k向量fbb，k，發(fā)送級151的完全角范圍[0，2π)被采樣成2^q個樣本，其中，q是相位量化比特的數(shù)目，并且如通過以下等式1描述的，樣本集合ik被選擇成處于范圍[θ1,k,θ2,k)中。

在步驟184處，為了生成與矩陣frf結(jié)合而實現(xiàn)在主瓣中的相等增益c的波束圖(其包括集合ik中的量化角以及零值旁瓣)的第k預(yù)編碼向量fbb，k，針對使用純數(shù)字預(yù)編碼的假設(shè)發(fā)送器來選擇期望無約束數(shù)字預(yù)編碼向量fk。在這樣的純數(shù)字預(yù)編碼發(fā)送器中，向量fk將生成根據(jù)[θ1,k,θ2,k]而擴展的波束圖。期望數(shù)字預(yù)編碼向量fk滿足以下等式2，其中，a(θ)是包含沿方向θ的發(fā)送陣列的陣列響應(yīng)向量的方向向量，并且運算子“*”表示共軛轉(zhuǎn)置運算。

如果g是包含在與在集合ik中的量化角對應(yīng)的位置中包含“1”并且在其他情況下包含“0”的1×2^q向量，則等式2可以被重寫為下面等式3，其中，a是包含沿2^q量化方向的方向的發(fā)送陣列響應(yīng)的ma×2^q方向矩陣：

等式3描述了被求解以找到向量fk的欠定問題。本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉求解欠定矩陣等式例如等式3的欠定矩陣等式的多個方法。例如，等式3可以使用偽逆運算來求解。

在步驟186處，對于第k發(fā)送波束，使用在步驟184處找到的向量fk來找到對要由發(fā)送級151應(yīng)用的混合預(yù)編碼進行建模的模擬預(yù)編碼矩陣frf和數(shù)字預(yù)編碼矩陣fbb，k。向量fbb，k和frf被選擇成使fk與混合級聯(lián)frffbb，k之間的距離最小化。這樣的距離最小化可以根據(jù)下面的等式4來執(zhí)行，其中，|·|f是向量/矩陣的frobenius范數(shù)，其中，混合級聯(lián)frffbb，k的功率增益被約束成等于1，并且其中，由于對要用在模擬預(yù)編碼中的移相器的硬件約束，從包含在矩陣acan中的候選模擬預(yù)編碼向量的有限集合中選擇frf的列。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟悉用于求解最小化問題例如等式4的最小化問題的多個方法。例如，等式4可以被重新公式化為稀疏逼近問題并且使用匹配追蹤算法來求解。

在步驟188處，由發(fā)送級151應(yīng)用數(shù)字預(yù)編碼和模擬預(yù)編碼來形成第k發(fā)送波束，第k發(fā)送波束可以在離散時間上被數(shù)學地表示為一組符號向量b乘以混合預(yù)編碼級聯(lián)frffbb，k，從而產(chǎn)生表示要從天線152發(fā)送的連續(xù)時間波束的一組離散時間向量x＝frffbb.kb。方法在步驟190處結(jié)束。

圖5示出了執(zhí)行mimo預(yù)編碼以通過毫米波信道205進行通信的包括通信控制器201和無線設(shè)備203的實施方式毫米波通信系統(tǒng)200。通信控制器包括多個天線陣元的天線陣列210，天線陣列210具有陣列響應(yīng)向量a1，并且無線設(shè)備203包括具有陣列響應(yīng)向量a2的天線陣列260。在實施方式中，天線陣列210和260是均勻線性陣列(uniformlineararray，ula)，使得a1和a2取決于天線陣元之間的間隔、天線陣元的數(shù)目、發(fā)送波束或接收波束的發(fā)射角(angleofdeparture，aod)或到達角(angleofarrival，aoa)等。在一些ula實施方式中，進入天線陣列210與260的陣元的信號為同相的，并且每個發(fā)送波束或接收波束因此具有180°的反射。在其他ula實施方式中，可以使用信號之間的不同相移值，并且鏡像波束之間的角度可以不同于180°。例如，一對鏡像波束可以完全交疊，以有效地產(chǎn)生單個波束。在其他實施方式中，使用非ula天線陣列配置。

毫米波信道205相對于微波頻率信道而減少了色散。而且，在毫米波信道205的一些信道條件下，可以僅當通信控制器201與無線設(shè)備203之間存在視線(line-of-sight，los)傳播時才進行通信。在實施方式中，毫米波信道205的減少色散特性使得能夠?qū)崿F(xiàn)窄發(fā)送波束(例如，小于10度)，其有助于增大通信范圍以及減少通信系統(tǒng)200的干擾。在實施方式中，毫米波信道205的該減少色散特性還使得能夠?qū)⒑撩撞ㄐ诺?05在幾何上建模成具有通過其aoa和aod表征的較少(例如，3至4個)路徑。例如，毫米波信道205可以根據(jù)下面的等式5來建模，其中，ρ是大尺度路徑損失，l是路徑的數(shù)目，αl是針對l＝1,…,l的小尺度路徑增益，θl是第laod，并且φl是第laoa。

在實施方式中，使用初始訪問傳輸來建立通信控制器201與無線設(shè)備203之間的通信鏈路。在初始訪問傳輸之前，不建立通信鏈路，通信控制器201不知道無線設(shè)備203位于何處，并且無線設(shè)備203不知道通信控制器201位于何處。此外，即使位置是已知的，從通信控制器201到無線設(shè)備203的最佳質(zhì)量波束也可能不是從通信控制器201直接到無線設(shè)備203(即，los方向)的波束。諸如墻和建筑物的障礙物的存在可以造成顯著的路徑損失，從而阻止無線設(shè)備203接收los傳輸。最佳質(zhì)量信號(例如，最高接收能量、最低均方差等)可以為非los(nlos)傳輸，其中，來自通信控制器201的信號間接地(在一次或更多次彈跳之后)在無線設(shè)備203處被接收。初始訪問過程使得通信控制器201和無線設(shè)備203能夠找到彼此并且建立足夠高的質(zhì)量的鏈路以交換例如用戶數(shù)據(jù)。

再參照圖5，由于通過毫米波信道205的毫米波傳輸?shù)膸缀涡再|(zhì)，如果以不同的毫米波中心頻率或利用不同的毫米波頻率帶寬從通信控制器201發(fā)送兩個波束，但通信控制器201的所有其他發(fā)送設(shè)置被保持相同(例如，相同預(yù)編碼設(shè)置、相同天線配置等)，則預(yù)期來自通信控制器201的這兩個不同頻率的波束的aod會高度相關(guān)。還預(yù)期上述兩個不同頻率的波束的aoa在無線設(shè)備203的類似接收設(shè)置下會高度相關(guān)。在這樣的設(shè)置下，例如30.01ghz的信號將具有與30.1ghz的信號非常相似的aod/aoa特性。

在一些實施方式中，使用在毫米波信道205中的aoa/aod對頻率的相對獨立性，使得在其中針對窄帶寬(例如，10mhz)來確定通信控制器201和無線設(shè)備203的預(yù)編碼權(quán)重/相移的初始訪問序列之后，上述預(yù)編碼權(quán)重/相移隨后可以用在已建立的通信鏈路中以通過較寬(例如，100mhz)的帶寬來交換數(shù)據(jù)。在一些實施方式中，在初始訪問步驟與通信鏈路的建立之間，無線設(shè)備203向通信控制器201提供反饋以指示通信控制器201應(yīng)當使用哪個預(yù)編碼權(quán)重/相移。另外，可以在建立通信鏈路之前在通信控制器201與無線設(shè)備203之間交換其他的一些控制信道信息，例如，無線設(shè)備203的接收組合的分辨率、在無線設(shè)備203處測量的信噪比(signal-to-noiseratio，snr)等。

在一些實施方式中，通信控制器201和無線設(shè)備203可以在僅一些符號的下行鏈路傳輸之后建立通信鏈路，所述符號可以例如是正交頻分復(fù)用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)符號。在一些實施方式中，通信控制器201提供最遠達數(shù)百米的覆蓋并且不需要任何預(yù)編碼反饋，直到初始訪問序列結(jié)束為止。在一些實施方式中，通信控制器201在初始訪問序列期間向無線設(shè)備203提供多流傳輸。

