用于使用多个频率的波束选择的系统和方法与流程
本发明一般地涉及用于波束选择的系统和方法，并且在具体实施方式中，涉及用于使用多个频率的波束选择的系统和方法。
背景技术：
近几年来，无线数据的量正在以前所未有的速度增长，推进了当前的宏蜂窝部署的容量。利用微波谱带(300mhz至3ghz)的蜂窝通信系统由于干扰和流量负荷而日益变得容量受限。其中大量带宽可用的高频带的使用被视为未来通信系统的关键特征。这些频带(例如，28ghz、38ghz、60ghz和73ghz)的使用能够缓解当前观察到的容量问题。
技术实现要素：
根据本发明的第一示例实施方式，提供了一种用于操作用户设备(userequipment，ue)的方法。所述方法包括：由ue在初始访问序列期间接收多个第一进入波束，每个第一进入波束由通信控制器通过第一载波沿不同发送方向来发送，使得第一进入波束具有彼此不同的子载波频率范围。所述方法还包括：根据第一进入波束来生成接收度量的值；根据接收度量值来选择一个第一进入波束；以及由ue发送所选择的第一进入波束的指示，所述方法还包括：由ue接收第二进入波束，第二进入波束由通信控制器沿根据所选择的第一进入波束的指示的发送方向来发送，使得第二进入波束具有第一载波的第二子载波频率范围，第一载波的第二子载波频率范围与所选择的第一进入波束的第一子载波频率范围不同。
根据本发明的第二示例实施方式，提供了一种用户设备(userequipment，ue)。ue包括处理器以及非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质耦接至处理器并且存储供处理器执行的程序。所述程序包括用于以下操作的指令：接收多个第一进入波束，每个第一进入波束由通信控制器通过第一载波沿不同发送方向来发送，使得第一进入波束具有彼此不同的子载波频率范围；根据第一进入波束来生成接收度量的值；根据接收度量值来选择一个第一进入波束；发送所选择的第一进入波束的指示；以及接收第二进入波束，第二进入波束由通信控制器沿根据所选择的第一进入波束的指示的发送方向来发送。第二进入波束具有第一载波的第二子载波频率范围，第一载波的第二子载波频率范围与所选择的第一进入波束的第一子载波频率范围不同。
根据本发明的第三示例实施方式，提供了一种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访问序列期间沿多个发送方向并且以多个频率范围来发送多个第一波束；从无线设备接收所述多个第一波束中的选择波束的指示；以及由通信控制器沿根据选择波束的指示的发送方向以与选择波束的第一频率范围不同的第二频率范围来发送第二波束。
根据本发明的第四示例实施方式，提供了一种通信控制器。所述通信控制器包括处理器以及非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质耦接至处理器并且存储供处理器执行的程序，所述程序包括用于以下操作的指令：沿多个发送方向并且以第一载波的多个子载波频率范围来发送多个第一波束；从无线设备接收所述多个第一波束中的选择波束的指示；以及沿根据选择波束的指示的发送方向以第一载波的第二子载波频率范围来发送第二波束。第二子载波频率范围与选择波束的第一频率范围不同。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在对结合附图所做的以下描述进行参考，其中：
图1是示出了根据本发明的实施方式的提供用于无线设备的微波和毫米波(mm波)覆盖的通信控制器的框图；
图2是示出了根据本发明的实施方式的供通信控制器使用的收发器的框图；
图3是示出了根据本发明的实施方式的由通信控制器的收发器生成的发送波束图的框图；
图4是示出了根据本发明的实施方式的用于混合模拟/数字预编码的方法的流程图；
图5是示出了根据本发明的实施方式的单个发送波束从通信控制器至无线设备的定向传输的框图；
图6是示出了根据本发明的实施方式的在初始访问序列期间多个发送波束从通信控制器至无线设备的定向传输的框图；
图7是示出了根据本发明的实施方式的在初始访问序列期间用在通信控制器中的发送级的框图；
图8是示出了根据本发明的实施方式的在初始访问序列期间用在无线设备中的接收级的框图；
图9是示出了根据本发明的实施方式的使用穷举频率复用搜索的粗初始访问方法的流程图；
图10是示出了根据本发明的实施方式的使用分层频率复用搜索的粗略初始访问方法的流程图；
图11是示出了根据本发明的实施方式的使用穷举频率复用搜索的精细初始访问方法的流程图；
图12是示出了根据本发明的实施方式的使用分层频率复用搜索的精细初始访问方法的流程图；
图13a是示出了根据本发明的实施方式的使用穷举频率复用搜索的粗略初始访问方法的发信图；
图13b是示出了根据本发明的实施方式的使用分层频率复用搜索的粗略初始访问方法的发信图；
图14是示出了根据本发明的实施方式的用于基于反馈的初始访问精细化的方法的流程图；
图15是示出了由不同的粗略初始访问方法产生的访问错误概率的图；
图16是示出了由分层粗略初始访问方法和分层精细初始访问方法产生的访问错误概率的图；
图17示出了根据本发明的实施方式的可以安装在主设备中的用于执行本文所描述的方法的处理系统的框图；以及
图18示出了根据本发明的实施方式的适用于通过电信网络发送和接收发信的收发器的框图。
具体实施方式
下面详细讨论当前优选的实施方式的结构、制造和使用。然而，应当意识到，本发明提供了许多可以在多种特定上下文中实现的适用的发明构思。所讨论的特定实施方式仅说明用以构造和使用本发明的特定方式，并且不限制本发明的范围。
关于以下波束选择的系统和方法的优选实施方式来描述本发明，上述波束选择的系统和方法使用多个毫米波载波频率并且支持无线设备对通信控制器的初始访问。其他实施方式可以被应用于其他频带，被应用于将多个载波频率用于波束选择的其他系统，或者被应用于支持其他联网操作，例如，将无线设备从一个通信控制器切换至另一个通信控制器、支持由无线设备发现第二通信控制器以便于切换过程、建立无线设备与通信控制器之间的冗余链路等。
在各种实施方式中，无线设备被提供有对网络的通信控制器的初始通信访问。无线设备从通信控制器接收频率复用定向波束的传输。根据无线设备的多个接收角范围在多个天线处接收这些进入发送波束。在本公开内容中，这样的接收角范围被称为“组合器”、“接收组合器”或者“接收波束”，并且术语“进入(inbound)”和“下行链路”指的是从通信控制器至无线设备的信号传输方向。无线设备然后找到针对给定接收度量(例如，接收信号能量、均方差等)的进入波束与接收组合器的最佳执行组合。对于每个接收组合器，无线设备执行对从进入发送波束接收的数字流的频率检测并且将它们分离至各个频率窗口。然后基于每个频率窗口的接收度量的最佳值来选择最佳发送接收波束对(预编码器组合器配对)。然后可以发生一个或更多个另外的迭代，其中，由无线设备接收波束宽度较小的另外的进入发送波束。在一些(但并非所有)实施方式中，这些另外的进入发送波束的波束宽度较小。在无线设备接收这些另外的发送波束之后，相应地对所选择的波束配对进行精细化。然后无线设备将所选择的波束配对的频率窗口的索引反馈给通信控制器以使得该波束配对可以用于随后的数据交换。
在各种实施方式中，使用具有不同发送角的频率可识别波束的频率复用初始访问序列与时分复用(timedivisionmultiplexing，tdm)波束搜索相比较快且较不复杂，tdm波束搜索包括：通信控制器每次仅沿一个方向通过所有子载波进行发送。在这样的tdm搜索中，无线设备必须当每个连续进入波束到达时将该无线设备的不同接收组合器与所述连续进入波束进行组合。使用例如16个发送波束的tdm初始访问系统可能需要最多至16次的单独发送来找到发送波束和接收波束的最佳执行配对。
此外，在各种频率复用初始访问实施方式中，可以分层地搜索最佳执行发送接收波束配对。在一种分层搜索实施方式中，无线设备的最佳接收组合器先从第一组发送波束中选择并且还被划分成较窄的接收角范围，使得然后可以使用第二组发送波束来选择最佳进入发送波束。在一些实施方式中，在粗略初始访问序列期间选择最佳进入发送波束，然后提供精细初始访问序列。在精细初始访问序列期间，连续地执行对接收波束和/或发送波束的进一步分裂或精细化，并且连续地选择这些分裂波束中的最佳分裂波束，直到满足决策准则为止，例如，接收波束和/或发送波束的宽度与无线设备和/或通信控制器的分辨率匹配，达到足够的信道等级等。在一些实施方式中，分层搜索需要不止一个频率复用符号，所述频率复用符号要由通信控制器发送以提供对网络的初始访问。
在各种实施方式中，粗略初始访问序列包括穷举频率复用搜索，在该穷举频率复用搜索中，ms个频率复用发送波束和ns个接收组合器的宽度均初始地被设置在相应的期望分辨率处并且未被分层地适配。在一些实施方式中，相对于分层搜索，在相同的分辨率设置处，这样的穷举搜索方法会有很大的概率以较高的搜索复杂度找到最佳执行发送接收波束配对(即，ms×ns个可能的波束对)。
在各种实施方式中，在初始访问序列期间，通信控制器和/或无线设备使用数字预编码技术和模拟波束成形技术的混合技术，即混合预编码。在一些混合预编码实施方式中，相对于纯模拟波束成形(即，波束导向)而言提高了性能，这是因为纯模拟波束成形技术汇聚成仅单个波束，不能实现多波束传输，并且所提供的波束图受限于低分辨率信号相位控制和恒定幅度约束。
