天线设备和用于控制天线阵列的天线波束的聚焦的方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及天线设备及用于对天线阵列的天线波束的聚焦进行控制的方法，以及涉及无线电基站收发台BTS。本公开内容还涉及蜂窝网络中BTS天线波束形成。特别地，本公开内容涉及提高了的天线波束形成精度。
【背景技术】
[0002]移动宽带业务的普遍接受和广泛应用给可用的蜂窝网络无线电资源带来了巨大的压力。通过竞拍而获得的昂贵频谱必须得到有效利用。BTS天线波束形成是一种先进的无线电接口技术，能够使无线电频谱得到有效的利用。通过精确控制天线波束朝向移动用户设备UE的方向，能够对蜂窝网络中无线电频率进行密集的复用，从而增加容量并且降低了移动宽带业务的成本。在传统的蜂窝网络中，网络的一个小区内平均地使用所分配的频谱。与之相反，天线波束形成会将用户所使用的频谱部分朝向该特定用户聚焦。这减少了对其他小区用户的干扰，并且使频谱得到更密集的复用。传统的波束控制参数包括入射角估值和长期演进LTE闭环多输入多输出MMO操作中的预编码矩阵指示PMI上报。蜂窝网络中一个普遍问题在于BTS与UE之间的多路径传播。来自UE的无线电波在建筑物上被反射，并且在上行情况下从不同方向到达BTS。在下行情况下，从BTS至UE即相反方向的无线电波也存在同样的问题。每一反射都具有高度的频率选择性，因此在上行和下行使用不同频率的频分双工FDD系统中，上行和下行中的反射条件不同。这就是通过估计上行入射角估值来控制下行波束会带来次最佳性能的原因。
[0003]图1示出了由不同PMI值确定的不同天线波束的原理。该图阐述了闭环PMI上报。BTS 101生成指向无线电小区108内的UE 103的第一波束102、第二波束104以及第三波束106。?]\0可以根据36?? TS标准来实现。在该特定的示例中，PMI根据3GPP TS 36.331标准来实现。这三个波束102、104和106的不同的天线下倾角Cti对应于不同的PMIi值。通过接收对最大PMIi值的周期性UE报告一一在此示例中为PMI2，BTS根据所述第二波束104获知最佳Cti下倾角值一一此示例中为α2，来用于净负荷数据传输。UE 103正经由所谓的PMI上报来上报最强天线主瓣方向104。波束选择基于UE反馈环路。
[0004]因此，用于估计天线下倾角值的基本算法运行如下:BTS周期性地发送所有可用天线下倾角值的组合，其中每个波束都由其专用PMI码(值)进行编码。这些PMI码在UE内被解码，并且将最强PMI上报给BTS。当ΡΜΙ2被上报时，BTS使用与所上报的PMI对应的下倾角值例如α2。
[0005]由于波束副瓣偶尔会导致错误的PMI报告，所以会造成天线波束的不理想。UE错误地由副瓣来服务而同时主瓣却对蜂窝网络中的其他UE造成强干扰。更特别地，天线副瓣确实会辐射出可以被UE错误地检测到的非期望信号，从而导致错误的PMI报告和α选择。
[0006]图2示出了错误的ΡΜΙ4上报的示例。BTS 201生成指向无线电小区208内的UE 203的主瓣204以及两个副瓣202和206。尽管副瓣波束206更精确地指向UE 203，但仍上报与主瓣204相关的PMI值。即，错误地上报由不同天线主瓣的副瓣更佳地覆盖的天线波束角度。根据图1所示，具有PMI4和下倾角α4的天线主瓣204具有两个副瓣202、206。较弱的副瓣206辐射方向不存在具有不同PMI值的较强天线主瓣。正确的波束下倾角应当为采用ΡΜΙ2编码的α2。检测ΡΜΙ4会导致BTS 201采用α4而非α2来发送。因此，BTS 201向一个不同的方向而非朝向UE 203发送。
[0007]天线波束控制的传统实现基于由BTS接收的UEPMI报告与天线波束角度α之间的一一映射。该方法的缺点在于天线副瓣所导致的所选波束角度的不准确性、信道噪声以及测量的不准确性。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种提高天线阵列的天线波束的控制精度的技术。
[0009]该目的通过独立权利要求的特征来实现。另外的实现形式从附属权利要求、说明书及附图会很明显。
[0010]本发明基于以下发现:可以通过测量传播时延及其统计来确定BTS与UE之间的距离，以实现用于提高天线阵列的天线波束的控制精度的技术。