圖6示出了由通信控制器201發(fā)送的用于提供對無線設(shè)備203的初始訪問的實施方式發(fā)送波束2161至216m_s。通信控制器201周期性地發(fā)起初始訪問序列以使得潛在的新的無線設(shè)備能夠加入網(wǎng)絡(luò)。該初始訪問序列可以由通信控制器201在初始訪問時間處啟動，所述初始訪問時間例如以規(guī)則的預(yù)定時間間隔出現(xiàn)。通信控制器201包括發(fā)送器202，發(fā)送器202在初始訪問序列期間通過從天線陣列210發(fā)射的ms個同步毫米波發(fā)送波束來發(fā)送ms個數(shù)字輸入流s1至sm_s。天線陣列210被實現(xiàn)為ma個不同的天線2101至210m_a，其中，ms≤ma。在初始訪問序列期間，發(fā)送器202以不同的毫米波中心頻率以及不同的aod來發(fā)送波束2161至216m_s，所述aod在從天線2101至210m_a的傳輸之前被均勻地偏移。在一個示例中，每個發(fā)送波束2161至216m_s具有包括方向、波束寬度、帶寬以及相對于毫米波載波頻率的頻率偏移的屬性。發(fā)送波束還可以與預(yù)編碼器相關(guān)聯(lián)?？梢允褂弥甘緄1來標識該預(yù)編碼器。為了使覆蓋最大化，通信控制器201同步地廣播這些頻率復(fù)用波束2161至216m_s，這些頻率復(fù)用波束2161至216m_s總體地覆蓋通信控制器201的整個發(fā)送角范圍。在一些實施方式中，這些波束2161至216m_s中的每個波束所覆蓋的角區(qū)域為0到π/6弧度。例如，可以存在16個波束，每個波束覆蓋11度的角范圍。上述每個接收波束可以在寬頻率范圍中操作并且能夠接收每個發(fā)送頻率復(fù)用波束。換言之，組合波束是寬帶的，并且它們僅在方向上不同。

無線設(shè)備203包括接收器204，接收器204根據(jù)nc個接收組合配置在na個天線2601至260n_a中的每個天線處從毫米波mimo信道205接收這些進入波束2161至216m_s中的每個進入波束作為相應(yīng)組合進入信號。無線設(shè)備203的nc個接收組合配置是不同接收角范圍，所述不同接收角范圍是分別用于生成進入波束2161至216m_s中的每個進入波束的最佳接收度量的最佳接收角度處的推測值。在本公開內(nèi)容中，這樣的接收角范圍被稱為接收波束，并且接收器204的接收波束2171至217n_c可以被建模為單獨的接收組合向量w1至wn_c。nc個接收組合器還總體地覆蓋無線設(shè)備203的整個接收角范圍。

無線設(shè)備203選擇作為關(guān)于給定接收度量的最佳執(zhí)行的進入波束和接收波束的組合。每個接收波束2171至217n_c通過在其上發(fā)送進入波束2161至216m_s的所有子載波來饋送。對于每個接收波束2171至217n_c，無線設(shè)備203經(jīng)由離散傅里葉變換(discretefouriertransform，dft)(例如，快速傅里葉變換(fastfouriertransform，fft))在頻率上檢測進入數(shù)字流s1至sm_s中的每個數(shù)字流的接收版本，并且將所述接收版本分離成各個頻率窗口?？梢岳缤ㄟ^在dft之后檢查每個頻率窗口中累積的能量來找到最佳發(fā)送接收波束對。也可以使用除信號能量之外的接收度量作為決策準則。接收器204使用的接收度量可以包括例如接收信號能量、參考信號接收功率(referencesignalreceivedpower，rsrp)、接收信號強度指示(receivedsignalstrengthenindicator，rssi)、參考信號接收質(zhì)量(referencesignalreceivedquality，rsrq)、均方差、分組錯誤率、比特錯誤率、接收信號碼功率(referencesignalcodepower，rscp)、信道質(zhì)量指示(channelqualityindicator，cqi)等。最佳執(zhí)行波束配對的進入波束具有與頻率窗口相關(guān)聯(lián)的索引，并且無線設(shè)備203將該索引反饋給通信控制器201。

圖7示出了如在初始訪問序列期間所配置的圖6的發(fā)送器202的混合預(yù)編碼實施方式。發(fā)送器202包括發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220，發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220通過使用例如毫米波mimo信道205的相關(guān)/協(xié)方差矩陣的奇異值分解(singularvaluedecomposition，svd)或特征值分解來支持信道容量。發(fā)送器202還包括數(shù)目mrf個rf發(fā)送鏈2061至206m_rf，所述數(shù)目mrf個rf發(fā)送鏈2061至206m_rf將發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220的mrf個數(shù)字基帶輸出轉(zhuǎn)換成在經(jīng)上轉(zhuǎn)換的毫米波頻率處的mrf個模擬信號。

發(fā)送rf鏈2061至206m_rf中的每個發(fā)送rf鏈還通過執(zhí)行混合預(yù)編碼的模擬部分的多個發(fā)送移相器208的集合來連接至ma個發(fā)送天線2101至210m_a。這些發(fā)送移相器208使用量化相移例如具有2π/2^q弧度的分辨率的相移來執(zhí)行相移操作。每個發(fā)送移相器208有效地使其模擬毫米波輸入乘以恒定幅度相位乘數(shù)exp(j2πk/2^q)，其中，k＝0,…,2^q-1是相位控制值并且j是-1的平方根。在一些實施方式中，發(fā)送器202的混合預(yù)編碼使得能夠相對于純模擬預(yù)編碼而提高性能，這是因為純模擬預(yù)編碼匯聚成僅單個波束，不能實現(xiàn)多波束傳輸，并且提供受限于低分辨率信號相位控制(即，小數(shù)目q的相位量化比特)和相位乘法器的恒定幅度約束的波束圖。

再參照圖7，發(fā)送器202包括發(fā)送器預(yù)編碼控制器280，發(fā)送器預(yù)編碼控制器280控制發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220的預(yù)編碼權(quán)重、發(fā)送移相器208的相移以及天線2101至210m_a的發(fā)送陣列配置，所述發(fā)送陣列配置包括在任何傳輸期間使用多少個發(fā)送天線。所使用的發(fā)送天線的數(shù)目與波束的寬度直接相關(guān)，即在模擬波束成形部中使用的天線越多，則波束越窄。發(fā)送器202被配置成通過ndft個不同頻率復(fù)用子載波來發(fā)送在頻率和方向上各不相同的ms個同步發(fā)送波束2161至216m_s。在圖7的初始訪問序列中，發(fā)送器202的輸入流和發(fā)送波束的數(shù)目ms等于rf鏈的數(shù)目mrf。在其他實施方式中，不使用rf鏈2061至206m_rf中的一些rf鏈，所以發(fā)送器202的輸入流和發(fā)送波束的數(shù)目ms小于rf鏈的數(shù)目mrf。輸入流s1至sm_s被提供給頻率復(fù)用級211以分別準備在波束2161至216m_s中傳輸輸入流s1至sm_s。在實施方式中，頻率復(fù)用級211、發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220以及發(fā)送預(yù)編碼控制器280被實現(xiàn)在一個或更多個集成電路(integratedcircuit，ic)，所述一個或更多個ic可以例如為數(shù)字基帶ic。在一些實施方式中，發(fā)送預(yù)編碼控制器280被實現(xiàn)為例如軟件可再編程微控制器、現(xiàn)場可編程門陣列(fieldprogrammablegatearray，fpga)、專用集成電路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)等。

再參照圖7，頻率復(fù)用級211包括mrf個逆dft(inversedft，idft)級212，每個idft級212執(zhí)行ndft個點的idft(例如，4096點idft)以將ndft個并行輸入變換成ndft個并行輸出，其中，數(shù)據(jù)流s1至sm_s中的每個數(shù)據(jù)流僅占用相應(yīng)idft級212的ndft個并行輸入的子集。因此僅通過ndft個可用子載波的相應(yīng)子集從天線2101至210m_a發(fā)送波束2161至216m_s中的每個波束，并且這些子集對于波束2161至216m_s一般是不相交的。在圖7的實施方式中，可以在idft級212中使用任何數(shù)目ndft的點，只要在針對波束2161至216m_s中的每個波束的子集中的波束子載波的數(shù)目足夠大以便于由圖6的接收器204準確地生成接收度量即可。在一些實施方式中，針對波束2161至216m_s中的每個波束的子集子載波的數(shù)目還足夠大以便于接收器204的其他類型的信號處理(例如，信號關(guān)聯(lián))。在其他實施方式中，idft輸入/輸出點的數(shù)目在不同idft級212之間不同。

再參照圖7，每個idft級212的相應(yīng)ndft點并行輸出集合被提供給串行器218，串行器218包括在頻率復(fù)用級211中。串行器218執(zhí)行對這些idft輸出集合的并行至串行轉(zhuǎn)換以形成mrf×1符號向量b，每次向發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220提供一個所述mrf×1符號向量b。由發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220執(zhí)行的針對波束2161至216m_s中的每個波束k的數(shù)字預(yù)編碼可以被數(shù)學表示為符號向量b中的每個符號向量乘以數(shù)字預(yù)編碼矩陣fbb,k。在由rf發(fā)送鏈2061至206m_rf將發(fā)送數(shù)字預(yù)編碼器220的mrf＝ms個數(shù)字基帶輸出轉(zhuǎn)換成模擬毫米波rf信號之后，發(fā)送移相器208然后應(yīng)用模擬rf預(yù)編碼以獲得從天線2101至210m_a反射的最終發(fā)送波束2161至216m_s。