在使用混合预编码的各种实施方式中，在所需要的昂贵硬件(主要是无线电频率(radiofrequency，rf)链、模拟至数字转换器以及数字至模拟转换器)的量较少并且无需针对每个发送天线与每个接收天线之间的所有路径获得完整信道状态信息(channelstateinformation，csi)的情况下，数字预编码的性能至少部分地被保留。在使用混合预编码的一些实施方式中，相对于数字预编码而减少了以下需求：将csi从无线设备反馈给通信控制器和/或在预编码之前准确地测量信号水平较低的毫米波信道的条件。然而，其他初始访问实施方式可以使用仅数字预编码，使得发送rf链或接收rf链的数目等于天线的数目，并且基于完整csi来开发发送预编码或接收组合矩阵。例如，在一种纯数字预编码实施方式中，针对每个路径具有4个csi比特的64个发送天线和16个接收天线，使用64个发送rf链和16个接收rf链，然后将4096个比特从无线设备反馈给通信控制器。
图1示出了使用毫米波载波和/或微波载波来提供蜂窝覆盖的实施方式异构网络(heterogeneousnetwork，hetnet)100。hetnet100包括宏基站控制器104和几个小基站控制器106。宏基站控制器104与小基站控制器106两者是通信控制器类型(例如，基站、增强型节点b(enhancednodeb，enb)、访问节点等)。通信控制器104和106中的每一个与一个或更多个无线设备(例如，移动站、用户设备(userequipment，ue)、智能电话、蜂窝电话等)进行通信并且能够提供一个或更多个初始访问传输以使得这些无线设备能够建立通信链路以交换例如用户数据。这样的初始访问传输可以支持例如：确定用于频率同步的载波频率和频率偏移；建立粗略定时同步以跟踪发送符号的边界；建立精细定时同步以跟踪发送符号内的数字样本；确定来自以相同的载波频率进行发送的多个通信控制器的信号质量；确定包括用于控制发信的可用带宽和天线端口的数目的关于通信控制器的预备操作信息等。在一种实施方式中，宏基站控制器104和小基站控制器106能够经由较高层信令来提供用于毫米波载波上的初始访问的配置信息。该配置信息可以包括例如可用于初始访问的时间实例(timeinstance)、用在发送器处的天线的数目、关于进入波形的信息、所使用的频率的范围、所使用的进入波束的数目等。
例如，通信控制器104和106可以使用发送分集(例如，空频块编码(space-frequencyblockcoding，sfbc)来发送一个或更多个全向下行链路传输以提供对hetnet100中的无线设备的初始访问。在该示例中，初始访问传输包括几个窄带宽信号(例如，1.4mhz)，所述窄带宽信号以载波频率为中心，被设计用于时域处理，并且可以在小区的任意地点被接收，包括在相比例如物理下行链路控制信号、其他控制信号等的其他信号的覆盖范围而言较大的覆盖范围中。当通信控制器104和106均使用这样的全向传输在微波带中工作时，hetnet100提供微波覆盖区域102。然而，当通信控制器104和106均使用这样的示例全向传输在毫米波带中工作时，hetnet100提供较小的毫米波覆盖区域108，毫米波覆盖区域108相对于微波覆盖区域102而言具有较多的覆盖盲区。
随着载波频率从微波带增大至毫米波带，相反地载波波长减小。由于天线尺寸与信号波长成比例，所以毫米波频率的天线孔径会明显小于微波频率的天线孔径。较小的天线所捕获的能量会较小，从而导致产生路径损耗增大以及覆盖距离减小。例如，载波频率从2ghz微波频率至20ghz毫米波频率的增大因数10对应于路径损失的大约20db至30db的增大以及覆盖距离的减小因数5。
然而，随着波长的减小，在通信控制器104和106中的每一个处，当它们使用毫米波载波而不是微波载波工作时，天线阵元的尺寸以及各阵元之间的最小间隔也减小，这使得能够将更多的天线阵元封装在给定区域内。在一种实施方式中，该较大数目的天线可以被配置成使用高效多天线预编码/波束成形策略来生成非常窄的传输波束图。在本公开内容中，术语“预编码”或“组合”包括多天线或多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，mimo)系统的波束成形技术和多流发送/接收技术两者。这样的预编码技术的使用使得能够扩展通信控制器104和106的工作范围以允许更大的毫米波覆盖区域110。
图2示出了可以用在图1的通信控制器104和/或通信控制器106中的实施方式毫米波收发器150。收发器150具有发送级151，发送级151包括ma个天线1621至162m_a、mrf个rf链1631至163m_rf、数字基带预编码器164以及模拟预编码器165。该发送级151使用在本公开内容中被称为混合预编码的模拟预编码和数字预编码两者的混合来形成波束图。本领域技术人员会熟悉用于选择模拟预编码器165的相移和数字基带预编码器164的预编码权重的多种方法。
在一种实施方式的初始访问序列中，在从收发器150的发送级151发送波束图之后，接收器150的接收级153侦听来自无线设备的指示i1。该指示表明波束图的哪部分已被建议由收发器150用作较窄发送区域以用于进一步的波束精细化或用于随后的与无线设备的数据交换。
例如，收发器150可以用在通信控制器中以在时间n处发送x1个宽波束，其中，n指的是例如发送符号定时。这些宽波束中的每个宽波束指向b1＝360/x1度扇区。无线设备可以使用接收组合器来检测这x1个宽波束中的哪个宽波束(通过索引lbest表示)生成最佳接收度量。在时间(n+2+l)处，通信控制器沿方向l·b1+k·b2发送波束宽度为b2＝b1/x2度的x2个窄波束，其中，宽波束索引l＝0,…,x1-1并且窄波束索引k＝0,…,x2-1。在时间(n+2+l)的表达式中的偏移“2”是在宽波束与窄波束的传输之间的延迟的一个示例。无线设备基于接收度量来确定窄波束中的最佳窄波束(通过索引kbest表示)。因为在该示例中由于时间与l·b1之间的已知关系而使得通过lbest表示的方向是无线设备已知的，所以无线设备将方向x2·lbest+kbest的指示反馈给通信控制器。在另一示例实施方式中，在时间n+2处发送所有的x1·x2个定向波束，并且无线设备检查沿方向lbest·b1+k·b2(k＝0,…,x2-1)的波束以确定要反馈的指示。
图3示出了由可以用作图2的毫米波收发器150的实施方式收发器150a使用多天线预编码所生成的波束图的示例实施方式。收发器150a具有发送级151，发送级151包括天线ma＝16个天线1621至16216，mrf＝16个rf链1631至16316以及使用混合预编码形成x1＝4个宽波束152至155的数字基带预编码器164和模拟预编码器165。在一种实施方式中，在初始访问序列的较早阶段期间产生波束图152至155，每个波束图152至155均覆盖π/2弧度(90度)的角发送区域。作为可以在初始访问序列的随后阶段期间产生的波束的示例，沿波束图152的方向，x2＝4个窄波束1601至1604每个均扩展π/8弧度并且x2＝4个窄波束1601至1604总体地覆盖根据[0，π/2)弧度的第一角区域。虽然波束1601至1604被数学建模为非交叠波束，但是在实际实现中，上述波束1601至1604与在本公开内容中提及的其他波束可以略微交叠而不影响本发明的目的。在从收发器150a的发送级151a发送所有的x1·x2＝16个窄波束(包括波束1601至1604)之后，收发器150的接收级153侦听来自无线设备的指示i1。该指示i1可以是例如值1、2、3或4，其索引在无线设备处生成最佳度量的窄波束1601至1604中任一个窄波束的起始角度(i1-1)·π/8。在该示例中，由于使用收发器150a的通信控制器几乎不具有关于无线设备的容量和/或特征的先验知识(尽管随后的消息交换能够提供更多的知识)，所以接收级153不侦听任何反馈，直到检查了所有的x1·x2个波束为止。在例如其中通信控制器具有较多的关于无线设备的先验知识的实施方式的其他实施方式中，也可以使用不同排序的反馈。
图4示出了用于在初始访问序列期间对要由图2的发送级151应用的混合预编码进行配置的实施方式方法。模拟预编码器165被建模为ma×mrf矩阵frf，其中，要由模拟预编码器应用的预编码器相移要根据矩阵frf的元素来得到。数字基带预编码器164被建模为mrf×ms矩阵fbb，其中，ms是要从发送级151发送的流的数目并且ms≤mrf。在实施方式初始访问序列期间，要从发送级151发送的流的数目ms等于rf链的数目mrf，mrf个发送波束中的每个发送波束的预编码权重要根据相应单波束预编码向量fbb，k的元素得到，其中，k＝1，2，…，mrf并且fbb＝[fbb，1fbb，2…fbb，m_rf]。应用数字预编码和模拟预编码以形成每个发送波束可以被数字建模为乘以混合预编码级联frffbb，k。
在步骤182处，对于表示从第一发送角θ1,k扩展到第二发送角θ2,k的波束的每个第k向量fbb，k，发送级151的完全角范围[0，2π)被采样成2q个样本，其中，q是相位量化比特的数目，并且如通过以下等式1描述的，样本集合ik被选择成处于范围[θ1,k,θ2,k)中。
在步骤184处，为了生成与矩阵frf结合而实现在主瓣中的相等增益c的波束图(其包括集合ik中的量化角以及零值旁瓣)的第k预编码向量fbb，k，针对使用纯数字预编码的假设发送器来选择期望无约束数字预编码向量fk。在这样的纯数字预编码发送器中，向量fk将生成根据[θ1,k,θ2,k]而扩展的波束图。期望数字预编码向量fk满足以下等式2，其中，a(θ)是包含沿方向θ的发送阵列的阵列响应向量的方向向量，并且运算子“*”表示共轭转置运算。
如果g是包含在与在集合ik中的量化角对应的位置中包含“1”并且在其他情况下包含“0”的1×2q向量，则等式2可以被重写为下面等式3，其中，a是包含沿2q量化方向的方向的发送阵列响应的ma×2q方向矩阵：
等式3描述了被求解以找到向量fk的欠定问题。本领域技术人员将熟悉求解欠定矩阵等式例如等式3的欠定矩阵等式的多个方法。例如，等式3可以使用伪逆运算来求解。
