天線設(shè)備和用于控制天線陣列的天線波束的聚焦的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及天線設(shè)備及用于對天線陣列的天線波束的聚焦進行控制的方法，以及涉及無線電基站收發(fā)臺BTS。本公開內(nèi)容還涉及蜂窩網(wǎng)絡(luò)中BTS天線波束形成。特別地，本公開內(nèi)容涉及提高了的天線波束形成精度。
【背景技術(shù)】
[0002]移動寬帶業(yè)務(wù)的普遍接受和廣泛應(yīng)用給可用的蜂窩網(wǎng)絡(luò)無線電資源帶來了巨大的壓力。通過競拍而獲得的昂貴頻譜必須得到有效利用。BTS天線波束形成是一種先進的無線電接口技術(shù)，能夠使無線電頻譜得到有效的利用。通過精確控制天線波束朝向移動用戶設(shè)備UE的方向，能夠?qū)Ψ涓C網(wǎng)絡(luò)中無線電頻率進行密集的復用，從而增加容量并且降低了移動寬帶業(yè)務(wù)的成本。在傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的一個小區(qū)內(nèi)平均地使用所分配的頻譜。與之相反，天線波束形成會將用戶所使用的頻譜部分朝向該特定用戶聚焦。這減少了對其他小區(qū)用戶的干擾，并且使頻譜得到更密集的復用。傳統(tǒng)的波束控制參數(shù)包括入射角估值和長期演進LTE閉環(huán)多輸入多輸出MMO操作中的預編碼矩陣指示PMI上報。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中一個普遍問題在于BTS與UE之間的多路徑傳播。來自UE的無線電波在建筑物上被反射，并且在上行情況下從不同方向到達BTS。在下行情況下，從BTS至UE即相反方向的無線電波也存在同樣的問題。每一反射都具有高度的頻率選擇性，因此在上行和下行使用不同頻率的頻分雙工FDD系統(tǒng)中，上行和下行中的反射條件不同。這就是通過估計上行入射角估值來控制下行波束會帶來次最佳性能的原因。
[0003]圖1示出了由不同PMI值確定的不同天線波束的原理。該圖闡述了閉環(huán)PMI上報。BTS 101生成指向無線電小區(qū)108內(nèi)的UE 103的第一波束102、第二波束104以及第三波束106。?]\0可以根據(jù)36?? TS標準來實現(xiàn)。在該特定的示例中，PMI根據(jù)3GPP TS 36.331標準來實現(xiàn)。這三個波束102、104和106的不同的天線下傾角Cti對應(yīng)于不同的PMIi值。通過接收對最大PMIi值的周期性UE報告一一在此示例中為PMI2，BTS根據(jù)所述第二波束104獲知最佳Cti下傾角值一一此示例中為α2，來用于凈負荷數(shù)據(jù)傳輸。UE 103正經(jīng)由所謂的PMI上報來上報最強天線主瓣方向104。波束選擇基于UE反饋環(huán)路。
[0004]因此，用于估計天線下傾角值的基本算法運行如下:BTS周期性地發(fā)送所有可用天線下傾角值的組合，其中每個波束都由其專用PMI碼(值)進行編碼。這些PMI碼在UE內(nèi)被解碼，并且將最強PMI上報給BTS。當ΡΜΙ2被上報時，BTS使用與所上報的PMI對應(yīng)的下傾角值例如α2。
[0005]由于波束副瓣偶爾會導致錯誤的PMI報告，所以會造成天線波束的不理想。UE錯誤地由副瓣來服務(wù)而同時主瓣卻對蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的其他UE造成強干擾。更特別地，天線副瓣確實會輻射出可以被UE錯誤地檢測到的非期望信號，從而導致錯誤的PMI報告和α選擇。
[0006]圖2示出了錯誤的ΡΜΙ4上報的示例。BTS 201生成指向無線電小區(qū)208內(nèi)的UE 203的主瓣204以及兩個副瓣202和206。盡管副瓣波束206更精確地指向UE 203，但仍上報與主瓣204相關(guān)的PMI值。即，錯誤地上報由不同天線主瓣的副瓣更佳地覆蓋的天線波束角度。根據(jù)圖1所示，具有PMI4和下傾角α4的天線主瓣204具有兩個副瓣202、206。較弱的副瓣206輻射方向不存在具有不同PMI值的較強天線主瓣。正確的波束下傾角應(yīng)當為采用ΡΜΙ2編碼的α2。檢測ΡΜΙ4會導致BTS 201采用α4而非α2來發(fā)送。因此，BTS 201向一個不同的方向而非朝向UE 203發(fā)送。
[0007]天線波束控制的傳統(tǒng)實現(xiàn)基于由BTS接收的UEPMI報告與天線波束角度α之間的一一映射。該方法的缺點在于天線副瓣所導致的所選波束角度的不準確性、信道噪聲以及測量的不準確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種提高天線陣列的天線波束的控制精度的技術(shù)。
[0009]該目的通過獨立權(quán)利要求的特征來實現(xiàn)。另外的實現(xiàn)形式從附屬權(quán)利要求、說明書及附圖會很明顯。
[0010]本發(fā)明基于以下發(fā)現(xiàn):可以通過測量傳播時延及其統(tǒng)計來確定BTS與UE之間的距離，以實現(xiàn)用于提高天線陣列的天線波束的控制精度的技術(shù)。
