用于在毫米波接入系统中进行波束跟踪的非对称能力驱动方法与流程

本申请要求于2014年7月15日递交的、标题为“ASYMMETRIC CAPABILITY-DRIVEN METHODS FOR BEAM TRACKING IN MM-WAVE ACCESS SYSTEMS”的美国专利申请第14/332,330号的利益，以引用方式将其全部内容明确地并入本文。

技术领域

概括地说，本公开内容涉及通信系统，并且更具体地涉及用于在毫米波(mmW)接入系统中进行波束跟踪的非对称能力驱动方法。

背景技术：

广泛地部署无线通信系统，以提供各种电信服务，例如，通话、视频、数据、消息传送和广播。典型的无线通信系统可以采用能够通过共享可用的系统资源(例如，带宽、发射功率)支持与多个用户进行通信的多址技术。这样的多址技术的示例包括码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统、频分多址(FDMA)系统、正交频分多址(OFDMA)系统、单载波频分多址(SC-FDMA)系统和时分同步码分多址(TD-SCDMA)系统。

已经在各种电信标准中采用这些多址技术来提供使得不同的无线设备能够在城市层面、国家层面、地区层面、并且甚至全球层面进行通信的公共协议。新兴的电信标准的示例是长期演进(LTE)。LTE是对由第三代合伙伙伴计划(3GPP)发布的通用移动电信系统(UMTS)移动标准的增强集。LTE被设计为通过改善频谱效率、降低成本、改善服务、使用新的频谱并且与在下行链路(DL)上使用OFDMA、在上行链路(UL)上使用SC-FDMA和使用多输入多输出(MIMO)天线技术的其它开放标准更好地结合来更好地支持移动宽带互联网接入。然而，随着针对移动宽带接入的需求持续增加，存在着针对LTE技术的进一步改进的需要。更可取地，这些改进应当适用于其它多址技术和采用这些技术的电信标准。

技术实现要素：

在本公开内容的方面中，提供了一种方法、计算机程序产品和装置。所述装置基于来自毫米波基站(mmW-BS)的发送波束与mmW-BS建立无线通信链路，其中发送波束具有发送波束方向，接收用于指示与mmW-BS相关联的至少数字的、模拟的或混合的波束成形能力中的一者的波束成形能力信息，以及基于波束成形能力信息和与无线通信链路相关联的发送波束针对UE的M个接收波束方向中的每个接收波束方向扫描来自mmW-BS的N个发送波束。

附图说明

图1是示出了网络架构的示例的图。

图2是示出了接入网的示例的图。

图3是示出了接入网中的演进型节点B和用户设备的示例的图。

图4是设备到设备通信系统的图。

图5是示出了mmW无线通信系统的示例的图。

图6是示出了用于UE和mmW-BS的示例性扫描操作的图。

图7是示出了用于UE和mmW-BS的示例性扫描操作的图。

图8是无线通信的方法的流程图。

图9是示出了示例性的装置中的不同的模块/单元/组件之间的数据流的数据流程图。

图10是示出了针对采用处理系统的装置的硬件实现方式的示例的图。

具体实施方式

下文结合附图阐述的具体实施方式旨在作为对各种配置的描述，并非旨在表示可以实践本文描述的概念的仅有配置。具体实施方式包括出于提供对各个概念的透彻理解的目的的具体细节。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出了公知的结构和组件，以便避免使这样的概念模糊。

现在将参照各个装置和方法给出电信系统的若干方面。这些装置和方法将在下面的具体实施方式中描述，并且在附图中通过各个框、模块、组件、电路、步骤、过程、算法等(被统称为“要素”)示出。这些要素可以使用电子硬件、计算机软件或其任何组合来实现。至于这样的要素是被实现为硬件还是软件，取决于特定的应用和对整个系统施加的设计约束。

举例而言，要素、或要素的任何部分、或要素的任何组合可以利用包括一个或多个处理器的“处理系统”来实现。处理器的示例包括被配置为执行贯穿本公开内容描述的各种功能的微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件(PLD)、状态机、门控逻辑器件、分立硬件电路以及其它适合的硬件。处理系统中的一个或多个处理器可以执行软件。无论是被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言还是其它术语，软件都应当被广义地解释为意指指令、指令集、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件模块、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象，可执行文件、执行的线程、过程、函数等。

因此，在一个或多个示例性实施例中，描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任意组合的方式来实现。如果用软件的方式来实现，则可以将这些功能存储在计算机可读介质上或者被编码为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码。计算机可读介质包括计算机存储介质。存储介质可以是能够由计算机存取的任何可用的介质。通过示例而非限制的方式，这样的计算机可读介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、压缩光盘ROM(CD-ROM)或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或者能够被用来携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并且能够由计算机存取的任何其它介质。上述的组合也应当被包括在计算机可读介质的范围之内。

图1是示出了LTE网络架构100的图。LTE网络架构100可以被称为演进型分组系统(EPS)100。EPS 100可以包括一个或多个用户设备(UE)102、演进型UMTS陆地无线接入网(E-UTRAN)104、演进型分组核心(EPC)110和运营商的互联网协议(IP)服务122。EPS可以与其它接入网互连，但是为了简单起见，未示出这些实体/接口。如示出的，EPS提供分组交换服务，然而，如本领域技术人员将容易地意识到的，贯穿本公开内容给出的各个概念可以被扩展到提供电路交换服务的网络。