在步骤186处，对于第k发送波束，使用在步骤184处找到的向量fk来找到对要由发送级151应用的混合预编码进行建模的模拟预编码矩阵frf和数字预编码矩阵fbb，k。向量fbb，k和frf被选择成使fk与混合级联frffbb，k之间的距离最小化。这样的距离最小化可以根据下面的等式4来执行，其中，|·|f是向量/矩阵的frobenius范数，其中，混合级联frffbb，k的功率增益被约束成等于1，并且其中，由于对要用在模拟预编码中的移相器的硬件约束，从包含在矩阵acan中的候选模拟预编码向量的有限集合中选择frf的列。
本领域技术人员将熟悉用于求解最小化问题例如等式4的最小化问题的多个方法。例如，等式4可以被重新公式化为稀疏逼近问题并且使用匹配追踪算法来求解。
在步骤188处，由发送级151应用数字预编码和模拟预编码来形成第k发送波束，第k发送波束可以在离散时间上被数学地表示为一组符号向量b乘以混合预编码级联frffbb，k，从而产生表示要从天线152发送的连续时间波束的一组离散时间向量x＝frffbb.kb。方法在步骤190处结束。
图5示出了执行mimo预编码以通过毫米波信道205进行通信的包括通信控制器201和无线设备203的实施方式毫米波通信系统200。通信控制器包括多个天线阵元的天线阵列210，天线阵列210具有阵列响应向量a1，并且无线设备203包括具有阵列响应向量a2的天线阵列260。在实施方式中，天线阵列210和260是均匀线性阵列(uniformlineararray，ula)，使得a1和a2取决于天线阵元之间的间隔、天线阵元的数目、发送波束或接收波束的发射角(angleofdeparture，aod)或到达角(angleofarrival，aoa)等。在一些ula实施方式中，进入天线阵列210与260的阵元的信号为同相的，并且每个发送波束或接收波束因此具有180°的反射。在其他ula实施方式中，可以使用信号之间的不同相移值，并且镜像波束之间的角度可以不同于180°。例如，一对镜像波束可以完全交叠，以有效地产生单个波束。在其他实施方式中，使用非ula天线阵列配置。
毫米波信道205相对于微波频率信道而减少了色散。而且，在毫米波信道205的一些信道条件下，可以仅当通信控制器201与无线设备203之间存在视线(line-of-sight，los)传播时才进行通信。在实施方式中，毫米波信道205的减少色散特性使得能够实现窄发送波束(例如，小于10度)，其有助于增大通信范围以及减少通信系统200的干扰。在实施方式中，毫米波信道205的该减少色散特性还使得能够将毫米波信道205在几何上建模成具有通过其aoa和aod表征的较少(例如，3至4个)路径。例如，毫米波信道205可以根据下面的等式5来建模，其中，ρ是大尺度路径损失，l是路径的数目，αl是针对l＝1,…,l的小尺度路径增益，θl是第laod，并且φl是第laoa。
在实施方式中，使用初始访问传输来建立通信控制器201与无线设备203之间的通信链路。在初始访问传输之前，不建立通信链路，通信控制器201不知道无线设备203位于何处，并且无线设备203不知道通信控制器201位于何处。此外，即使位置是已知的，从通信控制器201到无线设备203的最佳质量波束也可能不是从通信控制器201直接到无线设备203(即，los方向)的波束。诸如墙和建筑物的障碍物的存在可以造成显著的路径损失，从而阻止无线设备203接收los传输。最佳质量信号(例如，最高接收能量、最低均方差等)可以为非los(nlos)传输，其中，来自通信控制器201的信号间接地(在一次或更多次弹跳之后)在无线设备203处被接收。初始访问过程使得通信控制器201和无线设备203能够找到彼此并且建立足够高的质量的链路以交换例如用户数据。
再参照图5，由于通过毫米波信道205的毫米波传输的几何性质，如果以不同的毫米波中心频率或利用不同的毫米波频率带宽从通信控制器201发送两个波束，但通信控制器201的所有其他发送设置被保持相同(例如，相同预编码设置、相同天线配置等)，则预期来自通信控制器201的这两个不同频率的波束的aod会高度相关。还预期上述两个不同频率的波束的aoa在无线设备203的类似接收设置下会高度相关。在这样的设置下，例如30.01ghz的信号将具有与30.1ghz的信号非常相似的aod/aoa特性。
在一些实施方式中，使用在毫米波信道205中的aoa/aod对频率的相对独立性，使得在其中针对窄带宽(例如，10mhz)来确定通信控制器201和无线设备203的预编码权重/相移的初始访问序列之后，上述预编码权重/相移随后可以用在已建立的通信链路中以通过较宽(例如，100mhz)的带宽来交换数据。在一些实施方式中，在初始访问步骤与通信链路的建立之间，无线设备203向通信控制器201提供反馈以指示通信控制器201应当使用哪个预编码权重/相移。另外，可以在建立通信链路之前在通信控制器201与无线设备203之间交换其他的一些控制信道信息，例如，无线设备203的接收组合的分辨率、在无线设备203处测量的信噪比(signal-to-noiseratio，snr)等。
在一些实施方式中，通信控制器201和无线设备203可以在仅一些符号的下行链路传输之后建立通信链路，所述符号可以例如是正交频分复用(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing，ofdm)符号。在一些实施方式中，通信控制器201提供最远达数百米的覆盖并且不需要任何预编码反馈，直到初始访问序列结束为止。在一些实施方式中，通信控制器201在初始访问序列期间向无线设备203提供多流传输。
图6示出了由通信控制器201发送的用于提供对无线设备203的初始访问的实施方式发送波束2161至216m_s。通信控制器201周期性地发起初始访问序列以使得潜在的新的无线设备能够加入网络。该初始访问序列可以由通信控制器201在初始访问时间处启动，所述初始访问时间例如以规则的预定时间间隔出现。通信控制器201包括发送器202，发送器202在初始访问序列期间通过从天线阵列210发射的ms个同步毫米波发送波束来发送ms个数字输入流s1至sm_s。天线阵列210被实现为ma个不同的天线2101至210m_a，其中，ms≤ma。在初始访问序列期间，发送器202以不同的毫米波中心频率以及不同的aod来发送波束2161至216m_s，所述aod在从天线2101至210m_a的传输之前被均匀地偏移。在一个示例中，每个发送波束2161至216m_s具有包括方向、波束宽度、带宽以及相对于毫米波载波频率的频率偏移的属性。发送波束还可以与预编码器相关联。可以使用指示i1来标识该预编码器。为了使覆盖最大化，通信控制器201同步地广播这些频率复用波束2161至216m_s，这些频率复用波束2161至216m_s总体地覆盖通信控制器201的整个发送角范围。在一些实施方式中，这些波束2161至216m_s中的每个波束所覆盖的角区域为0到π/6弧度。例如，可以存在16个波束，每个波束覆盖11度的角范围。上述每个接收波束可以在宽频率范围中操作并且能够接收每个发送频率复用波束。换言之，组合波束是宽带的，并且它们仅在方向上不同。
无线设备203包括接收器204，接收器204根据nc个接收组合配置在na个天线2601至260n_a中的每个天线处从毫米波mimo信道205接收这些进入波束2161至216m_s中的每个进入波束作为相应组合进入信号。无线设备203的nc个接收组合配置是不同接收角范围，所述不同接收角范围是分别用于生成进入波束2161至216m_s中的每个进入波束的最佳接收度量的最佳接收角度处的推测值。在本公开内容中，这样的接收角范围被称为接收波束，并且接收器204的接收波束2171至217n_c可以被建模为单独的接收组合向量w1至wn_c。nc个接收组合器还总体地覆盖无线设备203的整个接收角范围。
无线设备203选择作为关于给定接收度量的最佳执行的进入波束和接收波束的组合。每个接收波束2171至217n_c通过在其上发送进入波束2161至216m_s的所有子载波来馈送。对于每个接收波束2171至217n_c，无线设备203经由离散傅里叶变换(discretefouriertransform，dft)(例如，快速傅里叶变换(fastfouriertransform，fft))在频率上检测进入数字流s1至sm_s中的每个数字流的接收版本，并且将所述接收版本分离成各个频率窗口。可以例如通过在dft之后检查每个频率窗口中累积的能量来找到最佳发送接收波束对。也可以使用除信号能量之外的接收度量作为决策准则。接收器204使用的接收度量可以包括例如接收信号能量、参考信号接收功率(referencesignalreceivedpower，rsrp)、接收信号强度指示(receivedsignalstrengthenindicator，rssi)、参考信号接收质量(referencesignalreceivedquality，rsrq)、均方差、分组错误率、比特错误率、接收信号码功率(referencesignalcodepower，rscp)、信道质量指示(channelqualityindicator，cqi)等。最佳执行波束配对的进入波束具有与频率窗口相关联的索引，并且无线设备203将该索引反馈给通信控制器201。
图7示出了如在初始访问序列期间所配置的图6的发送器202的混合预编码实施方式。发送器202包括发送数字预编码器220，发送数字预编码器220通过使用例如毫米波mimo信道205的相关/协方差矩阵的奇异值分解(singularvaluedecomposition，svd)或特征值分解来支持信道容量。发送器202还包括数目mrf个rf发送链2061至206m_rf，所述数目mrf个rf发送链2061至206m_rf将发送数字预编码器220的mrf个数字基带输出转换成在经上转换的毫米波频率处的mrf个模拟信号。