[0011]在包括允許波束方向控制的天線陣列的蜂窩基站中，波束方向通過UEPMI上報來確定。每個所上報的PMI值與要用于下一發(fā)送的波束角度對應(yīng)。為了提高波束角度的精度，BTS可以額外地測量BTS與UE之間傳播時間。該時間能夠被轉(zhuǎn)換為BTS與UE之間的距離。可以使用簡單的三角函數(shù)來比較α值即下傾角與傳播時間^BTS可以跟蹤所估計的t值和α值以與靜止或持續(xù)移動的UE狀態(tài)保持一致。不合格的值可能被丟棄，而其他的值會成為算法處理和波束控制的輸入值。
[0012]本發(fā)明包括移動網(wǎng)絡(luò)中可獲得的作為UE與BTS之間的定時差的其他參數(shù)的處理。該定時差也被稱為往返時間，并且被估計為無線電信號從BTS傳播至UE再從UE返回至BTS所需的時間。所述往返時間對應(yīng)于BTS與UE之間的距離。由于該距離只能平穩(wěn)地變化(例如沒有不連續(xù)的跳躍)，因此該距離對于波束選擇的引導和真實性檢查而言有效。對等于往返時間的BTS參數(shù)被稱為定時提前量。
[0013]為了選擇和跟蹤朝向UE的BTS波束角度方向，可以使用由BTS結(jié)合PMI報告而估計的定時提前量參數(shù)。由此，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中BTS天線波束形成的精度能夠得以提高。
[0014]為了詳細描述本發(fā)明，將使用以下術(shù)語、縮寫和符號:
[0015]BTS:基站收發(fā)臺
[0016]UE:用戶設(shè)備
[0017]LTE:長期演進
[0018]PU:預編碼矩陣指示
[0019]Τχ:發(fā)送
[0020]Rx:接收
[0021 ]根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種天線設(shè)備，包括控制器，所述控制器被配置成對天線陣列的朝向用戶設(shè)備的天線波束的聚焦進行控制，所述聚焦基于與導頻波束相關(guān)的反饋環(huán)路，導頻波束包括所述天線陣列的一組預定天線波束，并且所述聚焦基于天線陣列與用戶設(shè)備之間的距離。
[0022]當天線波束的聚焦另外地基于第二參數(shù)如天線陣列與用戶設(shè)備之間的距離時，天線波束的控制精度能夠提高。
[0023]在根據(jù)第一方面的天線設(shè)備的第一種實現(xiàn)方式中，所述控制器被配置成基于傳播時間測量來確定所述距離。
[0024]傳播時間測量可以通過時間戳測量來容易地實現(xiàn)。
[0025]在根據(jù)第一方面的第一實現(xiàn)方式的天線設(shè)備的第二實現(xiàn)方式中，傳播時間測量基于天線陣列與用戶設(shè)備之間的往返時延測量。
[0026]所述往返時延例如可以通過為從BTS發(fā)送至UE并且從UE返回至BTS的信號添加時間戳來容易地測量。
[0027]在根據(jù)第一方面的第一實現(xiàn)方式或第二實現(xiàn)方式的設(shè)備的第三實現(xiàn)方式中，傳播時間測量基于用戶設(shè)備內(nèi)的已知處理時間。
[0028]基于用戶設(shè)備內(nèi)的已知處理時間的傳播時間測量是精確的。
[0029]在根據(jù)第一方面的第一實現(xiàn)方式至第三實現(xiàn)方式中任一實現(xiàn)方式的天線設(shè)備的第四實現(xiàn)方式中，傳播時間測量基于信令或凈負荷流量中的定時提前量測量和時間戳測量之一O
[0030]從計算的復雜度來講，可以有效地實現(xiàn)定時提前量和時間戳測量。信令或凈負荷流量可以用于添加時基。
[0031]在根據(jù)第一方面的第二實現(xiàn)方式至第四實現(xiàn)方式中任一實現(xiàn)方式的天線設(shè)備的第五實現(xiàn)方式中，所述控制器被配置成基于用戶設(shè)備的報告來確定天線波束的波束角度。
[0032]可以通過使用用戶設(shè)備的報告來有效而準確地確定波束角度。還可以通過另外地使用傳播時間測量來進一步提高準確度?？梢酝ㄟ^上報波束角度和傳播時間兩者來有效地實現(xiàn)用戶設(shè)備的報告。
[0033]根據(jù)第一方面的第五實現(xiàn)方式的天線設(shè)備的第六實現(xiàn)方式中，所述控制器被配置成:通過結(jié)合所上報的波束角度和所測量的傳播時間、使用與所上報的波束角度相關(guān)的三角函數(shù)來控制天線波束的聚焦。
[0034]通過結(jié)合所上報的波束角度和所測量的傳播時間，可以提高波束控制的準確性。與所上報的波束角度相關(guān)的三角函數(shù)使得能夠得出波束角度與傳播時間之間的關(guān)系，例如所述波束角度的正切與BTS高度和BTS與UE之間的距離的關(guān)系對應(yīng)。
[0035]在根據(jù)第一方面的第五實現(xiàn)方式或第六實現(xiàn)方式的天線設(shè)備的第七種實現(xiàn)方式中，所述控制器被配置成:基于所上報的波束角度和所測量的傳播時間的統(tǒng)計和/或變化來控制所述聚焦。
[0036]當使用所上報的波束角度和所測量的傳播時間的統(tǒng)計和/或變化時，可以提高波束控制的準確性，尤其是在BTS的高度未知的情況下。
[0037]根據(jù)第一方面的第六實現(xiàn)方式或第七實現(xiàn)方式的天線設(shè)備的第八實現(xiàn)方式中，所述控制器被配置成:通過跟蹤所上報的波束角度和所測量的傳播時間來檢測所述反饋環(huán)路的故障。
[0038]對所上報的波束角度和所測量的傳播時間進行跟蹤可以展露出波束角度的作為故障指示的不穩(wěn)定特性。例如可以通過使用存儲器容易進行跟蹤。
[0039]在根據(jù)第一方面的或第一方面的任一上述實現(xiàn)方式的天線設(shè)備的第九實現(xiàn)方式中，所述