E-UTRAN包括演进型节点B(eNB)106和其它eNB 108，并且可以包括多播协调实体(MCE)128。eNB 106朝向UE 102提供用户和控制平面协议终止。eNB 106可以经由回程(例如，X2接口)被连接到其它eNB 108。MCE 128为演进型多媒体广播多播服务(MBMS)(eMBMS)分配时间/频率无线资源，并且确定用于eMBMS的无线配置(例如，调制和编码方案(MCS))。MCE 128可以是单独的实体或是eNB 106的一部分。eNB 106还可以被称为基站、节点B、接入点、基站收发机、无线基站、无线收发机、收发机功能单元、基本服务集(BSS)、扩展服务集(ESS)或某种其它适合的术语。eNB 106为UE 102提供到EPC 110的接入点。UE 102的示例包括蜂窝电话、智能电话、会话发起协议(SIP)电话、膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、卫星无线设备、全球定位系统、多媒体设备、视频设备、数字音频播放器(例如，MP3播放器)、照相机、游戏控制台、平板计算机或任何其它类似功能的设备。本领域技术人员还可以将UE 102称为移动站、用户站、移动单元、用户单元、无线单元、远程单元、移动设备、无线设备、无线通信设备、远程设备、移动用户站、接入终端、移动终端、无线终端、远程终端、手持机、用户代理、移动客户端、客户端或某种其它适当的术语。

eNB 106被连接到EPC 110。EPC 110可以包括移动性管理实体(MME)112、归属用户服务器(HSS)120、其它MME 114、服务网关116、多媒体广播多播服务(MBMS)网关124、广播多播服务中心(BM-SC)126和分组数据网络(PDN)网关118。MME 112是用于处理UE 102与EPC 110之间的信令的控制节点。通常，MME 112提供承载和连接管理。所有用户IP分组是通过服务网关116传送的，服务网关116自身被连接到PDN网关118。PDN网关118提供UE IP地址分配以及其它功能。PDN网关118和BM-SC 126被连接到IP服务122。IP服务122可以包括互联网、内联网、IP多媒体子系统(IMS)、PS流式传输服务(PSS)和/或其它IP服务。BM-SC 126可以提供用于MBMS用户服务提供和传递的功能。BM-SC 126可以充当用于内容提供者MBMS传输的入口点，可以被用来授权并且在PLMN内发起MBMS承载服务，并且可以被用来调度和传送MBMS传输。MBMS网关124可以被用来将MBMS业务分发给属于广播特定服务的多播广播单频网(MBSFN)区域的eNB(例如，106、108)，并且可以负责会话管理(开始/停止)并且负责收集eMBMS相关的计费信息。

在方面中，UE 102能够经由LTE网络和毫米波(mmW)系统传送信号。因此，UE 102可以通过LTE链路与eNB 106和/或其它eNB 108进行通信。另外，UE 102可以通过mmW链路与连接点(CP)或基站(BS)或mmW基站(mmW-BS)130(能够进行mmW系统通信)进行通信。

在另一方面中，其它eNB 108中的至少一个可能能够经由LTE网络和mmW系统传送信号。这样，eNB 108可以被称为LTE+mmW eNB。在另一方面中，CP/BS/mmW-BS 130可能能够经由LTE网络和mmW系统传送信号。这样，CP/BS/mmW-BS 130可以被称为LTE+mmW CP/BS。UE 102可以通过LTE链路以及通过mmW链路与其它eNB 108进行通信。

在另一方面中，其它eNB 108可能能够经由LTE网络和mmW系统传送信号，而CP/BS 130能够仅经由mmW系统传送信号。因此，不能够经由LTE网络以信号形式向其它eNB 108发送的CP/BS 130可以通过mmW回程链路与其它eNB 108进行通信。

图2是示出了LTE网络架构中的接入网200的示例的图。在该示例中，接入网200被划分成多个蜂窝区域(小区)202。一个或多个较低功率等级的eNB 208可以具有与小区202中的一个或多个小区202重叠的蜂窝区域210。较低功率等级的eNB 208可以是毫微微小区(例如，家庭eNB(HeNB))、微微小区、宏小区或远程无线头端(RRH)。宏eNB 204均被指派给相应的小区202，并且被配置为向小区202中的所有UE 206提供到EPC 110的接入点。在接入网200的该示例中不存在集中式控制器，但是可以在替代的配置中使用集中式控制器。eNB 204负责所有无线相关的功能，其包括无线承载控制、准入控制、移动性控制、调度、安全性和到服务网关116的连接性。eNB可以支持一个或多个(例如，三个)小区(还被称为扇区)。术语“小区”可以指代eNB的最小覆盖区域，和/或为特定的覆盖区域服务的eNB子系统。此外，术语“eNB”、“基站”和“小区”在本文可以可互换地使用。

在方面中，UE 206可以经由LTE网络和毫米波(mmW)系统传送信号。因此，UE 206可以通过LTE链路与eNB 204进行通信，并且通过mmW链路与连接点(CP)或基站(BS)212(能够进行mmW系统通信)进行通信。在另一方面中，eNB 204和CP/BS/mmW-BS 212可以经由LTE网络和mmW系统传送信号。这样，UE 206可以通过LTE链路和mmW链路与eNB 204进行通信(当eNB 204能够进行mmW系统通信时)，或者通过mmW链路和LTE链路与CP/BS 212进行通信(当CP/BS/mmW-BS 212能够进行LTE网络通信时)。在又一方面中，eNB 204经由LTE网络和mmW系统传送信号，而CP/BS/mmW-BS 212仅经由mmW系统传送信号。因此，不能够经由LTE网络以信号形式向eNB 204发送的CP/BS/mmW-BS 212可以通过mmW回程链路与eNB 204进行通信。