发送rf链2061至206m_rf中的每个发送rf链还通过执行混合预编码的模拟部分的多个发送移相器208的集合来连接至ma个发送天线2101至210m_a。这些发送移相器208使用量化相移例如具有2π/2q弧度的分辨率的相移来执行相移操作。每个发送移相器208有效地使其模拟毫米波输入乘以恒定幅度相位乘数exp(j2πk/2q)，其中，k＝0,…,2q-1是相位控制值并且j是-1的平方根。在一些实施方式中，发送器202的混合预编码使得能够相对于纯模拟预编码而提高性能，这是因为纯模拟预编码汇聚成仅单个波束，不能实现多波束传输，并且提供受限于低分辨率信号相位控制(即，小数目q的相位量化比特)和相位乘法器的恒定幅度约束的波束图。
再参照图7，发送器202包括发送器预编码控制器280，发送器预编码控制器280控制发送数字预编码器220的预编码权重、发送移相器208的相移以及天线2101至210m_a的发送阵列配置，所述发送阵列配置包括在任何传输期间使用多少个发送天线。所使用的发送天线的数目与波束的宽度直接相关，即在模拟波束成形部中使用的天线越多，则波束越窄。发送器202被配置成通过ndft个不同频率复用子载波来发送在频率和方向上各不相同的ms个同步发送波束2161至216m_s。在图7的初始访问序列中，发送器202的输入流和发送波束的数目ms等于rf链的数目mrf。在其他实施方式中，不使用rf链2061至206m_rf中的一些rf链，所以发送器202的输入流和发送波束的数目ms小于rf链的数目mrf。输入流s1至sm_s被提供给频率复用级211以分别准备在波束2161至216m_s中传输输入流s1至sm_s。在实施方式中，频率复用级211、发送数字预编码器220以及发送预编码控制器280被实现在一个或更多个集成电路(integratedcircuit，ic)，所述一个或更多个ic可以例如为数字基带ic。在一些实施方式中，发送预编码控制器280被实现为例如软件可再编程微控制器、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)等。
再参照图7，频率复用级211包括mrf个逆dft(inversedft，idft)级212，每个idft级212执行ndft个点的idft(例如，4096点idft)以将ndft个并行输入变换成ndft个并行输出，其中，数据流s1至sm_s中的每个数据流仅占用相应idft级212的ndft个并行输入的子集。因此仅通过ndft个可用子载波的相应子集从天线2101至210m_a发送波束2161至216m_s中的每个波束，并且这些子集对于波束2161至216m_s一般是不相交的。在图7的实施方式中，可以在idft级212中使用任何数目ndft的点，只要在针对波束2161至216m_s中的每个波束的子集中的波束子载波的数目足够大以便于由图6的接收器204准确地生成接收度量即可。在一些实施方式中，针对波束2161至216m_s中的每个波束的子集子载波的数目还足够大以便于接收器204的其他类型的信号处理(例如，信号关联)。在其他实施方式中，idft输入/输出点的数目在不同idft级212之间不同。
再参照图7，每个idft级212的相应ndft点并行输出集合被提供给串行器218，串行器218包括在频率复用级211中。串行器218执行对这些idft输出集合的并行至串行转换以形成mrf×1符号向量b，每次向发送数字预编码器220提供一个所述mrf×1符号向量b。由发送数字预编码器220执行的针对波束2161至216m_s中的每个波束k的数字预编码可以被数学表示为符号向量b中的每个符号向量乘以数字预编码矩阵fbb,k。在由rf发送链2061至206m_rf将发送数字预编码器220的mrf＝ms个数字基带输出转换成模拟毫米波rf信号之后，发送移相器208然后应用模拟rf预编码以获得从天线2101至210m_a反射的最终发送波束2161至216m_s。
图8示出了如在初始访问序列期间所配置的图6的接收器204的实施方式。接收器204包括na个接收天线2601至260n_a以及nrf个rf接收链2561至256n_rf。接收器204根据接收器204的nc个同步接收组合器2171至217n_c中的每个同步接收组合器来接收包含ms个频率复用进入波束2161至216m_s中的每个频率复用进入波束的组合进入信号。由接收器204使用与图7的发送器202应用的混合预编码类似的混合接收组合来形成接收组合器2171至217n_c，接收组合器2171至217n_c中的每个接收组合器可以被建模为分离的接收组合向量w1至wn_c。在图8的初始访问实施方式中，接收波束2171至217n_c的数目nc等于接收rf链的数目nrf。在其他实施方式中，不使用rf链2561至256n_rf中的一些rf链，因此接收组合器的数目nc小于接收rf链的数目nrf。
再参照图8，接收天线2601至260n_a中的每个接收天线接收频率复用进入波束2161至216m_s中每个频率复用进入波束作为相应的组合进入信号，该组合进入信号然后经由rf分路器276被提供给多个接收移相器258的相应集合。然后，接收移相器258对组合进入信号应用模拟组合。rf接收链2561至256n_rf将模拟移相器输出转换成nrf个下转换数字基带信号，然后由接收信号组合器270应用数字组合。数字组合可以包括例如在接收rf链2561至256n_rf之后执行对毫米波mimo信道205的svd。包括在接收器204中的接收组合控制器282控制接收数字组合器270的组合权重、接收移相器258的相移以及天线2601至260n_a的接收阵列配置，所述接收阵列配置包括将使用多少个天线来接收进入传输。
接收器204还包括nrf个并行化dft级2621至262n_rf，每个dft级对ndft个串行输入点执行dft以将ndft个并行输出点的相应集合提供给初始访问控制器272。nrf个dft级2621至262n_rf的每个dft级n的相应并行输出集合包含数字流
图9示出了用于在粗略初始访问序列期间使用图5的通信控制器201和无线设备203来执行穷举频率复用搜索的实施方式方法。在步骤302处，通信控制器201发送例如是小区特定的窄带ofdm符号的第k符号，其中，1≤k≤kcoarse。该第k符号是要由通信控制器201发送以用于粗初始访问的kcoarse个符号之一，其中，kcoarse个符号的数目与接收无线设备203的容量有关，并且特别地与可用于同时支持在无线设备203处的不同接收波束的可用rf链的数目有关。这kcoarse个符号中的各个符号的传输之间的时间量可以相同，可以从一个符号间间隔到下一符号间间隔而变化，或者可以为零。对于每个第k符号，通信控制器201通过ms,coarse个相对宽的波束来发送来自相对小的数目的天线的已知波形(例如，导频信号)，所述ms,coarse个相对宽的波束每个均可以通过相应发送预编码向量fj来表示，其中，j＝1,…,ms,coarse。每个发送预编码向量指向某个方向并且所有的发送预编码向量总体覆盖通信控制器201的整个发送角范围。在示例实施方式中，第k符号的每个发送波束占用载波的基本上不同的非交叠频率资源，但是用于发送波束的频率范围不随符号而改变，并且kcoarse个符号均使用ms,coarse个发送波束的相同集合来发送。在使用单个载波频分多址接入(carrier-frequencydivisionmultipleaccess，sc-fdma)的示例实施方式中，使用单个载波调制格式(例如，qpsk调制、16qam、64qam等)来数字地调制第k符号的所有发送波束的数据流，对经数字调制的信号执行dft，将dft输出点映射到针对每个不同发送波束的子载波的不同集合上，对整个ofdm符号执行idft以生成数字基带信号，并且数字基带信号经历数字至模拟转换以及上转换以生成用于传输的单个载波信号。
再参照图9，在步骤304处，无线设备203根据kcoarse个接收波束、使用na,1个接收天线来接收第k进入符号的ms,coarse个频率复用波束。用于接收所有的kcoarse个符号的接收波束被建模为组合权重向量gi，其中，i＝1,…,kcoarse2,每个单独的接收波束覆盖无线设备203的整个接收角范围的1/kcoarse2部分，并且kcoarse个接收波束的不同集合用于由每个第k进入符号覆盖整个接收角范围的不同且非交叠的1/kcoarse2部分。例如，当无线设备的整个接收角范围为360度，则无线设备根据被建模为组合向量gk至gk+k_coarse的接收波束来接收第k符号，组合向量gk至gk+k_coarse总体地覆盖根据[360(k-1)/kcoarse,360k/kcoarse)度的接收角范围。
在步骤306处，如果通信控制器201已经发送的符号的数目小于kcoarse，则流程在步骤302处针对下一符号(即，k被递增)继续。否则，流程在步骤308处继续。在步骤308处，在接收kcoarse个符号之后，无线设备203选择用在步骤302至306中的发送接收波束配对。通过发送预编码/接收组合向量对(f’,g’)建模的该波束配对生成相对于其他波束对的更佳的接收度量。该波束配对选择通过ms,coarse个发送预编码向量和kcoarse2个接收组合向量来执行。因而，需要测试的总的组合数目是ms,coarsekcoarse2。在步骤310处，无线设备203然后向通信控制器201反馈所选择的波束配对的发送波束的索引，该发送波束通过发送预编码向量f’来建模。该索引需要ceil(log2(ms,coarse))比特。方法在步骤312处结束。