圖8示出了如在初始訪問序列期間所配置的圖6的接收器204的實施方式。接收器204包括na個接收天線2601至260n_a以及nrf個rf接收鏈2561至256n_rf。接收器204根據(jù)接收器204的nc個同步接收組合器2171至217n_c中的每個同步接收組合器來接收包含ms個頻率復(fù)用進入波束2161至216m_s中的每個頻率復(fù)用進入波束的組合進入信號。由接收器204使用與圖7的發(fā)送器202應(yīng)用的混合預(yù)編碼類似的混合接收組合來形成接收組合器2171至217n_c，接收組合器2171至217n_c中的每個接收組合器可以被建模為分離的接收組合向量w1至wn_c。在圖8的初始訪問實施方式中，接收波束2171至217n_c的數(shù)目nc等于接收rf鏈的數(shù)目nrf。在其他實施方式中，不使用rf鏈2561至256n_rf中的一些rf鏈，因此接收組合器的數(shù)目nc小于接收rf鏈的數(shù)目nrf。

再參照圖8，接收天線2601至260n_a中的每個接收天線接收頻率復(fù)用進入波束2161至216m_s中每個頻率復(fù)用進入波束作為相應(yīng)的組合進入信號，該組合進入信號然后經(jīng)由rf分路器276被提供給多個接收移相器258的相應(yīng)集合。然后，接收移相器258對組合進入信號應(yīng)用模擬組合。rf接收鏈2561至256n_rf將模擬移相器輸出轉(zhuǎn)換成nrf個下轉(zhuǎn)換數(shù)字基帶信號，然后由接收信號組合器270應(yīng)用數(shù)字組合。數(shù)字組合可以包括例如在接收rf鏈2561至256n_rf之后執(zhí)行對毫米波mimo信道205的svd。包括在接收器204中的接收組合控制器282控制接收數(shù)字組合器270的組合權(quán)重、接收移相器258的相移以及天線2601至260n_a的接收陣列配置，所述接收陣列配置包括將使用多少個天線來接收進入傳輸。

接收器204還包括nrf個并行化dft級2621至262n_rf，每個dft級對ndft個串行輸入點執(zhí)行dft以將ndft個并行輸出點的相應(yīng)集合提供給初始訪問控制器272。nrf個dft級2621至262n_rf的每個dft級n的相應(yīng)并行輸出集合包含數(shù)字流至數(shù)字流至是進入流s1至sm_s的整個集合的每個級n處的恢復(fù)版本。這nrf個dft輸出集合被提供給接收組合控制器282的初始訪問控制器272，初始訪問控制器272將這些dft輸出集合組合以生成以下接收度量中的一個或更多個接收度量：(1)用于選擇nc個接收組合器之一的nc個接收度量；(2)用于選擇進入波束2161至216m_s之一的發(fā)送角范圍的各個信號s1至sm_s的ms個接收度量；和/或(3)用于選擇ns個接收波束之一與進入波束2161至216m_s之一的組合的ns×ms個接收度量。在圖8的實施方式中，初始訪問控制器272將前述接收度量中的一個或更多個接收度量存儲在控制器282的存儲器電路274中。在實施方式中，dft級2621至262n_rf，接收數(shù)字組合器270和控制器282實現(xiàn)在一個或更多個ic中，所述ic可以例如為數(shù)字基帶ic。在一些實施方式中，控制器282被實現(xiàn)為例如軟件可再編程微控制器、fpga、asic等。

圖9示出了用于在粗略初始訪問序列期間使用圖5的通信控制器201和無線設(shè)備203來執(zhí)行窮舉頻率復(fù)用搜索的實施方式方法。在步驟302處，通信控制器201發(fā)送例如是小區(qū)特定的窄帶ofdm符號的第k符號，其中，1≤k≤kcoarse。該第k符號是要由通信控制器201發(fā)送以用于粗初始訪問的kcoarse個符號之一，其中，kcoarse個符號的數(shù)目與接收無線設(shè)備203的容量有關(guān)，并且特別地與可用于同時支持在無線設(shè)備203處的不同接收波束的可用rf鏈的數(shù)目有關(guān)。這kcoarse個符號中的各個符號的傳輸之間的時間量可以相同，可以從一個符號間間隔到下一符號間間隔而變化，或者可以為零。對于每個第k符號，通信控制器201通過ms,coarse個相對寬的波束來發(fā)送來自相對小的數(shù)目的天線的已知波形(例如，導(dǎo)頻信號)，所述ms,coarse個相對寬的波束每個均可以通過相應(yīng)發(fā)送預(yù)編碼向量fj來表示，其中，j＝1,…,ms,coarse。每個發(fā)送預(yù)編碼向量指向某個方向并且所有的發(fā)送預(yù)編碼向量總體覆蓋通信控制器201的整個發(fā)送角范圍。在示例實施方式中，第k符號的每個發(fā)送波束占用載波的基本上不同的非交疊頻率資源，但是用于發(fā)送波束的頻率范圍不隨符號而改變，并且kcoarse個符號均使用ms,coarse個發(fā)送波束的相同集合來發(fā)送。在使用單個載波頻分多址接入(carrier-frequencydivisionmultipleaccess，sc-fdma)的示例實施方式中，使用單個載波調(diào)制格式(例如，qpsk調(diào)制、16qam、64qam等)來數(shù)字地調(diào)制第k符號的所有發(fā)送波束的數(shù)據(jù)流，對經(jīng)數(shù)字調(diào)制的信號執(zhí)行dft，將dft輸出點映射到針對每個不同發(fā)送波束的子載波的不同集合上，對整個ofdm符號執(zhí)行idft以生成數(shù)字基帶信號，并且數(shù)字基帶信號經(jīng)歷數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換以及上轉(zhuǎn)換以生成用于傳輸?shù)膯蝹€載波信號。

再參照圖9，在步驟304處，無線設(shè)備203根據(jù)kcoarse個接收波束、使用na,1個接收天線來接收第k進入符號的ms,coarse個頻率復(fù)用波束。用于接收所有的kcoarse個符號的接收波束被建模為組合權(quán)重向量gi，其中，i＝1,…,kcoarse²,每個單獨的接收波束覆蓋無線設(shè)備203的整個接收角范圍的1/kcoarse²部分，并且kcoarse個接收波束的不同集合用于由每個第k進入符號覆蓋整個接收角范圍的不同且非交疊的1/kcoarse²部分。例如，當無線設(shè)備的整個接收角范圍為360度，則無線設(shè)備根據(jù)被建模為組合向量gk至gk+k_coarse的接收波束來接收第k符號，組合向量gk至gk+k_coarse總體地覆蓋根據(jù)[360(k-1)/kcoarse,360k/kcoarse)度的接收角范圍。

在步驟306處，如果通信控制器201已經(jīng)發(fā)送的符號的數(shù)目小于kcoarse，則流程在步驟302處針對下一符號(即，k被遞增)繼續(xù)。否則，流程在步驟308處繼續(xù)。在步驟308處，在接收kcoarse個符號之后，無線設(shè)備203選擇用在步驟302至306中的發(fā)送接收波束配對。通過發(fā)送預(yù)編碼/接收組合向量對(f’,g’)建模的該波束配對生成相對于其他波束對的更佳的接收度量。該波束配對選擇通過ms,coarse個發(fā)送預(yù)編碼向量和kcoarse²個接收組合向量來執(zhí)行。因而，需要測試的總的組合數(shù)目是ms,coarsekcoarse²。在步驟310處，無線設(shè)備203然后向通信控制器201反饋所選擇的波束配對的發(fā)送波束的索引，該發(fā)送波束通過發(fā)送預(yù)編碼向量f’來建模。該索引需要ceil(log2(ms,coarse))比特。方法在步驟312處結(jié)束。

圖10示出了用于在粗略初始訪問序列期間使用圖5的通信控制器201和無線設(shè)備203來執(zhí)行頻率復(fù)用分層波束搜索的實施方式方法。通信控制器201不知道無線設(shè)備203針對粗初始訪問是執(zhí)行窮舉搜索還是執(zhí)行分層搜索。因此，如在圖9的實施方式中，通信控制器201通過被建模為發(fā)送預(yù)編碼向量f1至fm_s,coarse的ms,coarse個不同發(fā)送波束來順序地發(fā)送符號，每個所述發(fā)送波束占用不同的非交疊頻率資源并且總體地覆蓋通信控制器201的整個發(fā)送角范圍。在其他實施方式中，通信控制器201基于無線設(shè)備203的搜索方法來改變其發(fā)送配置。在步驟322處，通信控制器201在時間k處發(fā)送第一符號。在一種示例實施方式中，在每個時間k+i，i＝2,3,4,5處，通信控制器201使用窄波束寬度的4個預(yù)編碼器的第i集合來發(fā)送相應(yīng)的另外的符號，其中，第i預(yù)編碼器的發(fā)送方向被設(shè)置在范圍[360(i-1)/16,360i/16)中。