由接入网200采用的调制和多址方案可以根据被部署的特定电信标准来改变。在LTE应用中，在DL上使用OFDM并且在UL上使用SC-FDMA，来支持频分双工(FDD)和时分双工(TDD)二者。如本领域技术人员根据下面的具体实施方式将容易地意识到，本文给出的各种概念非常适合于LTE应用。然而，这些概念可以被容易地扩展到采用其它调制和多址技术的其它电信标准。举例而言，这些概念可以被扩展到演进数据优化(EV-DO)或超移动宽带(UMB)。EV-DO和UMB是由第三代合作伙伴计划2(3GPP2)发布的作为CDMA2000标准族的一部分的空中接口标准，并且采用CDMA来向移动站提供宽带互联网接入。这些概念还可以被扩展到：采用宽带CDMA(W-CDMA)和诸如TD-SCDMA之类的CDMA的其它变型的通用陆地无线接入(UTRA)；采用TDMA的全球移动通信系统(GSM)；以及采用OFDMA的演进型UTRA(E-UTRA)、IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20和闪速OFDM。在来自3GPP组织的文档中描述了UTRA、E-UTRA、UMTS、LTE和GSM。在来自3GPP2组织的文档中描述了CDMA2000和UMB。采用的实际的无线通信标准和多址技术将取决于具体应用和对系统施加的整体设计约束。

eNB 204可以具有支持MIMO技术的多个天线。对MIMO技术的使用使得eNB 204能够利用空间域来支持空间复用、波束成形和发送分集。空间复用可以被用来在相同的频率上同时发送不同的数据流。数据流可以被发送到单个UE 206以增加数据速率，或者被发送到多个UE 206以增加整体系统容量。这是通过对每个数据流进行空间预编码(即，应用对幅度和相位的缩放)并且随后在DL上通过多个发送天线发送每个经空间预编码的流来实现的。经空间预编码的数据流到达UE 206，具有不同的空间特征，这使得UE 206中的每个UE 206能够恢复去往该UE 206的一个或多个数据流。在UL上，每个UE 206发送经空间预编码的数据流，这使得eNB 204能够识别每个经空间预编码的数据流的源。

空间复用通常在信道状况良好时使用。当信道状况不太有利时，可以使用波束成形来将传输能量集中在一个或多个方向上。这可以通过对用于通过多个天线进行发送的数据进行空间预编码来实现。为了在小区的边缘处实现良好的覆盖，可以结合发送分集来使用单个流波束成形传输。

在下面的具体实施方式中，将参考在DL上支持OFDM的MIMO系统来描述接入网的各个方面。OFDM是用于在OFDM符号内将数据调制到多个子载波上的扩频技术。子载波以精确的频率间隔开。间隔提供了使得接收机能够从子载波恢复数据的“正交性”。在时域中，保护间隔(例如，循环前缀)可以被添加到每个OFDM符号，以对抗OFDM符号间干扰。UL可以使用具有DFT扩展OFDM信号形式的SC-FDMA来补偿高峰均功率比(PAPR)。

图3是在接入网中基站310与UE 350相通信的框图。基站310可以是例如LTE系统的eNB、毫米波(mmW)系统的连接点(CP)/接入点/基站、能够经由LTE系统和mmW系统传送信号的eNB、或者能够经由LTE系统和mmW系统传送信号的连接点(CP)/接入点/基站。UE 350可能能够经由LTE系统和/或mmW系统传送信号。在DL中，将来自核心网的上层分组提供给控制器/处理器375。在DL中，控制器/处理器375提供报头压缩、加密、分组分段和重新排序、逻辑信道与传输信道之间的复用以及基于各种优先级度量对UE 350的无线资源分配。控制器/处理器375还负责HARQ操作、丢失分组的重传和以信号形式向UE 350进行发送。

发送(TX)处理器316实现各种信号处理功能。信号处理功能包括用于有助于UE 350处的前向纠错(FEC)的编码和交织、以及基于各种调制方案(例如，二进制相移键控(BPSK)、正交相移键控(QPSK)、M相移键控(M-PSK)、M-正交幅度调制(M-QAM))到信号星座图的映射。然后，将经编码和调制的符号分成并行的流。然后，每个流被映射到OFDM子载波，在时域和/或频域中与参考信号(例如，导频)复用，并且然后使用快速傅里叶逆变换(IFFT)组合在一起，从而产生携带时域OFDM符号流的物理信道。对OFDM流进行空间预编码，从而产生多个空间流。来自信道估计器374的信道估计可以被用来确定编码和调制方案以及用于空间处理。信道估计可以从由UE 350发送的参考信号和/或信道状况反馈导出。然后，可以经由单独的发射机318TX将每个空间流提供给不同的天线320。每个发射机318TX可以利用相应的空间流来调制RF载波以用于发送。

在UE 350处，每个接收机354RX通过其相应的天线352来接收信号。每个接收机354RX恢复被调制到RF载波上的信息，并且将该信息提供给接收(RX)处理器356。RX处理器356实现各种信号处理功能。RX处理器356可以对该信息执行空间处理，以恢复去往UE 350的任何空间流。如果多个空间流是去往UE 350的，则它们可以由RX处理器356组合成单个OFDM符号流。然后，RX处理器356使用快速傅里叶变换(FFT)将OFDM符号流从时域变换到频域。频域信号包括针对OFDM信号的每个子载波的单独的OFDM符号流。每个子载波上的符号和参考信号是通过确定由基站310发送的最可能的信号星座图点来恢复和解调。这些软判决可以是基于由信道估计器358计算的信道估计的。然后，对软判决进行解码和解交织，以恢复最初由基站310在物理信道上发送的数据和控制信号。然后，将数据和控制信号提供给控制器/处理器359。

控制器/处理器359可以与用于存储程序代码和数据的存储器360相关联。存储器360可以被称为计算机可读介质。在DL中，控制器/处理器359提供传输信道与逻辑信道之间的解复用、分组重组、解密，报头解压缩、控制信号处理，以恢复来自核心网的上层分组。然后，将该上层分组提供给数据宿362。还可以将各种控制信号提供给数据宿362。控制器/处理器359还负责使用确认(ACK)和/或否定确认(NACK)协议进行错误检测，以支持HARQ操作。

在UL中，数据源367被用来将上层分组提供给控制器/处理器359。与结合通过基站310进行的DL传输描述的功能类似，控制器/处理器359提供报头压缩、加密、分组分段和重新排序、以及基于基站310的无线资源分配来在逻辑信道与传输信道之间进行复用。控制器/处理器359还负责HARQ操作、丢失分组的重传和以信号形式向基站310进行发送。