图10示出了用于在粗略初始访问序列期间使用图5的通信控制器201和无线设备203来执行频率复用分层波束搜索的实施方式方法。通信控制器201不知道无线设备203针对粗初始访问是执行穷举搜索还是执行分层搜索。因此，如在图9的实施方式中，通信控制器201通过被建模为发送预编码向量f1至fm_s,coarse的ms,coarse个不同发送波束来顺序地发送符号，每个所述发送波束占用不同的非交叠频率资源并且总体地覆盖通信控制器201的整个发送角范围。在其他实施方式中，通信控制器201基于无线设备203的搜索方法来改变其发送配置。在步骤322处，通信控制器201在时间k处发送第一符号。在一种示例实施方式中，在每个时间k+i，i＝2,3,4,5处，通信控制器201使用窄波束宽度的4个预编码器的第i集合来发送相应的另外的符号，其中，第i预编码器的发送方向被设置在范围[360(i-1)/16,360i/16)中。
再参照图10，在步骤324处，无线设备203使用na,1个接收天线来接收包含ms,coarse个进入波束中的每个进入波束的相应组合信号并且在kcoarse个接收波束中应用接收组合。接收波束被建模为接收组合向量wi，其中，i＝1,…,kcoarse，这kcoarse个接收波束中的每个接收波束覆盖整个接收角范围的1/kcoarse部分。在步骤326处，然后无线设备203选择被建模为w’的最佳接收波束，所述最佳接收波束针对测量与组合进入信号配对的每个接收波束的组合接收度量来最佳地执行。该组合接收度量可以例如是针对与每个进入波束配对的接收波束的接收度量的总和、针对每个这样的波束配对的平均等。在无线设备203处对另外的进入符号进行处理之前，通过kcoarse个波束配对来执行该波束配对选择。而且在步骤326处，无线设备203改变其接收阵列的配置以使用更多的天线阵元。在步骤328处，通信控制器201发送与在步骤322处发送的符号相同的另外的符号。在其他实施方式中，发送符号可以在波形上不同。
再参照图10，在步骤330处，无线设备203使用na,coarse(na,coarse≥na,1)个接收天线来接收新接收的符号，并且在kcoarse个接收波束的第二集合中应用接收组合，kcoarse个接收波束被建模为接收组合向量gi，其中i＝1,…,kcoarse。这些新的kcoarse个接收波束中的每个接收波束覆盖通过w’覆盖的角范围的1/kcoarse部分。因而，这些接收波束中的每个接收波束覆盖无线设备203的整个接收角范围的1/kcoarse2。
在步骤332处，无线设备203选择被建模为向量配对(f’,g’)的发送接收波束配对，所述发送接收波束配对针对接收度量而最佳地执行。该波束配对选择通过ms,coarse个进入发送波束和kcoarse个接收波束来执行。因而，需要测试的总的组合数目为ms,coarse×kcoarse。在实施方式中，在执行步骤326或步骤332时由通信控制器201发送并且到达无线设备203的任何符号将被忽略。
再参照图10，在步骤334处，无线设备203向通信控制器201反馈被建模为f’的进入发送波束的索引。该索引需要ceil(log2(ms,coarse))比特。方法在步骤336处结束。
图11示出了用于在图9或图10的粗略初始访问序列之后的精细初始访问序列期间执行穷举频率复用搜索的实施方式方法。为了在图11的精细初始访问序列中实现例如较窄的波束，实现无线设备特定预编码和组合或者启用较高等级的(信道的)，在通信控制器201和无线设备203处使用与在粗略初始访问序列期间相比的更多的天线。
在步骤342处，通信控制器201发送包含已知波形的第k符号，其中，1≤k≤kfine。通信控制器201通过ms,fine个发送波束来发送来自ma,fine个天线阵元的这些已知波形，上述ms,fine个发送波束被建模为发送预编码向量pj，其中，j＝1,…,ms,fine。ma,fine是在精细初始访问阶段期间由通信控制器201使用的天线的数目，并且ma,fine>ma,coarse。发送波束中的每个发送波束占用不同的非交叠频率资源并且覆盖不同的发送角范围，并且发送波束总体地覆盖在粗略初始访问序列期间所选择的向量f’的发送角范围。
在步骤344处，无线设备203使用数目na,fine个接收天线来接收第k符号的进入发送波束并且在kfine个接收波束中应用接收组合，上述kfine个接收波束被建模为接收组合向量vi,其中，i＝1,…,kfine。该kfine个接收组合向量的集合对于每个符号是唯一的并且总体地覆盖在粗略初始访问阶段期间所选择的通过g’覆盖的接收角范围的不同的非交叠的1/kfine部分。因而，每个接收组合向量覆盖无线设备203的整个接收角范围的1/(kcoarse2kfine2)部分。
在步骤346处，如果通信控制器201已经发送的符号的数目小于kfine，则流程返回到针对下一符号(即，k被递增)的步骤342。否则，流程在步骤348处继续。在步骤348处，在接收kfine个符号之后，无线设备203选择使接收度量最大化的发送预编码接收组合配对，所述发送预编码接收组合对被建模为发送预编码向量接收组合向量配对(p’,v’)。该最大化通过ms,fine个发送波束和kfine2个接收波束来执行。因而，需要测试的总的波束配对数目为mf,finekfine2。在步骤350处，无线设备203将被建模为向量p’的发送波束的索引反馈给基站，该索引需要ceil(log2(ms,fine))比特。
图12示出了用于在图9或图10的粗略初始访问序列之后的精细初始访问序列期间执行频率复用分层接收波束搜索的实施方式方法。在图12的实施方式中，通信控制器201不知道无线设备203针对精细初始访问是执行穷举还是执行分层搜索。因此，如在图11的实施方式中，通信控制器201通过被建模为发送预编码向量p1至pm_s,fine的ms,fine个不同发送波束来顺序地发送符号，每个发送波束占用不同的非交叠频率资源并且发送波束总体地覆盖f’的发送角范围。在步骤362处，通信控制器201发送第一符号。
在步骤364处，无线设备203使用na,2个接收天线来接收第一符号的ms,fine个进入波束并且在kfine个接收波束中应用接收组合。接收波束被建模为接收组合向量ui，其中，i＝1,…,kfine，并且这kfine个接收波束中的每个接收波束覆盖w’的接收角范围的1/kfine部分。在步骤366处，无线设备203然后选择被建模为ui的最佳接收波束，所述最佳接收波束针对与所有进入波束成对的每个接收波束的组合接收度量来最佳地执行。在无线设备203处对另外的进入符号进行处理之前，通过kfine个波束对来执行该最大化。而且在步骤366处，无线设备203改变其接收阵列的配置以使用天线阵元。
在步骤368处，通信控制器201发送另外的符号。在步骤370处，无线设备203使用na,fine(na,fine≥na,2)个接收天线来接收最新符号的进入波束并且根据kfine个接收波束的第二集合来应用接收组合，上述kfine个接收波束被建模为接收组合向量vi，其中，i＝1,…,kfine。这些新的kfine个接收波束中的每个接收波束覆盖u’所覆盖的角范围的1/kfine部分。因而，这些接收波束中的每个接收波束覆盖无线设备203的整个接收角范围的1/kfine2kcoarse2。
在步骤372处，无线设备203选择被建模为向量配对(p’,v’)的发送接收波束配对，所述发送接收波束配对针对给定接收度量而最佳地执行。该最大化通过ms,fine个进入发送波束和kfine个接收波束来执行。因而，需要测试的总的组合数目为ms,fine×kfine。在实施方式中，在执行步骤366或步骤372时由通信控制器201发送并且到达无线设备203的任何符号将被忽略。
再参照图12，在步骤374处，无线设备203向通信控制器201反馈被建模为p’的进入发送波束的索引。该索引需要ceil(log2(ms,fine))比特。方法在步骤376处结束。
图13a示出了用于在粗略初始访问序列期间使用图8的接收器204以及图9的方法的实施方式来执行穷举频率复用搜索的信号。信号流图示出了发送器202、接收器204、初始访问控制器272以及由初始访问控制器272访问的初始访问控制器存储器274之间的交互。在图13a的实施方式中，其中，ms,coarse＝16个不同的发送波束和接收器能够支持kcoarse＝4个不同的接收波束，发送器202每次一个地发送四个16子载波ofdm符号401,404,407和410。这些符号中的每个符号通过16个发送波束的集合来发送，每个发送波束占用不同的子载波频带并且发送波束总体地覆盖从0度至360度的发送角范围。这16个发送波束被建模为发送预编码向量f1至f16。
接收器204根据被建模为接收组合向量g1至g4的接收波束来接收符号401的16个频率复用波束，其中，每个单独的接收波束覆盖整个接收角范围的1/16，并且接收波束总体地覆盖接收角范围[0°,90°)，即整个360度接收角范围的四分之一。接收器204然后根据接收组合向量g5至g8来接收符号404中的相同的16个频率复用波束的重传，接收组合向量g5至g8表示总体地覆盖接收角范围[90°,180°)的接收波束。接收器204然后根据接收组合向量g9至g12来接收符号407中的相同的16个频率复用波束的重传，接收组合向量g9至g12表示总体地覆盖接收角范围[180°,270°)的接收波束。无线设备203然后根据接收组合向量g13至g16来接收符号410中的相同的16个频率复用波束的重传，接收组合向量g13至g16表示总体地覆盖接收角范围[270°,360°)的接收波束。