再參照圖10，在步驟324處，無線設(shè)備203使用na,1個接收天線來接收包含ms,coarse個進入波束中的每個進入波束的相應(yīng)組合信號并且在kcoarse個接收波束中應(yīng)用接收組合。接收波束被建模為接收組合向量wi，其中，i＝1,…,kcoarse，這kcoarse個接收波束中的每個接收波束覆蓋整個接收角范圍的1/kcoarse部分。在步驟326處，然后無線設(shè)備203選擇被建模為w’的最佳接收波束，所述最佳接收波束針對測量與組合進入信號配對的每個接收波束的組合接收度量來最佳地執(zhí)行。該組合接收度量可以例如是針對與每個進入波束配對的接收波束的接收度量的總和、針對每個這樣的波束配對的平均等。在無線設(shè)備203處對另外的進入符號進行處理之前，通過kcoarse個波束配對來執(zhí)行該波束配對選擇。而且在步驟326處，無線設(shè)備203改變其接收陣列的配置以使用更多的天線陣元。在步驟328處，通信控制器201發(fā)送與在步驟322處發(fā)送的符號相同的另外的符號。在其他實施方式中，發(fā)送符號可以在波形上不同。

再參照圖10，在步驟330處，無線設(shè)備203使用na,coarse(na,coarse≥na,1)個接收天線來接收新接收的符號，并且在kcoarse個接收波束的第二集合中應(yīng)用接收組合，kcoarse個接收波束被建模為接收組合向量gi，其中i＝1,…,kcoarse。這些新的kcoarse個接收波束中的每個接收波束覆蓋通過w’覆蓋的角范圍的1/kcoarse部分。因而，這些接收波束中的每個接收波束覆蓋無線設(shè)備203的整個接收角范圍的1/kcoarse²。

在步驟332處，無線設(shè)備203選擇被建模為向量配對(f’,g’)的發(fā)送接收波束配對，所述發(fā)送接收波束配對針對接收度量而最佳地執(zhí)行。該波束配對選擇通過ms,coarse個進入發(fā)送波束和kcoarse個接收波束來執(zhí)行。因而，需要測試的總的組合數(shù)目為ms,coarse×kcoarse。在實施方式中，在執(zhí)行步驟326或步驟332時由通信控制器201發(fā)送并且到達無線設(shè)備203的任何符號將被忽略。

再參照圖10，在步驟334處，無線設(shè)備203向通信控制器201反饋被建模為f’的進入發(fā)送波束的索引。該索引需要ceil(log2(ms,coarse))比特。方法在步驟336處結(jié)束。

圖11示出了用于在圖9或圖10的粗略初始訪問序列之后的精細初始訪問序列期間執(zhí)行窮舉頻率復(fù)用搜索的實施方式方法。為了在圖11的精細初始訪問序列中實現(xiàn)例如較窄的波束，實現(xiàn)無線設(shè)備特定預(yù)編碼和組合或者啟用較高等級的(信道的)，在通信控制器201和無線設(shè)備203處使用與在粗略初始訪問序列期間相比的更多的天線。

在步驟342處，通信控制器201發(fā)送包含已知波形的第k符號，其中，1≤k≤kfine。通信控制器201通過ms,fine個發(fā)送波束來發(fā)送來自ma,fine個天線陣元的這些已知波形，上述ms,fine個發(fā)送波束被建模為發(fā)送預(yù)編碼向量pj，其中，j＝1,…,ms,fine。ma,fine是在精細初始訪問階段期間由通信控制器201使用的天線的數(shù)目，并且ma,fine>ma,coarse。發(fā)送波束中的每個發(fā)送波束占用不同的非交疊頻率資源并且覆蓋不同的發(fā)送角范圍，并且發(fā)送波束總體地覆蓋在粗略初始訪問序列期間所選擇的向量f’的發(fā)送角范圍。

在步驟344處，無線設(shè)備203使用數(shù)目na,fine個接收天線來接收第k符號的進入發(fā)送波束并且在kfine個接收波束中應(yīng)用接收組合，上述kfine個接收波束被建模為接收組合向量vi,其中，i＝1,…,kfine。該kfine個接收組合向量的集合對于每個符號是唯一的并且總體地覆蓋在粗略初始訪問階段期間所選擇的通過g’覆蓋的接收角范圍的不同的非交疊的1/kfine部分。因而，每個接收組合向量覆蓋無線設(shè)備203的整個接收角范圍的1/(kcoarse²kfine²)部分。

在步驟346處，如果通信控制器201已經(jīng)發(fā)送的符號的數(shù)目小于kfine，則流程返回到針對下一符號(即，k被遞增)的步驟342。否則，流程在步驟348處繼續(xù)。在步驟348處，在接收kfine個符號之后，無線設(shè)備203選擇使接收度量最大化的發(fā)送預(yù)編碼接收組合配對，所述發(fā)送預(yù)編碼接收組合對被建模為發(fā)送預(yù)編碼向量接收組合向量配對(p’,v’)。該最大化通過ms,fine個發(fā)送波束和kfine²個接收波束來執(zhí)行。因而，需要測試的總的波束配對數(shù)目為mf,finekfine²。在步驟350處，無線設(shè)備203將被建模為向量p’的發(fā)送波束的索引反饋給基站，該索引需要ceil(log2(ms,fine))比特。

圖12示出了用于在圖9或圖10的粗略初始訪問序列之后的精細初始訪問序列期間執(zhí)行頻率復(fù)用分層接收波束搜索的實施方式方法。在圖12的實施方式中，通信控制器201不知道無線設(shè)備203針對精細初始訪問是執(zhí)行窮舉還是執(zhí)行分層搜索。因此，如在圖11的實施方式中，通信控制器201通過被建模為發(fā)送預(yù)編碼向量p1至pm_s,fine的ms,fine個不同發(fā)送波束來順序地發(fā)送符號，每個發(fā)送波束占用不同的非交疊頻率資源并且發(fā)送波束總體地覆蓋f’的發(fā)送角范圍。在步驟362處，通信控制器201發(fā)送第一符號。

在步驟364處，無線設(shè)備203使用na,2個接收天線來接收第一符號的ms,fine個進入波束并且在kfine個接收波束中應(yīng)用接收組合。接收波束被建模為接收組合向量ui，其中，i＝1,…,kfine，并且這kfine個接收波束中的每個接收波束覆蓋w’的接收角范圍的1/kfine部分。在步驟366處，無線設(shè)備203然后選擇被建模為ui的最佳接收波束，所述最佳接收波束針對與所有進入波束成對的每個接收波束的組合接收度量來最佳地執(zhí)行。在無線設(shè)備203處對另外的進入符號進行處理之前，通過kfine個波束對來執(zhí)行該最大化。而且在步驟366處，無線設(shè)備203改變其接收陣列的配置以使用天線陣元。

在步驟368處，通信控制器201發(fā)送另外的符號。在步驟370處，無線設(shè)備203使用na,fine(na,fine≥na,2)個接收天線來接收最新符號的進入波束并且根據(jù)kfine個接收波束的第二集合來應(yīng)用接收組合，上述kfine個接收波束被建模為接收組合向量vi，其中，i＝1,…,kfine。這些新的kfine個接收波束中的每個接收波束覆蓋u’所覆蓋的角范圍的1/kfine部分。因而，這些接收波束中的每個接收波束覆蓋無線設(shè)備203的整個接收角范圍的1/kfine²kcoarse²。

在步驟372處，無線設(shè)備203選擇被建模為向量配對(p’,v’)的發(fā)送接收波束配對，所述發(fā)送接收波束配對針對給定接收度量而最佳地執(zhí)行。該最大化通過ms,fine個進入發(fā)送波束和kfine個接收波束來執(zhí)行。因而，需要測試的總的組合數(shù)目為ms,fine×kfine。在實施方式中，在執(zhí)行步驟366或步驟372時由通信控制器201發(fā)送并且到達無線設(shè)備203的任何符號將被忽略。

再參照圖12，在步驟374處，無線設(shè)備203向通信控制器201反饋被建模為p’的進入發(fā)送波束的索引。該索引需要ceil(log2(ms,fine))比特。方法在步驟376處結(jié)束。

圖13a示出了用于在粗略初始訪問序列期間使用圖8的接收器204以及圖9的方法的實施方式來執(zhí)行窮舉頻率復(fù)用搜索的信號。信號流圖示出了發(fā)送器202、接收器204、初始訪問控制器272以及由初始訪問控制器272訪問的初始訪問控制器存儲器274之間的交互。在圖13a的實施方式中，其中，ms,coarse＝16個不同的發(fā)送波束和接收器能夠支持kcoarse＝4個不同的接收波束，發(fā)送器202每次一個地發(fā)送四個16子載波ofdm符號401,404,407和410。這些符號中的每個符號通過16個發(fā)送波束的集合來發(fā)送，每個發(fā)送波束占用不同的子載波頻帶并且發(fā)送波束總體地覆蓋從0度至360度的發(fā)送角范圍。這16個發(fā)送波束被建模為發(fā)送預(yù)編碼向量f1至f16。