TX处理器368可以使用由信道估计器358从由基站310发送的参考信号或反馈导出的信道估计，来选择适当的编码和调制方案以及有助于空间处理。可以经由单独的发射机354TX将由TX处理器368生成的空间流提供给不同的天线352。每个发射机354TX可以利用相应的空间流来调制RF载波以用于发送。

以与结合UE 350处的接收机功能描述的方式类似的方式，在基站310处对UL传输进行处理。每个接收机318RX通过其相应的天线320来接收信号。每个接收机318RX恢复被调制到RF载波上的信息，并且将该信息提供给RX处理器370。

控制器/处理器375可以与用于存储程序代码和数据的存储器376相关联。存储器376可以被称为计算机可读介质。在UL中，控制器/处理器375提供传输信道与逻辑信道之间的解复用、分组重组、解密、报头解压缩、控制信号处理，以恢复来自UE 350的上层分组。可以将来自控制器/处理器375的上层分组提供给核心网。控制器/处理器375还负责使用ACK和/或NACK协议进行错误检测，以支持HARQ操作。

图4是设备到设备通信系统400的图。设备到设备通信系统400包括多个无线设备404、406、408、410。设备到设备通信系统400可以与蜂窝通信系统(诸如例如，无线广域网(WWAN))重叠。无线设备404、406、408、410中的一些无线设备可以在设备到设备通信中使用DL/UL WWAN频谱一起通信，一些无线设备可以与基站402通信，而一些无线设备可以做这两者。例如，如图4中示出的，无线设备408、410处于设备到设备通信，以及无线设备404、406处于设备到设备通信。无线设备404、406还与基站402进行通信。

下文讨论的示例性的方法和装置适用于各种各样的无线设备到设备通信系统中的任何通信系统，诸如例如，基于FlashLinQ、WiMedia、蓝牙、ZigBee的无线设备到设备通信系统，或者基于IEEE 802.11标准的Wi-Fi。为了简化讨论，在LTE的背景下讨论示例性的方法和装置。然而，本领域普通技术人员将理解的是，示例性的方法和装置更普遍地适用于各种各样的其它无线设备到设备通信系统。

mmW通信系统可以在载波波长在几毫米量级的非常高的频带(例如，10.0GHz至300.0GHz)处操作。mmW系统可以在多个天线和波束成形的帮助下操作，以克服具有低增益的信道。例如，高载波频带处的严重衰减会将发送的信号的范围限制到几十米(例如，1米至50米)。此外，障碍物(例如，墙壁、家具、人等)的存在会阻挡高频毫米波的传播。这样，高载波频率的传播特性使对于mmW-BS与UE之间的定向波束成形的需要成为必需，所述定向波束成形将发送能量集中在与主要空间散射体、反射体和/或衍射路径相对应的特定空间方向上，以克服损耗。波束成形可以经由协作以沿至接收设备的特定方向对高频信号进行波束成形的天线阵列(例如，相控阵列)来实现，并且因此扩大了信号的范围。尽管mmW系统可以以独立的方式操作，但是mmW系统可以结合多个建立的较低频率(和较低带宽)系统(例如，LTE)来实现。

在方面中，在mmW系统中发送的特定波束方向可能需要被可靠地确定并且具有最小时延。此外，随着UE相对于mmW-BS和主要的散射体移动，可能需要保持和/或跟踪空间方向。随着时间的推移，UE的任意旋转(例如，用户的手对UE的旋转)和(例如，由覆盖UE的部分的用户的手导致的)UE处的信号阻挡可能需要经由波束成形来重新定向，以避免与mmW-BS的链路故障。应当注意到的是，这样的问题通常不是LTE和其它无线通信标准的事，因为传播和阻挡损耗是可忽略的，并且性能通常不依赖于波束成形方案(从整个大量天线获得阵列增益)的成功。在某些方面中，经常使用受益于空间分集的较高等级的方案来使LTE的速率最大化，然而，由于射频(RF)复杂度和成本约束，这样的方案难以在mmW系统中实现。

在方面中，mmW系统中的mmW-BS和UE可以具有不同的能力(还被称为非对称能力)。例如，mmW-BS和UE可以具有不同数量的天线、不同数量的天线子阵列、不同类型的子阵列(线性的、平面的等)、不同的波束成形器架构类型(例如，数字的、模拟的/RF、混合的)和/或不同的发送功率。如下文讨论的，可以利用mmW-BS与UE之间的这样的能力差异来有效地实现波束跟踪(还被称为波束扫描)过程。

在另一方面中，第一UE(例如，无线设备404)和第二UE(例如，无线设备406)可以被配置用于mmW系统中的设备到设备通信，并且可以具有不同的能力。例如，第一UE和第二UE可以具有不同数量的天线、不同数量的天线子阵列、不同类型的子阵列(线性的、平面的等)、不同的波束成形器架构类型(例如，数字的、模拟的/RF、混合的)和/或不同的发送功率。可以利用第一UE与第二UE之间的这样的能力差异来有效地实现第一UE与第二UE之间的波束跟踪过程。

图5是示出了mmW通信系统500的示例的图。mmW通信系统500包括UE 502和mmW-BS 504。在方面中，UE 502和mmW-BS 504可以执行初始同步和发现以建立通信链路。例如，UE 502和mmW-BS 504可以沿着路径506建立通信链路。在执行初始同步和发现之后，UE 502和mmW-BS 504均可以具有与从mmW-BS 504到UE 502的L个主要路径相对应的L数量的方向(还被称为波束成形方向或角度)的估计。在方面中，L是大于1的整数(由于分集的原因)。在方面中，mmW-BS 504和/或UE 502可以具有对这些L个主要路径的相对强度的估计，从而允许对最主要的路径执行初始波束成形。