在接收符号401、404、407和410中的每个符号时，接收器204处理这些符号以分别生成向初始访问控制器272提供的频率窗口化信号402,405,408和411。在接收信号402之后，初始访问控制器生成f1至f16与g1至g4的每个组合的接收度量403并且将这些接收度量存储在存储器274中。在接收信号405之后，初始访问控制器272生成f1至f16与g5至g8的每个组合的接收度量406并且将这些接收度量存储在存储器274中。在接收信号408之后，初始访问控制器272生成f1至f16与g9至g12的每个组合的接收度量409并且将这些接收度量存储在存储器274中。在接收信号411之后，初始访问控制器272从存储器274中检索先前存储的来自f1至f16与g1至g12的每个组合的接收度量412。初始访问控制器272还生成f1至f16与g13至g16的每个组合的接收度量413并且将这些接收度量存储在存储器274中，其可以发生在初始访问控制器272从存储器274中检索接收度量412之前或之后。初始访问控制器272然后选择通过向量配对(f’,g’)建模的发送接收波束配对414，发送接收波束配对414生成相对于其他波束配对的最佳接收度量。该优化通过ms,coarse＝16个发送波束和kcoarse2＝42＝16个接收波束来执行。因而，需要测试的总的组合数目为ms,coarsekcoarse2＝16×16＝256个波束配对。这些波束配对中的单个波束配对被选择成使接收度量相对于256个不同波束对的整个集合而最优化，并且所选择的波束配对414由初始访问控制器272存储在存储器274中。在选择该波束对之后，接收器204的初始访问控制器272然后向发送器202反馈所选择的波束对414的通过发送预编码向量f’所建模的发送波束的索引415。无线设备203发送索引415所需的比特的数目为ceil(log2(ms,coarse))＝ceil(log2(16))＝4比特。在图13a的实施方式中，频率窗口化信号的使用将穷举搜索所需的发送符号的数目从256个符号减少到4个符号(以及因此减少了时间)。
图13b示出了用于在粗略初始访问序列期间使用图8的接收器204和图10的方法的实施方式来执行频率复用分层波束搜索的信号。在图13b的实施方式中，发送器202不知道接收器204针对粗初始访问是执行穷举搜索还是执行分层搜索。因此，如在图13a的实施方式中，发送器202通过ms,coarse＝16个不同发送波束来顺序地发送四个16子载波ofdm符号401、404、407和410，这16个不同发送波束被建模为发送预编码向量f1至f16并且每个发送波束占用不同的子载波频带，并且发送波束总体地覆盖从0度至360度的发送角范围。
在接收第一符号401之前，初始访问级272对接收器204进行配置以使用na,1个天线并且将该初始天线配置422存储在存储器474中。对于第一符号401，接收器204接收进入波束并且根据kcoarse＝4个接收波束的第一集合对进入波束进行处理，接收波束被建模为其中各自覆盖接收器204的接收角范围的90度的接收组合向量w1至w4，并且接收波束总体地覆盖整个接收角范围。接收器204生成频率窗口化信号421，该频率窗口化信号421被提供给初始访问控制器272。初始访问控制器272选择第一集合的最佳接收波束并且将所选择的接收波束的预编码向量w’作为信号424提供以存储在存储器274中。所选择的接收波束生成包括与所有的进入波束配对的接收波束中的每个接收波束的度量的集合之中的最佳组合接收度量，并且在接收器204处对另外的符号进行处理之前，通过kcoarse个波束配对来执行该优化。而且在接收器204处理另外的符号之前，初始访问控制器272改变接收阵列的配置以使用na,coarse个天线阵元，其中，na,coarse>na,1。初始访问控制器272将更新的天线配置426存储在存储器274中。在图13b的实施方式中，在符号404到达接收器204时仍发生接收度量优化和天线阵列重新配置，因而由于例如接收器中的处理延迟，符号404被忽略。在另外的实施方式中，考虑到接收器204中的另外的处理时间，在符号401与符号404之间可能存在另外的延迟。
对于符号407，无线设备203根据与用于符号401的那些接收波束不同的kcoarse＝4个新的接收波束的第二集合来接收进入波束。这些新的接收波束被建模为接收组合向量g1至g4。这些新的接收波束中的每个接收波束覆盖通过w’所覆盖的接收角范围的四分之一。因而，这些接收波束中的每个接收波束覆盖无线设备203的整个接收角度范围的1/16，或者360°/16＝22.5°。接收器204处理符号407的进入波束并且生成被提供给初始访问控制器272的频率窗口化信号427。初始访问控制器272生成与g1至g4配对的f1至f16每个组合的接收度量428并且将这些接收度量428存储在存储器274中。初始访问控制器272然后选择通过向量配对(f’,g’)建模的发送接收波束配对414，该发送接收波束配对414生成最佳接收度量。该优化通过曾用于处理符号407的与kcoarse＝4个接收波束配对的ms,coarse＝16个进入发送波束来执行。因而，需要测试的总的组合数目为ms,coarse×kcoarse＝16×4＝64。所选择的波束配对414由初始访问控制器272存储在存储器274中。初始访问控制器272等待直到发送器202完成符号410的发送为止，在向发送器202反馈所选择的波束配对中的发送波束的索引415之前该符号410被接收器204忽略。
图14示出了用于不使用针对粗略初始访问和/或精细初始访问的预定数目的步骤而是替代地使用反馈来确定执行多少波束精细化的初始访问序列的实施方式方法。在步骤502处，通信控制器应用发送预编码以生成多个发送波束，其中，每个发送波束沿不同方向以不同的频率范围来发送。在一些实施方式中，应用混合预编码来形成多个发送波束。可以存在由通信控制器(例如，使用分层方案)发送的发送波束的几个集合。在步骤504处，无线设备接收进入发送波束，根据进入发送波束生成接收度量，基于接收度量来选择多个进入波束之一，并且发送表明哪个进入波束被选择的反馈。在一些实施方式中，无线设备还反馈接收组合器的宽度和/或使用进入发送波束所测量的信道的snr。在步骤506处，通信控制器接收包括所选择的波束的指示的反馈并且然后可以开始精细访问序列。通信控制器沿基于所选择的波束的发送方向的发送方向来发送多个波束的另外的(即，第二)集合。这些其他的多个波束中的每个波束可以具有与所选择的波束相同或不同的频率范围。例如，在步骤506处发送的波束中的每个波束可以具有比在步骤504处所选择的波束的频率范围宽或者比所述频率范围窄的频率范围，或者在步骤506处发送的波束中的每个波束可以具有不与在步骤504处所选择的波束的频率范围交叠的频率范围。
在步骤508处，无线设备接收进入发送波束的最新集合并且根据所述最新集合来生成接收度量。无线设备可以确定信道的等级(即，信道能够支持的流的数目)。无线设备发送指示csi的反馈，该csi可以指示信道的等级并且还可以包括例如关于接收组合器的宽度、信道snr等的信息。在步骤510处，如果发送波束宽度和/或接收波束宽度仍太宽，和/或如果csi不合适或如果snr太低(上述中的任一者可以取决于天线/rf配置)，则流程返回到步骤506以用于波束精细化的另一轮迭代。否则，方法在步骤512处继续。
在步骤512处，通信控制器接收由无线设备在步骤508处发送的反馈并且通过沿基于该反馈的发送方向发送单个波束来发起与移动设备的数据交换。在实施方式中，由于通信控制器知道其发送器的天线配置，所以通信控制器可以基于在步骤508处从无线设备反馈的csi来选择使发送器处的某个度量(例如，均方差、预编码器属性等)最大化的预编码器。使用该预编码器发送的单个波束可以具有与所选择的波束的频率范围相同或不同的频率范围，例如较宽或较窄的频率范围，或者使用该预编码器发送的单个波束可以具有不与在步骤508处所选择的最新波束的频率范围交叠的频率范围。该单个波束携载可以包含例如用户数据、csi或其他操作信息等的符号。方法在步骤514处结束。
例如，由使用混合预编码、16个rf链和16个天线的通信控制器生成第一发送波束图，并且第一发送波束图可以包括4个波束，每个波束扩展π/8弧度并且4个波束总体地覆盖π/2弧度的第一角区域。在该示例中，从无线设备反馈的指示i1是值1、2、3或4，其索引在无线设备处生成了最佳接收度量的任一个第一发送波束的起始角度(i1-1)·π/8。该示例的通信控制器然后发送波束的第二集合(例如，三个波束)，上述发送波束的第二集合中的每个发送波束扩展π/24弧度以总体地覆盖第二角区域。因此，使用基于i1的预编码器形成的三个波束具有在i1·π/8、i1·π/8+π/24和i1·π/8+2π/24处开始的发送角范围。该示例的通信控制器然后接收指示波束的第二集合中的哪个波束被最佳地接收的第二指示i2。该示例的通信控制器然后使用基于指示i2的预编码器来发送用户数据。
图15示出了由能够进行混合预编码或者进行纯数字预编码的通信系统的不同配置导致的访问错误概率。四种不同配置包括：使用图9的穷举搜索方法的数字预编码配置；使用图9的穷举搜索方法的混合预编码配置；使用图10的分层搜索方法的数字预编码配置；以及使用图10的分层搜索方法的数字预编码配置。在所有的四种配置中，用于确定访问错误是否已经发生的snr阈值被设置为-4db，无线设备使用8个rf链，并且通信控制器使用16个rf链和16个天线来生成低至π/16弧度的波束宽度，上述波束宽度是针对沿16个不同方向并且在ofdm符号的16个不同子信道上同时发送的波束的波束宽度。而且在所有的四种配置中，载波频率为28ghz，子载波(即，每个子信道)的每个分组的频率带宽为10mhz，信道的路径损失指数为2，每个子信道的发送功率为10dbm，在通信控制器处的总发送功率为22dbm，接收器噪声系数为7db，并且针对k因子为10的rician(莱斯)信道而言信道路径的数目为1。