接收器204根據(jù)被建模為接收組合向量g1至g4的接收波束來接收符號401的16個頻率復(fù)用波束，其中，每個單獨的接收波束覆蓋整個接收角范圍的1/16，并且接收波束總體地覆蓋接收角范圍[0°,90°)，即整個360度接收角范圍的四分之一。接收器204然后根據(jù)接收組合向量g5至g8來接收符號404中的相同的16個頻率復(fù)用波束的重傳，接收組合向量g5至g8表示總體地覆蓋接收角范圍[90°,180°)的接收波束。接收器204然后根據(jù)接收組合向量g9至g12來接收符號407中的相同的16個頻率復(fù)用波束的重傳，接收組合向量g9至g12表示總體地覆蓋接收角范圍[180°,270°)的接收波束。無線設(shè)備203然后根據(jù)接收組合向量g13至g16來接收符號410中的相同的16個頻率復(fù)用波束的重傳，接收組合向量g13至g16表示總體地覆蓋接收角范圍[270°,360°)的接收波束。

在接收符號401、404、407和410中的每個符號時，接收器204處理這些符號以分別生成向初始訪問控制器272提供的頻率窗口化信號402,405,408和411。在接收信號402之后，初始訪問控制器生成f1至f16與g1至g4的每個組合的接收度量403并且將這些接收度量存儲在存儲器274中。在接收信號405之后，初始訪問控制器272生成f1至f16與g5至g8的每個組合的接收度量406并且將這些接收度量存儲在存儲器274中。在接收信號408之后，初始訪問控制器272生成f1至f16與g9至g12的每個組合的接收度量409并且將這些接收度量存儲在存儲器274中。在接收信號411之后，初始訪問控制器272從存儲器274中檢索先前存儲的來自f1至f16與g1至g12的每個組合的接收度量412。初始訪問控制器272還生成f1至f16與g13至g16的每個組合的接收度量413并且將這些接收度量存儲在存儲器274中，其可以發(fā)生在初始訪問控制器272從存儲器274中檢索接收度量412之前或之后。初始訪問控制器272然后選擇通過向量配對(f’,g’)建模的發(fā)送接收波束配對414，發(fā)送接收波束配對414生成相對于其他波束配對的最佳接收度量。該優(yōu)化通過ms,coarse＝16個發(fā)送波束和kcoarse²＝4²＝16個接收波束來執(zhí)行。因而，需要測試的總的組合數(shù)目為ms,coarsekcoarse²＝16×16＝256個波束配對。這些波束配對中的單個波束配對被選擇成使接收度量相對于256個不同波束對的整個集合而最優(yōu)化，并且所選擇的波束配對414由初始訪問控制器272存儲在存儲器274中。在選擇該波束對之后，接收器204的初始訪問控制器272然后向發(fā)送器202反饋所選擇的波束對414的通過發(fā)送預(yù)編碼向量f’所建模的發(fā)送波束的索引415。無線設(shè)備203發(fā)送索引415所需的比特的數(shù)目為ceil(log2(ms,coarse))＝ceil(log2(16))＝4比特。在圖13a的實施方式中，頻率窗口化信號的使用將窮舉搜索所需的發(fā)送符號的數(shù)目從256個符號減少到4個符號(以及因此減少了時間)。

圖13b示出了用于在粗略初始訪問序列期間使用圖8的接收器204和圖10的方法的實施方式來執(zhí)行頻率復(fù)用分層波束搜索的信號。在圖13b的實施方式中，發(fā)送器202不知道接收器204針對粗初始訪問是執(zhí)行窮舉搜索還是執(zhí)行分層搜索。因此，如在圖13a的實施方式中，發(fā)送器202通過ms,coarse＝16個不同發(fā)送波束來順序地發(fā)送四個16子載波ofdm符號401、404、407和410，這16個不同發(fā)送波束被建模為發(fā)送預(yù)編碼向量f1至f16并且每個發(fā)送波束占用不同的子載波頻帶，并且發(fā)送波束總體地覆蓋從0度至360度的發(fā)送角范圍。

在接收第一符號401之前，初始訪問級272對接收器204進行配置以使用na,1個天線并且將該初始天線配置422存儲在存儲器474中。對于第一符號401，接收器204接收進入波束并且根據(jù)kcoarse＝4個接收波束的第一集合對進入波束進行處理，接收波束被建模為其中各自覆蓋接收器204的接收角范圍的90度的接收組合向量w1至w4，并且接收波束總體地覆蓋整個接收角范圍。接收器204生成頻率窗口化信號421，該頻率窗口化信號421被提供給初始訪問控制器272。初始訪問控制器272選擇第一集合的最佳接收波束并且將所選擇的接收波束的預(yù)編碼向量w’作為信號424提供以存儲在存儲器274中。所選擇的接收波束生成包括與所有的進入波束配對的接收波束中的每個接收波束的度量的集合之中的最佳組合接收度量，并且在接收器204處對另外的符號進行處理之前，通過kcoarse個波束配對來執(zhí)行該優(yōu)化。而且在接收器204處理另外的符號之前，初始訪問控制器272改變接收陣列的配置以使用na,coarse個天線陣元，其中，na,coarse>na,1。初始訪問控制器272將更新的天線配置426存儲在存儲器274中。在圖13b的實施方式中，在符號404到達接收器204時仍發(fā)生接收度量優(yōu)化和天線陣列重新配置，因而由于例如接收器中的處理延遲，符號404被忽略。在另外的實施方式中，考慮到接收器204中的另外的處理時間，在符號401與符號404之間可能存在另外的延遲。

對于符號407，無線設(shè)備203根據(jù)與用于符號401的那些接收波束不同的kcoarse＝4個新的接收波束的第二集合來接收進入波束。這些新的接收波束被建模為接收組合向量g1至g4。這些新的接收波束中的每個接收波束覆蓋通過w’所覆蓋的接收角范圍的四分之一。因而，這些接收波束中的每個接收波束覆蓋無線設(shè)備203的整個接收角度范圍的1/16，或者360°/16＝22.5°。接收器204處理符號407的進入波束并且生成被提供給初始訪問控制器272的頻率窗口化信號427。初始訪問控制器272生成與g1至g4配對的f1至f16每個組合的接收度量428并且將這些接收度量428存儲在存儲器274中。初始訪問控制器272然后選擇通過向量配對(f’,g’)建模的發(fā)送接收波束配對414，該發(fā)送接收波束配對414生成最佳接收度量。該優(yōu)化通過曾用于處理符號407的與kcoarse＝4個接收波束配對的ms,coarse＝16個進入發(fā)送波束來執(zhí)行。因而，需要測試的總的組合數(shù)目為ms,coarse×kcoarse＝16×4＝64。所選擇的波束配對414由初始訪問控制器272存儲在存儲器274中。初始訪問控制器272等待直到發(fā)送器202完成符號410的發(fā)送為止，在向發(fā)送器202反饋所選擇的波束配對中的發(fā)送波束的索引415之前該符號410被接收器204忽略。

圖14示出了用于不使用針對粗略初始訪問和/或精細初始訪問的預(yù)定數(shù)目的步驟而是替代地使用反饋來確定執(zhí)行多少波束精細化的初始訪問序列的實施方式方法。在步驟502處，通信控制器應(yīng)用發(fā)送預(yù)編碼以生成多個發(fā)送波束，其中，每個發(fā)送波束沿不同方向以不同的頻率范圍來發(fā)送。在一些實施方式中，應(yīng)用混合預(yù)編碼來形成多個發(fā)送波束?？梢源嬖谟赏ㄐ趴刂破?例如，使用分層方案)發(fā)送的發(fā)送波束的幾個集合。在步驟504處，無線設(shè)備接收進入發(fā)送波束，根據(jù)進入發(fā)送波束生成接收度量，基于接收度量來選擇多個進入波束之一，并且發(fā)送表明哪個進入波束被選擇的反饋。在一些實施方式中，無線設(shè)備還反饋接收組合器的寬度和/或使用進入發(fā)送波束所測量的信道的snr。在步驟506處，通信控制器接收包括所選擇的波束的指示的反饋并且然后可以開始精細訪問序列。通信控制器沿基于所選擇的波束的發(fā)送方向的發(fā)送方向來發(fā)送多個波束的另外的(即，第二)集合。這些其他的多個波束中的每個波束可以具有與所選擇的波束相同或不同的頻率范圍。例如，在步驟506處發(fā)送的波束中的每個波束可以具有比在步驟504處所選擇的波束的頻率范圍寬或者比所述頻率范圍窄的頻率范圍，或者在步驟506處發(fā)送的波束中的每個波束可以具有不與在步驟504處所選擇的波束的頻率范圍交疊的頻率范圍。

在步驟508處，無線設(shè)備接收進入發(fā)送波束的最新集合并且根據(jù)所述最新集合來生成接收度量。無線設(shè)備可以確定信道的等級(即，信道能夠支持的流的數(shù)目)。無線設(shè)備發(fā)送指示csi的反饋，該csi可以指示信道的等級并且還可以包括例如關(guān)于接收組合器的寬度、信道snr等的信息。在步驟510處，如果發(fā)送波束寬度和/或接收波束寬度仍太寬，和/或如果csi不合適或如果snr太低(上述中的任一者可以取決于天線/rf配置)，則流程返回到步驟506以用于波束精細化的另一輪迭代。否則，方法在步驟512處繼續(xù)。