在方面中，在UE 502和mmW-BS 504两者处跟踪剩余的L-1个主要路径，以便如果并且当出现如下需求时，确保从L个主要路径中的最主要的路径(例如，路径506)平滑地切换到剩余的L-1个其它路径中的任何路径(例如，从表面522反射的路径514)。例如，这样的从最主要的路径切换到剩余的L-1个路径中的任何路径的需求可能在最主要的路径不期望地被障碍物阻挡(由于UE 502的移动性)的情况下，或者如果(反射体和散射体的)材料性质随着角度的函数变化而出现。

在方面中，UE 502和/或mmW-BS 504可以具有可能有助于跟踪(还被称为扫描)先前讨论的L-1个主要路径及其相应的强度的一个或多个波束成形能力。在方面中，波束成形能力可以是mmW通信系统500中的一个设备具有比mmW通信系统500中的另一设备更大数量的天线。例如，mmW-BS 504可以具有比UE 502更大数量的天线。mmW-BS 504与UE 502之间的天线数量的这种差异可以允许mmW-BS 504比UE 502在时隙内扫描通过更多方向和/或扇区，为了得知相应的波束方向。例如，与UE 502能够在给定的时隙中扫描其可能的波束成形角度(例如，与波束516、518和/或520相对应的角度)中的每个角度相比，mmW-BS 504可以使用其较大数量的天线来更快速地扫描其可能的波束成形角度(例如，与波束508、510和/或512相对应的角度)中的每个角度。

在方面中，波束成形能力可以是模拟波束成形能力。例如，mmW-BS 504可以具有模拟波束成形能力，其可以允许mmW-BS 504每次通过一个可用的RF链来发送单个波束(例如，沿着路径506的波束510)。当提及调制解调器的发送侧时，术语RF链指代功率放大器、数模转换器和混频器的组合，或者当提及调制解调器的接收机侧时，术语RF链指代低噪声放大器、分离器(demixer)和模数转换器的组合。在方面中，波束成形能力可以是数字波束成形能力。例如，mmW-BS 504可以具有对应于与天线的数量相同数量的RF链的数字波束成形能力，其可以允许mmW-BS 504以峰值增益为代价通过沿多个方向发出电磁能来同时发送多个波束(例如，波束508、510和/或512)。在方面中，波束成形能力可以是混合波束成形能力，其中，RF链的数量多于一个并且少于天线的数量。例如，mmW-BS 504可以具有混合波束成形能力，其可以允许mmW-BS 504从mmW-BS 504的RF链中的每个RF链发送波束。在方面中，波束成形能力可以是多个天线子阵列的可用性。例如，UE 502可以具有多个天线子阵列，其允许UE 502沿不同的方向(例如，波束516、518和520的相应的方向)从天线子阵列中的每个天线子阵列发送波束，以克服RF障碍物，例如，UE的非故意地阻挡波束路径的用户的手。

在另一方面中，波束成形能力可以是mmW通信系统500中的一个设备具有比mmW通信系统500中的另一设备更高的天线切换速度。例如，mmW-BS 504可以具有比UE 502更高的天线切换速度。在这样的示例中，在UE沿固定的方向发送波束时，可以通过将mmW-BS 504配置为扫描不同的方向和/或扇区来利用mmW-BS 504的较高的天线切换速度。在另一示例中，UE 502可以具有比mmW-BS 504更高的天线切换速度。在这样的示例中，在mmW-BS 504沿固定的方向发送波束时，可以通过将UE 502配置为扫描不同的方向和/或扇区来利用UE 502的更高的天线切换速度。

在初始同步和发现阶段之后，通常由UE 502和/或mmW-BS 504来执行波束跟踪，其中，对波束角度的初始估计已经由UE 502和/或mmW-BS 504获得。因此，应当注意到的是，初始发现阶段以差的信噪比(SNR)状况为特征，而波束跟踪以合理的链路余量/SNR为特征。

波束跟踪算法通常将在初始同步和发现期间得知的角度用作初始值(还被称为种子值)，并且随后在角度的动态范围是小的时间段内，在窄的范围内对这些角度进行微调。例如，如果UE 502正在以100mph行进，并且UE 502与mmW-BS 504之间的距离为100米，则从mmW-BS 504到UE 502的路径(例如，路径506)的角度可以以每100.0毫秒(ms)2.5度的量级改变。在这样的示例中，当UE 502正在沿波束518的方向跟踪路径506时，UE 502可以在其初始化的角度周围在窄的范围(例如，包括相对于图5中的波束518的角度的角度θ₃和θ₄的角度范围T)内进行搜索，以达到用于跟踪阶段的最佳角度估计。例如，θ₃可以是种子值+2.0度，而θ₄可以是种子值–2.0度。因此，通过利用mmW-BS 504和UE 502处的非对称能力，可以显著地增大跟踪过程的速度。

在方面中，mmW-BS 504可以具有数字波束成形能力，其具有NK数量的RF链，并且UE 502可以具有一个RF链(例如，UE 502具有单个模拟或RF波束成形器)或至多两个RF链(例如，UE 502具有混合波束成形器)。多个RF链的存在可以将针对波束跟踪所需的时间减少多个RF链的数量的因子，因为可以使用这些RF链来同时搜索多个方向。例如，当mmW-BS 504具有数字波束成形能力(其具有至少两个RF链)时，mmW-BS 504可以在一个时隙中沿着第K路径(例如，路径506)和第I路径(例如，路径514)(其中，K≠I)的初始化方向同时发送波束。UE 502可以将其天线配置为每次一个地循环通过其可能的方向，以确定每对路径(例如，第K路径和第I路径)的最佳路径。

在方面中，UE 502可以具有多个天线子阵列。UE 502的多个天线子阵列可以确保信令分集，以克服动态信令减损，例如，信号路径的物理障碍物。例如，这样的物理障碍物可以是阻挡信号路径的用户的手或身体的一部分。在这样的方面中，在mmW-BS 504沿单个方向进行波束成形的情况下，UE 502可以使用其天线子阵列中的每个子阵列来检查来自不同方向的接收信号质量，由此使跟踪过程加速UE 502的可用天线子阵列的数量。例如，当UE 502具有至少两个天线子阵列时，mmW-BS 504可以将其波束成形器固定到用于第I路径514的初始化方向的那一个，同时UE 502沿不同的方向(例如，波束516、518和/或520的方向)循环通过其天线子阵列，以相对于UE 502不具有天线子阵列的情况的缩短的跟踪时间确定用于第I路径514的最佳方向(例如，波束520的方向)。