在穷举搜索配置中，无线设备使用针对π/16弧度的接收角范围的16个天线，并且通信控制器发送4个ofdm符号。在分层搜索配置中，在第一阶段期间，通信控制器发送2个ofdm符号，无线设备使用针对π/4弧度的接收角范围的8个天线，并且在第二阶段期间，通信控制器发送另外的两个ofdm符号并且无线设备使用产生π/16弧度的波束宽度的16个天线。
图16示出了在混合预编码分层搜索配置的粗略初始访问序列之后产生的访问错误概率以及在混合预编码分层搜索配置的精细初始访问序列之后产生的访问错误概率。除了snr阈值已经增大至操作上合理的16db传输水平以外，粗略初始访问序列的设置与针对图15的混合预编码分层搜索配置所描述的那些设置相同。精细初始访问序列还使用16db的snr阈值，并且使用其中从通信控制器发送仅单个ofdm符号的图14的方法的实施方式。而且，在精细初始访问序列期间，使用码本精细化，天线的数目被增大至在通信控制器处的64以及在无线设备处的32，通信控制器生成具有π/64弧度的发送波束宽度的四个波束，并且无线设备具有四个不同的接收波束，每个接收波束具有π/32弧度的接收角分辨率。将所有的发送接收波束配对的接收度量进行比较以选择要用在随后的数据交换中的最佳配对。图16示出了与仅执行10-2的相同访问错误概率的粗略初始访问序列相比，执行精细初始访问序列提供了差不多100米的增大的范围。
图17示出了可以安装在主设备中的用于执行本文所描述的方法的实施方式处理系统700的框图。如所示的，处理系统700包括可以(可以不)按照图7所示来布置的处理器704、存储器706以及接口710-714。处理器704可以为适用于执行计算和/或其他处理相关任务的任何部件或部件的集合，存储器706可以为适用于存储供处理器704执行的程序和/或指令的任何部件或部件的组合。在实施方式中，存储器706包括非暂态计算机可读介质。接口710、712、714可以为使得处理系统700能够与其他设备/部件和/或用户通信的任何部件或部件的集合。例如，接口710、712、714中的一个或更多个接口可以适用于将数据、控制消息或管理消息从处理器704传送至安装在主设备和/或远程设备上的应用。作为另一示例，接口710、712、714中的一个或更多个接口可以适用于使得用户或用户设备(例如，个人计算机(personalcomputer，pc)等)能够与处理系统700交互/通信。处理系统700可以包括未在图7中描绘的另外的部件，例如长期存储器(例如，非易失性存储器等)。
在一些实施方式中，处理系统700包括在访问电信网络或作为电信网络的另外的一部分的网络设备中。在一个示例中，处理系统700在无线或有线电信网络中的网络侧设备中，所述网络侧设备例如为基站、中继站、调度器、控制器、网关、路由器、应用服务器或电信网络中的任何其他设备。在其他实施方式中，处理系统700在访问无线或有线电信网络的用户侧设备中，所述用户侧设备例如为移动站、ue、pc、平板计算机、可穿戴通信设备(例如，智能手表等)或适用于访问电信网络的任何其他设备。在一些实施方式中，接口710、712、714中的一个或更多个接口将处理系统700连接至适用于通过电信网络来发送和接收发信的收发器。
在其中处理系统700包括在ue中的实施方式中，存储器706存储供处理器704执行的程序并且所述程序包括用于以下操作的指令：在初始访问序列期间经由接口710、712或714中的一个或更多个接口接收多个第一进入波束的指令，每个第一进入波束由通信控制器通过第一载波沿不同的发送方向来发送，其中，第一进入波束具有彼此不同的子载波频率范围。上述程序还包括用于以下操作的指令：根据第一进入波束来生成接收度量的值；以及根据接收度量值来选择一个第一进入波束。上述程序还包括用于以下操作的指令：经由接口710、712或714中的一个或更多个接口来发送所选择的第一进入波束的指示；以及经由接口710、712或714中的一个或更多个接口来接收第二进入波束，第二进入波束由通信控制器沿根据所选择的第一进入波束的指示的发送方向来发送。在前述实施方式中，第二进入波束具有第一载波的第二子载波频率范围，所述第一载波的第二子载波频率范围与所选择的第一进入波束的第一子载波频率范围不同。
在其中处理系统700被包括在通信控制器中的实施方式中，存储器706存储供处理器704执行的程序，并且所述程序包括用于以下操作的指令：经由接口710、712或714中的一个或更多个接口沿多个发送方向并且以第一载波的多个子载波频率范围来发送多个第一波束。上述程序还包括用于以下操作的指令：经由接口710、712或714中的一个或更多个接口从无线设备接收多个第一波束的选择波束的指示；以及经由接口710、712或714中的一个或更多个接口沿根据上述选择波束的指示的发送方向以第一载波的第二子载波频率范围来发送第二波束。在前述实施方式中，第二子载波频率范围与上述选择波束的第一频率范围不同。
图18示出了适用于通过电信网络来发送和接收发信的收发器750的框图。收发器750可以安装在主设备中。如所示的，收发器750包括网络侧接口752、耦接器754、发送器756、接收器758、信号处理器760和设备侧接口762。网络侧接口752可以包括适用于通过无线或有线电信网络来发送或接收发信的任何部件或部件的集合。耦接器754可以包括适用于便于通过网络侧接口752的双向通信的任何部件或部件的集合。发送器756可以包括适应于将基带信号转换成适于通过网络侧接口752传输的调制载波信号的任何部件或部件的集合(例如，上转换器、功率放大器等)。接收器758可以包括适用于将通过网络侧接口752接收的载波信号转换成基带信号的任何部件或部件的集合(例如，下转换器、低噪声放大器等)。信号处理器760可以包括适用于将基带信号转换成适于通过设备侧接口762传送的数据信号或者将适于通过设备侧接口762传送的数据信号转换成基带信号的任何部件或部件的集合。设备侧接口762可以包括适用于在信号处理器760与主设备内的部件(例如，处理系统700、局域网(localareanetwork，lan)端口等)之间传送数据信号的任何部件或部件的集合。
收发器750可以通过任何类型的通信介质来发送和接收发信。在一些实施方式中，收发器750通过无线介质来发送和接收发信。例如，收发器750可以为适用于根据无线电信协议——例如蜂窝协议(例如，长期演进(long-termevolution，lte)等)、无线局域网(wirelesslocalareanetwork，wlan)协议(例如，wi-fi等)或任何其他类型的无线协议(例如，蓝牙、近场通信(nearfieldcommunication，nfc)等)——进行通信的无线收发器。在这样的实施方式中，网络侧接口752包括一个或更多个天线/辐射元件。例如，网络侧接口752可以包括单个天线、多个分离的天线、或配置用于多层通信——例如，单输入多输出(singleinputmultipleoutput，simo)、多输入单输出(multipleinputsingleoutput，miso)、多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，mimo)等——的多天线阵列。在其他实施方式中，收发器750通过诸如双绞线、同轴线、光纤等的有线介质来发送和接收发信。具体处理系统和/或收发器可以利用所示的部件中的所有部件或者仅所述部件的子集，并且集成的水平可以根据设备而变化。
在示例实施方式中，一种ue包括接收模块，接收模块在初始访问序列期间接收多个第一进入波束，每个第一进入波束由通信控制器通过第一载波沿不同发送方向来发送，其中，第一进入波束具有彼此不同的子载波频率范围。ue包括根据第一进入波束来生成接收度量的值的处理模块。ue包括根据上述接收度量值来选择一个第一进入波束的处理模块。ue包括发送所选择的第一进入波束的指示的发送模块。ue包括接收第二进入波束的接收模块，第二进入波束由通信控制器沿根据所选择的第一进入波束的指示的发送方向来发送，其中，第二进入波束具有第一载波的第二子载波频率范围，第一载波的第二子载波频率范围与所选择的第一进入波束的第一子载波频率范围不同。在一些实施方式中，ue可以包括用于执行实施方式中描述的步骤中的任一步骤或上述步骤的组合的其他或另外的元件。
在示例实施方式中，一种通信控制器包括发送模块，发送模块在初始访问序列期间沿多个发送方向并且以多个频率范围来发送多个第一波束。通信控制器包括接收模块，所述接收模块从无线设备接收多个第一波束的选择波束的指示。发送模块沿根据所述选择波束的指示的发送方向以与所述选择波束的第一频率范围不同的第二频率范围来发送第二波束。在一些实施方式中，通信控制器可以包括用于执行实施方式中描述的步骤中的任一步骤或所述步骤的组合的其他或另外的步骤。
本发明的所示实施方式具有以下优点：提供不同角范围的频率可标识发送波束以使得能够更快速地对网络进行初始通信访问。在一些实施方式中，毫米波系统采用信号处理技术并且使用许多小的孔径天线来保持相对于微波系统的相似的覆盖区域，而无需增大的成本、复杂度和网络干扰密度。实施方式系统通过根据在毫米波信道中的不同频率范围的几何相关性来定制通信从而在有效的波束成形以及最小的开销的情况下执行初始访问。
还提供了本发明的以下另外的示例实施方式。根据本发明的第一示例实施方式，提供了一种用于操作用户设备(userequipment，ue)的方法。该方法包括：由ue在初始访问序列期间接收多个第一进入波束，每个第一进入波束由通信控制器通过第一载波沿不同发送方向来发送，使得第一进入波束具有彼此不同的子载波频率范围。该方法还包括：根据第一进入波束来生成接收度量的值；根据接收度量值来选择一个第一进入波束；以及由ue发送所选择的第一进入波束的指示。该方法还包括：由ue接收第二进入波束，第二进入波束由通信控制器沿根据所选择的第一进入波束的指示的发送方向来发送，使得第二进入波束具有第一载波的第二子载波频率范围，第一载波的第二子载波频率范围与所选择的第一进入波束的第一子载波频率范围不同。