在步驟512處，通信控制器接收由無線設(shè)備在步驟508處發(fā)送的反饋并且通過沿基于該反饋的發(fā)送方向發(fā)送單個波束來發(fā)起與移動設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。在實施方式中，由于通信控制器知道其發(fā)送器的天線配置，所以通信控制器可以基于在步驟508處從無線設(shè)備反饋的csi來選擇使發(fā)送器處的某個度量(例如，均方差、預(yù)編碼器屬性等)最大化的預(yù)編碼器。使用該預(yù)編碼器發(fā)送的單個波束可以具有與所選擇的波束的頻率范圍相同或不同的頻率范圍，例如較寬或較窄的頻率范圍，或者使用該預(yù)編碼器發(fā)送的單個波束可以具有不與在步驟508處所選擇的最新波束的頻率范圍交疊的頻率范圍。該單個波束攜載可以包含例如用戶數(shù)據(jù)、csi或其他操作信息等的符號。方法在步驟514處結(jié)束。

例如，由使用混合預(yù)編碼、16個rf鏈和16個天線的通信控制器生成第一發(fā)送波束圖，并且第一發(fā)送波束圖可以包括4個波束，每個波束擴展π/8弧度并且4個波束總體地覆蓋π/2弧度的第一角區(qū)域。在該示例中，從無線設(shè)備反饋的指示i1是值1、2、3或4，其索引在無線設(shè)備處生成了最佳接收度量的任一個第一發(fā)送波束的起始角度(i1-1)·π/8。該示例的通信控制器然后發(fā)送波束的第二集合(例如，三個波束)，上述發(fā)送波束的第二集合中的每個發(fā)送波束擴展π/24弧度以總體地覆蓋第二角區(qū)域。因此，使用基于i1的預(yù)編碼器形成的三個波束具有在i1·π/8、i1·π/8+π/24和i1·π/8+2π/24處開始的發(fā)送角范圍。該示例的通信控制器然后接收指示波束的第二集合中的哪個波束被最佳地接收的第二指示i2。該示例的通信控制器然后使用基于指示i2的預(yù)編碼器來發(fā)送用戶數(shù)據(jù)。

圖15示出了由能夠進行混合預(yù)編碼或者進行純數(shù)字預(yù)編碼的通信系統(tǒng)的不同配置導(dǎo)致的訪問錯誤概率。四種不同配置包括：使用圖9的窮舉搜索方法的數(shù)字預(yù)編碼配置；使用圖9的窮舉搜索方法的混合預(yù)編碼配置；使用圖10的分層搜索方法的數(shù)字預(yù)編碼配置；以及使用圖10的分層搜索方法的數(shù)字預(yù)編碼配置。在所有的四種配置中，用于確定訪問錯誤是否已經(jīng)發(fā)生的snr閾值被設(shè)置為-4db，無線設(shè)備使用8個rf鏈，并且通信控制器使用16個rf鏈和16個天線來生成低至π/16弧度的波束寬度，上述波束寬度是針對沿16個不同方向并且在ofdm符號的16個不同子信道上同時發(fā)送的波束的波束寬度。而且在所有的四種配置中，載波頻率為28ghz，子載波(即，每個子信道)的每個分組的頻率帶寬為10mhz，信道的路徑損失指數(shù)為2，每個子信道的發(fā)送功率為10dbm，在通信控制器處的總發(fā)送功率為22dbm，接收器噪聲系數(shù)為7db，并且針對k因子為10的rician(萊斯)信道而言信道路徑的數(shù)目為1。

在窮舉搜索配置中，無線設(shè)備使用針對π/16弧度的接收角范圍的16個天線，并且通信控制器發(fā)送4個ofdm符號。在分層搜索配置中，在第一階段期間，通信控制器發(fā)送2個ofdm符號，無線設(shè)備使用針對π/4弧度的接收角范圍的8個天線，并且在第二階段期間，通信控制器發(fā)送另外的兩個ofdm符號并且無線設(shè)備使用產(chǎn)生π/16弧度的波束寬度的16個天線。

圖16示出了在混合預(yù)編碼分層搜索配置的粗略初始訪問序列之后產(chǎn)生的訪問錯誤概率以及在混合預(yù)編碼分層搜索配置的精細初始訪問序列之后產(chǎn)生的訪問錯誤概率。除了snr閾值已經(jīng)增大至操作上合理的16db傳輸水平以外，粗略初始訪問序列的設(shè)置與針對圖15的混合預(yù)編碼分層搜索配置所描述的那些設(shè)置相同。精細初始訪問序列還使用16db的snr閾值，并且使用其中從通信控制器發(fā)送僅單個ofdm符號的圖14的方法的實施方式。而且，在精細初始訪問序列期間，使用碼本精細化，天線的數(shù)目被增大至在通信控制器處的64以及在無線設(shè)備處的32，通信控制器生成具有π/64弧度的發(fā)送波束寬度的四個波束，并且無線設(shè)備具有四個不同的接收波束，每個接收波束具有π/32弧度的接收角分辨率。將所有的發(fā)送接收波束配對的接收度量進行比較以選擇要用在隨后的數(shù)據(jù)交換中的最佳配對。圖16示出了與僅執(zhí)行10^-2的相同訪問錯誤概率的粗略初始訪問序列相比，執(zhí)行精細初始訪問序列提供了差不多100米的增大的范圍。

圖17示出了可以安裝在主設(shè)備中的用于執(zhí)行本文所描述的方法的實施方式處理系統(tǒng)700的框圖。如所示的，處理系統(tǒng)700包括可以(可以不)按照圖7所示來布置的處理器704、存儲器706以及接口710-714。處理器704可以為適用于執(zhí)行計算和/或其他處理相關(guān)任務(wù)的任何部件或部件的集合，存儲器706可以為適用于存儲供處理器704執(zhí)行的程序和/或指令的任何部件或部件的組合。在實施方式中，存儲器706包括非暫態(tài)計算機可讀介質(zhì)。接口710、712、714可以為使得處理系統(tǒng)700能夠與其他設(shè)備/部件和/或用戶通信的任何部件或部件的集合。例如，接口710、712、714中的一個或更多個接口可以適用于將數(shù)據(jù)、控制消息或管理消息從處理器704傳送至安裝在主設(shè)備和/或遠程設(shè)備上的應(yīng)用。作為另一示例，接口710、712、714中的一個或更多個接口可以適用于使得用戶或用戶設(shè)備(例如，個人計算機(personalcomputer，pc)等)能夠與處理系統(tǒng)700交互/通信。處理系統(tǒng)700可以包括未在圖7中描繪的另外的部件，例如長期存儲器(例如，非易失性存儲器等)。

在一些實施方式中，處理系統(tǒng)700包括在訪問電信網(wǎng)絡(luò)或作為電信網(wǎng)絡(luò)的另外的一部分的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。在一個示例中，處理系統(tǒng)700在無線或有線電信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備中，所述網(wǎng)絡(luò)側(cè)設(shè)備例如為基站、中繼站、調(diào)度器、控制器、網(wǎng)關(guān)、路由器、應(yīng)用服務(wù)器或電信網(wǎng)絡(luò)中的任何其他設(shè)備。在其他實施方式中，處理系統(tǒng)700在訪問無線或有線電信網(wǎng)絡(luò)的用戶側(cè)設(shè)備中，所述用戶側(cè)設(shè)備例如為移動站、ue、pc、平板計算機、可穿戴通信設(shè)備(例如，智能手表等)或適用于訪問電信網(wǎng)絡(luò)的任何其他設(shè)備。在一些實施方式中，接口710、712、714中的一個或更多個接口將處理系統(tǒng)700連接至適用于通過電信網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送和接收發(fā)信的收發(fā)器。

在其中處理系統(tǒng)700包括在ue中的實施方式中，存儲器706存儲供處理器704執(zhí)行的程序并且所述程序包括用于以下操作的指令：在初始訪問序列期間經(jīng)由接口710、712或714中的一個或更多個接口接收多個第一進入波束的指令，每個第一進入波束由通信控制器通過第一載波沿不同的發(fā)送方向來發(fā)送，其中，第一進入波束具有彼此不同的子載波頻率范圍。上述程序還包括用于以下操作的指令：根據(jù)第一進入波束來生成接收度量的值；以及根據(jù)接收度量值來選擇一個第一進入波束。上述程序還包括用于以下操作的指令：經(jīng)由接口710、712或714中的一個或更多個接口來發(fā)送所選擇的第一進入波束的指示；以及經(jīng)由接口710、712或714中的一個或更多個接口來接收第二進入波束，第二進入波束由通信控制器沿根據(jù)所選擇的第一進入波束的指示的發(fā)送方向來發(fā)送。在前述實施方式中，第二進入波束具有第一載波的第二子載波頻率范圍，所述第一載波的第二子載波頻率范圍與所選擇的第一進入波束的第一子載波頻率范圍不同。