在方面中，当mmW-BS 504具有数字波束成形能力并且UE 502具有多个天线子阵列时，mmW-BS 504和UE 502可以同时采用这些能力来显著地提高由mmW-BS 504和UE 502执行的跟踪过程的速度。例如，mmW-BS 504可以沿着用于第K路径和第I路径(其中，K≠I)的初始化方向发送波束，并且UE 502可以沿不同的方向循环通过其天线子阵列，以缩短的跟踪时间确定用于任一路径的最佳方向。在另一方面中，并且如下文关于图7讨论的，当UE 502具有数字或混合波束成形能力时，UE 502可以采用数字或混合波束成形能力来显著地提高跟踪过程的速度。

图6是示出了用于UE 502和mmW-BS 504的扫描操作的示例性帧结构600的图。在图6的方面中，UE 502和mmW-BS 504均可以具有单个天线。如图6中示出的，mmW-BS 504可以在多个时隙(例如，时隙1 602、时隙2 604、时隙U 606)中的每个时隙期间沿单个方向(例如，方向“D₁”)发送波束。如在图6中进一步示出的，UE 502可以在相应的时隙(例如，时隙1 602、时隙2 604、时隙U 606)中的每个时隙期间扫描其U数量的可能方向(例如，方向“D₁”至“D_U”)中的每个方向，以确定来自mmW-BS 504的波束的最佳路径。例如，时隙(例如，时隙1 602、时隙2 604、时隙U 606)中的每个时隙可以具有相同的持续时间。在这样的示例中，图6中的扫描时段1的持续时间可以等于UE 502扫描其U个方向中的每个方向所需的U个时隙的总和。

随后，mmW-BS 504可以沿另一方向(例如，方向“D₂”)发送波束，同时UE 502扫描其U数量的可能方向中的每个方向，以确定来自mmW-BS 504的波束的最佳路径。如图6中示出的，mmW-BS 504可以在多个时隙(例如，时隙1 608、时隙2 610、时隙U 612)中的每个时隙期间沿单个方向(例如，方向“D₂”)发送波束。如在图6中进一步示出的，UE 502可以在相应的时隙(例如，时隙1 608、时隙2 610、时隙U 612)中的每个时隙期间扫描其U数量的可能方向(例如，方向“D₁”至“D_U”)中的每个方向，以确定来自mmW-BS 504的波束的最佳路径。例如，时隙(例如，时隙1 608、时隙2 610、时隙U 612)中的每个时隙可以具有相同的持续时间。在这样的示例中，图6中的扫描时段2的持续时间可以等于UE 502扫描其U个方向中的每个方向所需的U个时隙的总和。

mmW-BS 504可以以与先前关于图6中的扫描时段1和2讨论的传输类似的方式，沿其P数量的可能方向中的最后一个方向发送波束。例如，mmW-BS 504可以在相应的时隙(例如，时隙1 614、时隙2 616、时隙U 618)中的每个时隙期间沿其可能的方向中的最后一个方向(例如，方向“D_P”)发送波束。如在图6中进一步示出的，UE 502可以在相应的时隙(例如，时隙1 614、时隙2 616、时隙U 618)中的每个时隙期间扫描其U数量的可能方向(例如，方向“D₁”至“D_U”)中的每个方向，以确定来自mmW-BS 504的波束的最佳路径。例如，时隙(例如，时隙1 614、时隙2 616、时隙U 618)中的每个时隙可以具有相同的持续时间。在这样的示例中，图6中的扫描时段P的持续时间可以等于UE 502扫描其U个方向中的每个方向所需的U个时隙的总和。

图7是示出了用于UE 502和mmW-BS 504的示例性扫描操作的帧结构700。在图7的配置中，UE 502可以具有多个天线子阵列并且mmW-BS 504可以具有数字波束成形能力。如图7中示出的，mmW-BS 504可以通过在扫描时段的相应时隙(例如，时隙1 702、时隙2 704、时隙U/2 706)中的每个时隙期间沿两个不同的方向同时发送两个波束(例如，沿方向“D₁”的第一波束和沿方向“D₂”的第二波束)来沿P数量的可能方向(例如，方向“D₁”至“D_P”)发送波束。如在图7中进一步示出的，UE 502可以在相应时隙(例如，时隙1 702、时隙2 704、时隙U/2 706)中的每个时隙期间扫描其U数量的可能方向中的两个不同的方向(例如，在第一时隙中的方向“D₁”和方向“D₂”，在第二时隙中的方向“D₃”和方向“D₄”，以此类推)，以确定来自mmW-BS 504的波束的最佳路径。例如，时隙中的每个时隙可以具有相同的持续时间。在这样的示例中，图7中的扫描时段1的持续时间可以等于mmW-BS 504针对其P个方向中的每个方向发送波束所需的U/2个时隙的总和。

如在图7中进一步示出的，mmW-BS 504可以在相应时隙(例如，时隙1 708、时隙2 710、时隙U/2 712)中的每个时隙期间沿两个不同的方向同时发送两个波束(例如，沿方向“D₃”的第一波束和沿方向“D₄”的第二波束)。如在图7中进一步示出的，UE 502可以在相应时隙(例如，时隙1 708、时隙2 710、时隙U/2 712)中的每个时隙期间扫描其U数量的可能方向中的两个不同的方向(例如，在第一时隙中的方向“D₁”和方向“D₂”，在第二时隙中的方向“D₃”和方向“D₄”，以此类推)，以确定来自mmW-BS 504的波束的最佳路径。例如，时隙中的每个时隙可以具有相同的持续时间。在这样的示例中，图7中的扫描时段2的持续时间可以等于mmW-BS 504针对其P个方向中的每个方向发送波束所需的U/2个时隙的总和。