而且，前述的第一示例实施方式可以被实现成包括以下另外的特征中的一个或更多个特征。该方法还可以被实现成使得：接收度量包括以下至少之一：接收信号能量、参考信号接收功率、接收信号强度指示、参考信号接收质量、均方差、分组错误率、比特错误率、接收信号码功率或者信道质量指示。该方法还可以进一步被实现成包括：由ue接收由通信控制器发送的配置信息，使得配置信息包括以下至少之一：可用于初始访问的时间实例、通信控制器正在使用的发送天线的数量、第一进入波束的波形信息或者第一进入波束的频率范围。该方法还可以进一步被实现成包括：根据接收度量值来选择多个接收方向之一，使得生成接收度量值还根据上述接收方向。该方法还可以被实现成使得：(1)接收多个第一进入波束包括：由ue的多个天线接收多个第一进入波束，上述多个第一进入波束包括多个频率复用信号；根据多个接收方向对频率复用信号进行定向编码；以及从频率上对频率复用信号进行分离；(2)对频率复用信号进行定向编码包括：对频率复用信号进行相移；对所相移的频率复用信号执行模拟至数字转换以获得数字频率复用信号；以及对数字频率复用信号进行数字编码；以及(3)生成接收度量值还根据所数字编码的信号。该方法还可以进一步被实现成包括：根据通信控制器与ue之间的通信信道的估计来执行矩阵分解，使得矩阵分解包括以下至少之一：奇异值分解或特征值分解；以及对多个频率复用信号执行离散傅里叶变换，使得接收多个第一进入波束包括：由ue的多个天线接收多个频率复用信号。该方法还可以被实现成使得：第二进入波束包括多个第二进入波束；上述多个第二进入波束包括多个第二波束宽度和多个第二发送方向；所选择的第一进入波束的波束宽度比每个第二波束宽度宽；并且所选择的第一进入波束的发送角范围包括上述多个第二发送方向。该方法还可以被实现成使得：第一频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平；并且第二频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平。
根据本发明的第二示例实施方式，提供了一种用户设备(userequipment，ue)。ue包括：处理器；以及非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储供处理器执行的程序，所述程序包括用于执行以下操作的指令：接收多个第一进入波束，每个第一进入波束由通信控制器通过第一载波沿不同发送方向来发送，使得第一进入波束具有彼此不同的子载波频率范围；根据第一进入波束来生成接收度量的值；根据接收度量值来选择一个第一进入波束；发送所选择的第一进入波束的指示；以及接收第二进入波束，所述第二进入波束由通信控制器沿根据所选择的第一进入波束的指示的发送方向来发送，使得第二进入波束具有第一载波的第二子载波频率范围，第一载波的第二子载波频率范围与所选择的第一进入波束的第一子载波频率范围不同。
而且，前述第二示例实施方式可以被实现成包括以下另外的特征中的一个或更多个特征。ue还可以被实现成使得：程序还包括用于根据接收度量值选择多个接收方向之一的指令，并且生成接收度量值还根据接收方向。ue还可以进一步被实现成包括多个天线，使得用于接收多个第一进入波束的指令包括用于以下操作的指令：由多个天线接收多个频率复用信号；根据多个接收方向对频率复用信号进行定向编码；以及从频率上对频率复用信号进行分离。并且用于对频率复用信号进行定向编码的指令包括用于以下操作的指令：对频率复用信号执行模拟至数字转换以获得数字频率复用信号；以及对数字频率复用信号进行数字编码。ue还可以被进一步被实现成包括多个模拟移相器，使得用于对频率复用信号进行定向编码的指令还包括：用于对频率复用信号进行相移的指令。ue还可以被实现成使得该程序还包括用于以下操作的指令：根据通信控制器与ue之间的通信信道的估计来执行矩阵分解，使得矩阵分解包括奇异值分解或特征值分解中的至少一者；以及对多个频率复用信号执行离散傅里叶变换，使得用于接收多个第一进入波束的指令包括用于由ue的多个天线接收多个频率复用信号的指令。ue还可以被实现成使得接收度量包括以下至少之一：接收信号能量、参考信号接收功率、接收信号强度指示、参考信号接收质量、均方差、分组错误率、比特错误率、接收信号码功率、或者信道质量指示。ue还可以被实现成使得：第二进入波束包括多个第二进入波束；上述多个第二进入波束包括多个第二波束宽度和多个第二发送方向；所选择的第一进入波束的波束宽度比每个第二波束宽度宽；并且所选择的第一进入波束的发送角范围包括上述多个第二发送方向。ue还可以被实现成使得：第一频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平；并且第二频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平。
根据本发明的第三实施方式，提供了一种用于操作通信控制器的方法。该方法包括：由通信控制器在初始访问序列期间沿多个发送方向并且以多个频率范围来发送多个第一波束；从无线设备接收多个第一波束中的选择波束的指示；以及由通信控制器沿根据选择波束的指示的发送方向以与选择波束的第一频率范围不同的第二频率范围来发送第二波束。
而且，前述的第三示例实施方式可以被实现成包括以下另外的特征中的一个或更多个特征。该方法还可以被实现成使得：第二波束包括多个第二波束；上述多个第二波束包括多个第二波束宽度和多个第二发送方向；选择波束的波束宽度比每个第二波束宽度宽；并且选择波束的发送角范围包括上述多个第二发送方向。该方法还可以被实现成使得发送上述多个第一波束包括：根据上述发送方向对第一波束进行定向预编码；以及在彼此不交叠的频率范围上发送第一波束；并且使得对第一波束进行定向预编码包括：根据多个数字预编码权重对多个数字频率复用信号进行数字预编码；对所数字预编码的频率复用信号执行数字至模拟转换以获得模拟频率复用信号；以及根据多个相移对模拟频率复用信号进行相移。该方法还可以进一步被实现成包括：根据预定发送方向来确定数字预编码向量；以及根据数字预编码向量与混合预编码级联向量之间的差来确定数字预编码权重和相移。该方法还可以被实现成使得发送上述多个第一波束包括：对多个数字输入流执行逆离散傅里叶变换以获得数字频率复用信号；以及根据通信控制器与无线设备之间的通信信道的估计来执行矩阵分解，使得矩阵分解包括奇异值分解或特征值分解中的至少一者。该方法还可以被实现成使得：第一频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平，并且第二频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平。
根据本发明的第四示例实施方式，提供了一种通信控制器。该通信控制器包括处理器；以及非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质耦存储供处理器执行的程序，该程序包括用于以下操作的指令：沿多个发送方向并且以第一载波的多个子载波频率范围来发送多个第一波束；从无线设备接收上述多个第一波束中的选择波束的指示；以及沿根据选择波束的指示的发送方向以第一载波的第二子载波频率范围来发送第二波束，使得第二子载波频率范围与选择波束的第一频率范围不同。
而且，前述第四示例实施方式可以被实现成包括以下另外的特征中的一个或更多个特征。通信控制器还可以被实现成使得：第二波束包括多个第二波束；上述多个第二波束包括多个第二波束宽度和多个第二发送方向；选择波束的波束宽度比每个第二波束宽度宽；并且选择波束的发送角范围包括上述多个第二发送方向。通信控制器还可以进一步被实现成包括多个天线，使得用于发送多个第一波束的指令包括用于以下操作的指令：根据发送方向对第一波束进行定向预编码；以及在彼此不交叠的频率范围上发送第一波束；并且使得用于对第一波束进行定向预编码的指令还包括用于以下操作的指令：根据多个数字预编码权重对多个数字频率复用信号进行数字预编码；以及对所数字预编码的频率复用信号执行数字至模拟转换以获得模拟频率复用信号。通信控制器还可以进一步被实现成包括多个模拟移相器，使得用于对第一波束进行定向预编码的指令包括用于根据多个相移对模拟频率复用信号进行相移的指令。通信控制器还可以进一步被实现成使得该程序还包括用于以下操作的指令：根据预定发送方向来确定数字预编码向量；以及根据数字预编码向量与混合预编码级联向量之间的差来确定数字预编码权重和相移。通信控制器还可以被实现成使得用于发送多个第一波束的指令包括用于以下操作的指令：对多个数字输入流执行逆离散傅里叶变换以获得多个数字频率复用信号；以及根据通信控制器与无线设备之间的通信信道的估计来执行矩阵分解，使得矩阵分解包括奇异值分解或特征值分解中的至少一者。通信控制器还可以被实现成使得：第一频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平，并且第二频率范围基本上包括仅毫米波长频率水平。
虽然参照所示实施方式描述了本发明，但是该描述并非意在以限制性意义来解释。在参考该描述时，所示实施方式的各种修改和组合以及本发明的其他实施方式对于本领域技术人员会很明显。因而，所附权利要求意在包括任何这样的修改或实施方式。
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