在其中處理系統(tǒng)700被包括在通信控制器中的實施方式中，存儲器706存儲供處理器704執(zhí)行的程序，并且所述程序包括用于以下操作的指令：經(jīng)由接口710、712或714中的一個或更多個接口沿多個發(fā)送方向并且以第一載波的多個子載波頻率范圍來發(fā)送多個第一波束。上述程序還包括用于以下操作的指令：經(jīng)由接口710、712或714中的一個或更多個接口從無線設(shè)備接收多個第一波束的選擇波束的指示；以及經(jīng)由接口710、712或714中的一個或更多個接口沿根據(jù)上述選擇波束的指示的發(fā)送方向以第一載波的第二子載波頻率范圍來發(fā)送第二波束。在前述實施方式中，第二子載波頻率范圍與上述選擇波束的第一頻率范圍不同。

圖18示出了適用于通過電信網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送和接收發(fā)信的收發(fā)器750的框圖。收發(fā)器750可以安裝在主設(shè)備中。如所示的，收發(fā)器750包括網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口752、耦接器754、發(fā)送器756、接收器758、信號處理器760和設(shè)備側(cè)接口762。網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口752可以包括適用于通過無線或有線電信網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送或接收發(fā)信的任何部件或部件的集合。耦接器754可以包括適用于便于通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口752的雙向通信的任何部件或部件的集合。發(fā)送器756可以包括適應(yīng)于將基帶信號轉(zhuǎn)換成適于通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口752傳輸?shù)恼{(diào)制載波信號的任何部件或部件的集合(例如，上轉(zhuǎn)換器、功率放大器等)。接收器758可以包括適用于將通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口752接收的載波信號轉(zhuǎn)換成基帶信號的任何部件或部件的集合(例如，下轉(zhuǎn)換器、低噪聲放大器等)。信號處理器760可以包括適用于將基帶信號轉(zhuǎn)換成適于通過設(shè)備側(cè)接口762傳送的數(shù)據(jù)信號或者將適于通過設(shè)備側(cè)接口762傳送的數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成基帶信號的任何部件或部件的集合。設(shè)備側(cè)接口762可以包括適用于在信號處理器760與主設(shè)備內(nèi)的部件(例如，處理系統(tǒng)700、局域網(wǎng)(localareanetwork，lan)端口等)之間傳送數(shù)據(jù)信號的任何部件或部件的集合。

收發(fā)器750可以通過任何類型的通信介質(zhì)來發(fā)送和接收發(fā)信。在一些實施方式中，收發(fā)器750通過無線介質(zhì)來發(fā)送和接收發(fā)信。例如，收發(fā)器750可以為適用于根據(jù)無線電信協(xié)議——例如蜂窩協(xié)議(例如，長期演進(long-termevolution，lte)等)、無線局域網(wǎng)(wirelesslocalareanetwork，wlan)協(xié)議(例如，wi-fi等)或任何其他類型的無線協(xié)議(例如，藍牙、近場通信(nearfieldcommunication，nfc)等)——進行通信的無線收發(fā)器。在這樣的實施方式中，網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口752包括一個或更多個天線/輻射元件。例如，網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口752可以包括單個天線、多個分離的天線、或配置用于多層通信——例如，單輸入多輸出(singleinputmultipleoutput，simo)、多輸入單輸出(multipleinputsingleoutput，miso)、多輸入多輸出(multipleinputmultipleoutput，mimo)等——的多天線陣列。在其他實施方式中，收發(fā)器750通過諸如雙絞線、同軸線、光纖等的有線介質(zhì)來發(fā)送和接收發(fā)信。具體處理系統(tǒng)和/或收發(fā)器可以利用所示的部件中的所有部件或者僅所述部件的子集，并且集成的水平可以根據(jù)設(shè)備而變化。

在示例實施方式中，一種ue包括接收模塊，接收模塊在初始訪問序列期間接收多個第一進入波束，每個第一進入波束由通信控制器通過第一載波沿不同發(fā)送方向來發(fā)送，其中，第一進入波束具有彼此不同的子載波頻率范圍。ue包括根據(jù)第一進入波束來生成接收度量的值的處理模塊。ue包括根據(jù)上述接收度量值來選擇一個第一進入波束的處理模塊。ue包括發(fā)送所選擇的第一進入波束的指示的發(fā)送模塊。ue包括接收第二進入波束的接收模塊，第二進入波束由通信控制器沿根據(jù)所選擇的第一進入波束的指示的發(fā)送方向來發(fā)送，其中，第二進入波束具有第一載波的第二子載波頻率范圍，第一載波的第二子載波頻率范圍與所選擇的第一進入波束的第一子載波頻率范圍不同。在一些實施方式中，ue可以包括用于執(zhí)行實施方式中描述的步驟中的任一步驟或上述步驟的組合的其他或另外的元件。

在示例實施方式中，一種通信控制器包括發(fā)送模塊，發(fā)送模塊在初始訪問序列期間沿多個發(fā)送方向并且以多個頻率范圍來發(fā)送多個第一波束。通信控制器包括接收模塊，所述接收模塊從無線設(shè)備接收多個第一波束的選擇波束的指示。發(fā)送模塊沿根據(jù)所述選擇波束的指示的發(fā)送方向以與所述選擇波束的第一頻率范圍不同的第二頻率范圍來發(fā)送第二波束。在一些實施方式中，通信控制器可以包括用于執(zhí)行實施方式中描述的步驟中的任一步驟或所述步驟的組合的其他或另外的步驟。

本發(fā)明的所示實施方式具有以下優(yōu)點：提供不同角范圍的頻率可標識發(fā)送波束以使得能夠更快速地對網(wǎng)絡(luò)進行初始通信訪問。在一些實施方式中，毫米波系統(tǒng)采用信號處理技術(shù)并且使用許多小的孔徑天線來保持相對于微波系統(tǒng)的相似的覆蓋區(qū)域，而無需增大的成本、復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)干擾密度。實施方式系統(tǒng)通過根據(jù)在毫米波信道中的不同頻率范圍的幾何相關(guān)性來定制通信從而在有效的波束成形以及最小的開銷的情況下執(zhí)行初始訪問。

還提供了本發(fā)明的以下另外的示例實施方式。根據(jù)本發(fā)明的第一示例實施方式，提供了一種用于操作用戶設(shè)備(userequipment，ue)的方法。該方法包括：由ue在初始訪問序列期間接收多個第一進入波束，每個第一進入波束由通信控制器通過第一載波沿不同發(fā)送方向來發(fā)送，使得第一進入波束具有彼此不同的子載波頻率范圍。該方法還包括：根據(jù)第一進入波束來生成接收度量的值；根據(jù)接收度量值來選擇一個第一進入波束；以及由ue發(fā)送所選擇的第一進入波束的指示。該方法還包括：由ue接收第二進入波束，第二進入波束由通信控制器沿根據(jù)所選擇的第一進入波束的指示的發(fā)送方向來發(fā)送，使得第二進入波束具有第一載波的第二子載波頻率范圍，第一載波的第二子載波頻率范圍與所選擇的第一進入波束的第一子載波頻率范圍不同。

而且，前述的第一示例實施方式可以被實現(xiàn)成包括以下另外的特征中的一個或更多個特征。該方法還可以被實現(xiàn)成使得：接收度量包括以下至少之一：接收信號能量、參考信號接收功率、接收信號強度指示、參考信號接收質(zhì)量、均方差、分組錯誤率、比特錯誤率、接收信號碼功率或者信道質(zhì)量指示。該方法還可以進一步被實現(xiàn)成包括：由ue接收由通信控制器發(fā)送的配置信息，使得配置信息包括以下至少之一：可用于初始訪問的時間實例、通信控制器正在使用的發(fā)送天線的數(shù)量、第一進入波束的波形信息或者第一進入波束的頻率范圍。該方法還可以進一步被實現(xiàn)成包括：根據(jù)接收度量值來選擇多個接收方向之一，使得生成接收度量值還根據(jù)上述接收方向。該方法還可以被實現(xiàn)成使得：(1)接收多個第一進入波束包括：由ue的多個天線接收多個第一進入波束，上述多個第一進入波束包括多個頻率復(fù)用信號；根據(jù)多個接收方向?qū)︻l率復(fù)用信號進行定向編碼；以及從頻率上對頻率復(fù)用信號進行分離；(2)對頻率復(fù)用信號進行定向編碼包括：對頻率復(fù)用信號進行相移；對所相移的頻率復(fù)用信號執(zhí)行模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換以獲得數(shù)字頻率復(fù)用信號；以及對數(shù)字頻率復(fù)用信號進行數(shù)字編碼；以及(3)生成接收度量值還根據(jù)所數(shù)字編碼的信號。該方法還可以進一步被實現(xiàn)成包括：根據(jù)通信控制器與ue之間的通信信道的估計來執(zhí)行矩陣分解，使得矩陣分解包括以下至少之一：奇異值分解或特征值分解；以及對多個頻率復(fù)用信號執(zhí)行離散傅里葉變換，使得接收多個第一進入波束包括：由ue的多個天線接收多個頻率復(fù)用信號。該方法還可以被實現(xiàn)成使得：第二進入波束包括多個第二進入波束；上述多個第二進入波束包括多個第二波束寬度和多個第二發(fā)送方向；所選擇的第一進入波束的波束寬度比每個第二波束寬度寬；并且所選擇的第一進入波束的發(fā)送角范圍包括上述多個第二發(fā)送方向。該方法還可以被實現(xiàn)成使得：第一頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平；并且第二頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平。