如图7中示出的，mmW-BS 504可以通过在相应时隙(例如，时隙1 714、时隙2 716、时隙U/2 718)中的每个时隙期间沿两个不同的方向同时发送两个波束(例如，沿方向“D_P-1”的第一波束和沿方向“D_P”的第二波束)来沿其P数量的可能方向中的最后两个方向发送波束。如在图7中进一步示出的，UE 502可以在相应时隙(例如，时隙1 714、时隙2 716、时隙U/2718)中的每个时隙期间扫描其U数量的可能方向中的两个不同的方向(例如，在第一时隙中的方向“D₁”和方向“D₂”，在第二时隙中的方向“D₃”和方向“D₄”，以此类推)，以确定来自mmW-BS 504的波束的最佳路径。例如，时隙中的每个时隙可以具有相同的持续时间。在这样的示例中，图7中的扫描时段P/2的持续时间可以等于UE 502扫描其U个方向中的每个方向所需的U/2个时隙的总和。

应当理解的是，在图6的方面中，UE 502和mmW-BS 504被装备有仅一个天线，并且未利用UE 502和mmW-BS 504的能力。这样，在一个示例中，当装备有一个天线的mmW-BS 504沿四个可能的方向(例如，U＝4)发送波束时，将需要四个扫描时段(每个方向一个扫描时段)来覆盖mmW-BS 504的所有四个方向(例如，方向“D₁”至“D₄”)。然而，在图7的方面中，UE 502可以接收与mmW-BS相关联的波束成形能力信息，并且可以修改扫描操作，以利用在波束成形能力信息中指示的能力中的一个或多个能力。例如，波束成形能力信息可以指示mmW-BS 504具有数字波束成形能力，并且因此可以在单个时隙中沿不同的方向发送两个或更多波束。因为经由所接收的能力信息向UE 502通知mmW-BS的这样的数字波束成形能力，所以UE 502可以确定多个波束可以由mmW-BS 504在单个时隙中沿不同的方向来发送。因此，UE 502可以实现其两个天线子阵列，以在时隙中沿两个不同的方向同时扫描波束，从而显著地提高扫描操作的速度。

例如，在图7的方面中，当mmW-BS 504沿四个可能方向(例如，U＝4)发送波束时，将需要两个扫描时段(每两个方向一个扫描时段)来覆盖mmW-BS 504的所有四个方向(例如，方向“D₁”至“D₄”)。因此，如果图6和图7中的时隙被配置为在持续时间上相等，则图7的方面中的扫描操作将需要一半数量的扫描时段，其中如图6的方面中所需的每一扫描时段一半数量的时隙供UE 502扫描mmW-BS 504的所有可能方向。

在方面中，UE 502可以将与UE 502相关联的波束成形能力信息发送到mmW-BS 504。例如，波束成形能力信息可以指示UE 502具有两个天线子阵列，并且因此可以在单个时隙中沿两个不同的方向扫描波束。因此，具有数字波束成形能力的mmW-BS 504可以如图7中示出的在每个时隙中发送具有不同方向的两个波束，由此利用数字波束成形能力来显著地提高扫描操作的速度。

应当理解的是，在mmW-BS 504被配置为发送波束，而UE 502被配置为扫描波束的情况下，图6和图7中公开的方面表示示例性配置。在其它方面中，UE 502可以被配置为发送波束，而mmW-BS 504可以被配置为以与上文关于图6和图7描述的扫描操作类似的方式扫描波束。

图8是无线通信的方法的流程图800。该方法可以由UE(例如，UE 502、装置902/902')执行。应当注意到的是，在图8中利用虚线指示的框(例如，框806、框810和框812)表示可选的框。

在框802处，UE基于来自mmW-BS的发送波束与mmW-BS建立无线通信链路，发送波束具有发送波束方向。例如，UE 502可以基于沿着路径506的发送波束510与mmW-BS 504建立无线通信链路。

在框804处，UE接收用于指示与mmW-BS相关联的至少数字的、模拟的或混合的波束成形能力中的一者的波束成形能力信息。在另一方面中，波束成形能力信息指示mmW-BS的天线切换速度。

在框806处，UE将与UE相关联的波束成形能力信息发送到mmW-BS。在方面中，UE 502可以发送用于指示数字的、模拟的或混合的波束成形能力的波束成形能力信息。在另一方面中，与UE相关联的波束成形能力信息指示UE包括多个天线子阵列。在另一方面中，与UE相关联的波束成形能力信息指示UE的天线切换速度。

在框808处，UE基于波束成形能力信息和与无线通信链路相关联的发送波束针对UE的M个接收波束方向中的每个接收波束方向扫描来自mmW-BS的N个发送波束。在方面中，UE通过在单个时隙中使用多个天线子阵列来扫描N个发送波束。在方面中，UE通过为N个发送波束方向配置天线权重和/或相位和幅度来扫描N个发送波束。在方面中，N个发送波束包括在无线通信链路的发送波束方向的角度范围T内的N个发送波束方向。在方面中，扫描进一步基于与UE相关联的波束成形能力信息。

在框810处，UE从N个发送波束中确定发送波束集中的一个或多个优选的扫描的波束。在方面中，该确定是由UE通过将所扫描的波束的信号质量与门限进行比较并且选择满足或超过该门限的一个或多个波束来执行的。