根據(jù)本發(fā)明的第二示例實施方式，提供了一種用戶設(shè)備(userequipment，ue)。ue包括：處理器；以及非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，所述非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)存儲供處理器執(zhí)行的程序，所述程序包括用于執(zhí)行以下操作的指令：接收多個第一進入波束，每個第一進入波束由通信控制器通過第一載波沿不同發(fā)送方向來發(fā)送，使得第一進入波束具有彼此不同的子載波頻率范圍；根據(jù)第一進入波束來生成接收度量的值；根據(jù)接收度量值來選擇一個第一進入波束；發(fā)送所選擇的第一進入波束的指示；以及接收第二進入波束，所述第二進入波束由通信控制器沿根據(jù)所選擇的第一進入波束的指示的發(fā)送方向來發(fā)送，使得第二進入波束具有第一載波的第二子載波頻率范圍，第一載波的第二子載波頻率范圍與所選擇的第一進入波束的第一子載波頻率范圍不同。

而且，前述第二示例實施方式可以被實現(xiàn)成包括以下另外的特征中的一個或更多個特征。ue還可以被實現(xiàn)成使得：程序還包括用于根據(jù)接收度量值選擇多個接收方向之一的指令，并且生成接收度量值還根據(jù)接收方向。ue還可以進一步被實現(xiàn)成包括多個天線，使得用于接收多個第一進入波束的指令包括用于以下操作的指令：由多個天線接收多個頻率復(fù)用信號；根據(jù)多個接收方向?qū)︻l率復(fù)用信號進行定向編碼；以及從頻率上對頻率復(fù)用信號進行分離。并且用于對頻率復(fù)用信號進行定向編碼的指令包括用于以下操作的指令：對頻率復(fù)用信號執(zhí)行模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換以獲得數(shù)字頻率復(fù)用信號；以及對數(shù)字頻率復(fù)用信號進行數(shù)字編碼。ue還可以被進一步被實現(xiàn)成包括多個模擬移相器，使得用于對頻率復(fù)用信號進行定向編碼的指令還包括：用于對頻率復(fù)用信號進行相移的指令。ue還可以被實現(xiàn)成使得該程序還包括用于以下操作的指令：根據(jù)通信控制器與ue之間的通信信道的估計來執(zhí)行矩陣分解，使得矩陣分解包括奇異值分解或特征值分解中的至少一者；以及對多個頻率復(fù)用信號執(zhí)行離散傅里葉變換，使得用于接收多個第一進入波束的指令包括用于由ue的多個天線接收多個頻率復(fù)用信號的指令。ue還可以被實現(xiàn)成使得接收度量包括以下至少之一：接收信號能量、參考信號接收功率、接收信號強度指示、參考信號接收質(zhì)量、均方差、分組錯誤率、比特錯誤率、接收信號碼功率、或者信道質(zhì)量指示。ue還可以被實現(xiàn)成使得：第二進入波束包括多個第二進入波束；上述多個第二進入波束包括多個第二波束寬度和多個第二發(fā)送方向；所選擇的第一進入波束的波束寬度比每個第二波束寬度寬；并且所選擇的第一進入波束的發(fā)送角范圍包括上述多個第二發(fā)送方向。ue還可以被實現(xiàn)成使得：第一頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平；并且第二頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平。

根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式，提供了一種用于操作通信控制器的方法。該方法包括：由通信控制器在初始訪問序列期間沿多個發(fā)送方向并且以多個頻率范圍來發(fā)送多個第一波束；從無線設(shè)備接收多個第一波束中的選擇波束的指示；以及由通信控制器沿根據(jù)選擇波束的指示的發(fā)送方向以與選擇波束的第一頻率范圍不同的第二頻率范圍來發(fā)送第二波束。

而且，前述的第三示例實施方式可以被實現(xiàn)成包括以下另外的特征中的一個或更多個特征。該方法還可以被實現(xiàn)成使得：第二波束包括多個第二波束；上述多個第二波束包括多個第二波束寬度和多個第二發(fā)送方向；選擇波束的波束寬度比每個第二波束寬度寬；并且選擇波束的發(fā)送角范圍包括上述多個第二發(fā)送方向。該方法還可以被實現(xiàn)成使得發(fā)送上述多個第一波束包括：根據(jù)上述發(fā)送方向?qū)Φ谝徊ㄊM行定向預(yù)編碼；以及在彼此不交疊的頻率范圍上發(fā)送第一波束；并且使得對第一波束進行定向預(yù)編碼包括：根據(jù)多個數(shù)字預(yù)編碼權(quán)重對多個數(shù)字頻率復(fù)用信號進行數(shù)字預(yù)編碼；對所數(shù)字預(yù)編碼的頻率復(fù)用信號執(zhí)行數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換以獲得模擬頻率復(fù)用信號；以及根據(jù)多個相移對模擬頻率復(fù)用信號進行相移。該方法還可以進一步被實現(xiàn)成包括：根據(jù)預(yù)定發(fā)送方向來確定數(shù)字預(yù)編碼向量；以及根據(jù)數(shù)字預(yù)編碼向量與混合預(yù)編碼級聯(lián)向量之間的差來確定數(shù)字預(yù)編碼權(quán)重和相移。該方法還可以被實現(xiàn)成使得發(fā)送上述多個第一波束包括：對多個數(shù)字輸入流執(zhí)行逆離散傅里葉變換以獲得數(shù)字頻率復(fù)用信號；以及根據(jù)通信控制器與無線設(shè)備之間的通信信道的估計來執(zhí)行矩陣分解，使得矩陣分解包括奇異值分解或特征值分解中的至少一者。該方法還可以被實現(xiàn)成使得：第一頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平，并且第二頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平。

根據(jù)本發(fā)明的第四示例實施方式，提供了一種通信控制器。該通信控制器包括處理器；以及非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)，該非暫態(tài)計算機可讀存儲介質(zhì)耦存儲供處理器執(zhí)行的程序，該程序包括用于以下操作的指令：沿多個發(fā)送方向并且以第一載波的多個子載波頻率范圍來發(fā)送多個第一波束；從無線設(shè)備接收上述多個第一波束中的選擇波束的指示；以及沿根據(jù)選擇波束的指示的發(fā)送方向以第一載波的第二子載波頻率范圍來發(fā)送第二波束，使得第二子載波頻率范圍與選擇波束的第一頻率范圍不同。

而且，前述第四示例實施方式可以被實現(xiàn)成包括以下另外的特征中的一個或更多個特征。通信控制器還可以被實現(xiàn)成使得：第二波束包括多個第二波束；上述多個第二波束包括多個第二波束寬度和多個第二發(fā)送方向；選擇波束的波束寬度比每個第二波束寬度寬；并且選擇波束的發(fā)送角范圍包括上述多個第二發(fā)送方向。通信控制器還可以進一步被實現(xiàn)成包括多個天線，使得用于發(fā)送多個第一波束的指令包括用于以下操作的指令：根據(jù)發(fā)送方向?qū)Φ谝徊ㄊM行定向預(yù)編碼；以及在彼此不交疊的頻率范圍上發(fā)送第一波束；并且使得用于對第一波束進行定向預(yù)編碼的指令還包括用于以下操作的指令：根據(jù)多個數(shù)字預(yù)編碼權(quán)重對多個數(shù)字頻率復(fù)用信號進行數(shù)字預(yù)編碼；以及對所數(shù)字預(yù)編碼的頻率復(fù)用信號執(zhí)行數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換以獲得模擬頻率復(fù)用信號。通信控制器還可以進一步被實現(xiàn)成包括多個模擬移相器，使得用于對第一波束進行定向預(yù)編碼的指令包括用于根據(jù)多個相移對模擬頻率復(fù)用信號進行相移的指令。通信控制器還可以進一步被實現(xiàn)成使得該程序還包括用于以下操作的指令：根據(jù)預(yù)定發(fā)送方向來確定數(shù)字預(yù)編碼向量；以及根據(jù)數(shù)字預(yù)編碼向量與混合預(yù)編碼級聯(lián)向量之間的差來確定數(shù)字預(yù)編碼權(quán)重和相移。通信控制器還可以被實現(xiàn)成使得用于發(fā)送多個第一波束的指令包括用于以下操作的指令：對多個數(shù)字輸入流執(zhí)行逆離散傅里葉變換以獲得多個數(shù)字頻率復(fù)用信號；以及根據(jù)通信控制器與無線設(shè)備之間的通信信道的估計來執(zhí)行矩陣分解，使得矩陣分解包括奇異值分解或特征值分解中的至少一者。通信控制器還可以被實現(xiàn)成使得：第一頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平，并且第二頻率范圍基本上包括僅毫米波長頻率水平。

雖然參照所示實施方式描述了本發(fā)明，但是該描述并非意在以限制性意義來解釋。在參考該描述時，所示實施方式的各種修改和組合以及本發(fā)明的其他實施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員會很明顯。因而，所附權(quán)利要求意在包括任何這樣的修改或?qū)嵤┓绞健?/p>