最后，在框812处，UE发送用于指示优选的一个或多个扫描的波束的信息。

图9是示出了示例性装置902中的不同的模块/单元/组件之间的数据流的概念性数据流图900。该装置可以是UE。该装置包括：用于接收用于指示与mmW-BS(例如，mmW-BS 950)相关联的至少数字的、模拟的或混合的波束成形能力中的一者的波束成形能力信息的模块904，用于基于来自mmW-BS的发送波束与mmW-BS建立无线通信链路的模块906，其中发送波束具有发送波束方向，用于基于波束成形能力信息和与无线通信链路相关联的发送波束针对UE的M个接收波束方向中的每个接收波束方向扫描来自mmW-BS的N个发送波束的模块908，用于从N个发送波束中确定发送波束集中的一个或多个优选的扫描的波束的模块910，用于将与UE相关联的波束成形能力信息(经由发送模块914)发送到mmW-BS 950的模块912，以及用于发送用于指示优选的一个或多个扫描的波束的信息的模块914。

该装置可以包括用于执行图8的前述流程图中的框中的每个框的另外的模块。这样，图8的前述流程图中的每个框可以由模块执行，并且该装置可以包括这些模块中的一个或多个模块。模块可以是专门被配置为执行所陈述的过程的一个或多个硬件组件、或其某种组合，所陈述的过程由被配置为执行所陈述的过程的处理器来实现、被存储在用于由处理器实现的计算机可读介质内。

图10是示出了针对采用处理系统1014的装置902'的硬件实现方式的示例的图1000。处理系统1014可以利用通常用总线1024表示的总线架构来实现。根据处理系统1014的具体应用和整体设计约束，总线1024可以包括任意数量的互连总线和桥接器。总线1024将包括用处理器1004、模块904、906、908、910、912和914表示的一个或多个处理器和/或硬件模块、以及计算机可读介质/存储器1006的各种电路链接在一起。总线1024还可以链接在本领域中公知的各种其它电路，例如，定时源、外围设备、电压调节器和功率管理电路，并且因此，将不再对所述各种其它电路进行进一步地描述。

处理系统1014可以被耦合到收发机1010。收发机1010被耦合到一个或多个天线1020。收发机1010提供用于通过传输介质与各种其它装置进行通信的单元。收发机1010接收来自一个或多个天线1020的信号，从所接收的信号中提取信息，并且将所提取的信息提供给处理系统1014，具体为接收模块904。另外，收发机1010接收来自处理系统1014(具体为发送模块914)的信息，并且基于所接收的信息来生成要被应用到一个或多个天线1020的信号。处理系统1014包括被耦合到计算机可读介质/存储器1006的处理器1004。处理器1004负责一般的处理，其包括对被存储在计算机可读介质/存储器1006上的软件的执行。软件在被处理器1004执行时，使得处理系统1014执行上文针对任何特定装置描述的各种功能。计算机可读介质/存储器1006还可以被用于存储当执行软件时被处理器1004操纵的数据。处理系统还包括模块904、906、908、910、912和914中的至少一个模块。模块可以是在处理器1004中运行的、驻留/存储在计算机可读介质/存储器1006中的软件模块，被耦合到处理器1004的一个或多个硬件模块，或其某种组合。处理系统1014可以是UE 350的组件，并且可以包括存储器360、和/或TX处理器368、RX处理器356和控制器/处理器359中的至少一个。

在一种配置中，用于无线通信的装置902/902'包括：用于基于来自mmW-BS的发送波束与mmW-BS建立无线通信链路的单元，其中发送波束具有发送波束方向，用于接收用于指示与mmW-BS相关联的至少数字的、模拟的或混合的波束成形能力中的一者的波束成形能力信息的单元，用于基于波束成形能力信息和与无线通信链路相关联的发送波束针对UE的M个接收波束方向中的每个接收波束方向扫描来自mmW-BS的N个发送波束的单元，用于从N个发送波束中确定发送波束集中的一个或多个优选的扫描的波束的单元，用于发送用于指示优选的一个或多个扫描的波束的信息的单元，用于将与UE相关联的波束成形能力信息发送给mmW-BS的单元。前述单元可以是被配置为执行由前述单元记载的功能的装置902和/或装置902'的处理系统1014的前述模块中的一个或多个模块。如上所述，处理系统1014可以包括TX处理器368、RX处理器356和控制器/处理器359。这样，在一种配置中，前述单元可以是被配置为执行由前述单元记载的功能的TX处理器368、RX处理器356和控制器/处理器359。

应当理解的是，公开的过程/流程图中的框的特定顺序或层次是对示例性方法的说明。应当理解的是，基于设计偏好，可以重新排列过程/流程图中的框的特定顺序或层次。此外，一些框可以被组合或省略。所附方法权利要求以作为例子的顺序呈现各个框的要素，并非意指被限制到呈现的特定顺序或层级。

提供先前描述以使得本领域任何技术人员能够实践本文描述的各个方面。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文定义的一般原理可以被应用于其它方面。因此，权利要求不旨在被限制到本文示出的方面，而是要被授予与权利要求所表达的内容相一致的全部范围，其中，除非特别如此声明，否则以单数形式对要素的提及不旨在意指“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。词语“示例性的”在本文被用来意指“充当示例、实例或说明”。本文被描述为“示例性的”任何方面不必然地被解释为优选的或比其它方面有优势。除非另外特别声明，否则术语“一些”指代一个或多个。诸如“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的至少一个”和“A、B、C或其任何组合”的组合包括A、B和/或C的任何组合，并且可以包括多个A、多个B或多个C。具体地，诸如“A、B或C中的至少一个”、“A、B和C中的至少一个”和“A、B、C或其任何组合”的组合可以是只有A、只有B、只有C、A和B、A和C、B和C、或者A和B和C，其中任何这样的组合可以包含A、B或C中的一个成员或多个成员。本领域普通技术人员已知的或稍后渐渐被熟知的、贯穿本公开内容描述的各个方面的要素的所有结构的和功能的等同物通过引用的方式被明确地并入本文，并且旨在被权利要求所涵盖。此外，本文公开的任何内容都不旨在被奉献给公众，而不管这样的公开内容是否被明确地记载在权利要求中。除非使用短语“用于……的单元”来明确地记载要素，否则任何权利要求的要素都不被解释为功能单元。