[0011]在包括允许波束方向控制的天线阵列的蜂窝基站中，波束方向通过UEPMI上报来确定。每个所上报的PMI值与要用于下一发送的波束角度对应。为了提高波束角度的精度，BTS可以额外地测量BTS与UE之间传播时间。该时间能够被转换为BTS与UE之间的距离。可以使用简单的三角函数来比较α值即下倾角与传播时间^BTS可以跟踪所估计的t值和α值以与静止或持续移动的UE状态保持一致。不合格的值可能被丢弃，而其他的值会成为算法处理和波束控制的输入值。
[0012]本发明包括移动网络中可获得的作为UE与BTS之间的定时差的其他参数的处理。该定时差也被称为往返时间，并且被估计为无线电信号从BTS传播至UE再从UE返回至BTS所需的时间。所述往返时间对应于BTS与UE之间的距离。由于该距离只能平稳地变化(例如没有不连续的跳跃)，因此该距离对于波束选择的引导和真实性检查而言有效。对等于往返时间的BTS参数被称为定时提前量。
[0013]为了选择和跟踪朝向UE的BTS波束角度方向，可以使用由BTS结合PMI报告而估计的定时提前量参数。由此，蜂窝网络中BTS天线波束形成的精度能够得以提高。
[0014]为了详细描述本发明，将使用以下术语、缩写和符号:
[0015]BTS:基站收发台
[0016]UE:用户设备
[0017]LTE:长期演进
[0018]PU:预编码矩阵指示
[0019]Τχ:发送
[0020]Rx:接收
[0021 ]根据第一方面，本发明涉及一种天线设备，包括控制器，所述控制器被配置成对天线阵列的朝向用户设备的天线波束的聚焦进行控制，所述聚焦基于与导频波束相关的反馈环路，导频波束包括所述天线阵列的一组预定天线波束，并且所述聚焦基于天线阵列与用户设备之间的距离。
[0022]当天线波束的聚焦另外地基于第二参数如天线阵列与用户设备之间的距离时，天线波束的控制精度能够提高。
[0023]在根据第一方面的天线设备的第一种实现方式中，所述控制器被配置成基于传播时间测量来确定所述距离。
[0024]传播时间测量可以通过时间戳测量来容易地实现。
[0025]在根据第一方面的第一实现方式的天线设备的第二实现方式中，传播时间测量基于天线阵列与用户设备之间的往返时延测量。
[0026]所述往返时延例如可以通过为从BTS发送至UE并且从UE返回至BTS的信号添加时间戳来容易地测量。
[0027]在根据第一方面的第一实现方式或第二实现方式的设备的第三实现方式中，传播时间测量基于用户设备内的已知处理时间。
[0028]基于用户设备内的已知处理时间的传播时间测量是精确的。
[0029]在根据第一方面的第一实现方式至第三实现方式中任一实现方式的天线设备的第四实现方式中，传播时间测量基于信令或净负荷流量中的定时提前量测量和时间戳测量之一O
[0030]从计算的复杂度来讲，可以有效地实现定时提前量和时间戳测量。信令或净负荷流量可以用于添加时基。
[0031]在根据第一方面的第二实现方式至第四实现方式中任一实现方式的天线设备的第五实现方式中，所述控制器被配置成基于用户设备的报告来确定天线波束的波束角度。
[0032]可以通过使用用户设备的报告来有效而准确地确定波束角度。还可以通过另外地使用传播时间测量来进一步提高准确度。可以通过上报波束角度和传播时间两者来有效地实现用户设备的报告。
[0033]根据第一方面的第五实现方式的天线设备的第六实现方式中，所述控制器被配置成:通过结合所上报的波束角度和所测量的传播时间、使用与所上报的波束角度相关的三角函数来控制天线波束的聚焦。
[0034]通过结合所上报的波束角度和所测量的传播时间，可以提高波束控制的准确性。与所上报的波束角度相关的三角函数使得能够得出波束角度与传播时间之间的关系，例如所述波束角度的正切与BTS高度和BTS与UE之间的距离的关系对应。
[0035]在根据第一方面的第五实现方式或第六实现方式的天线设备的第七种实现方式中，所述控制器被配置成:基于所上报的波束角度和所测量的传播时间的统计和/或变化来控制所述聚焦。
[0036]当使用所上报的波束角度和所测量的传播时间的统计和/或变化时，可以提高波束控制的准确性，尤其是在BTS的高度未知的情况下。
[0037]根据第一方面的第六实现方式或第七实现方式的天线设备的第八实现方式中，所述控制器被配置成:通过跟踪所上报的波束角度和所测量的传播时间来检测所述反馈环路的故障。
[0038]对所上报的波束角度和所测量的传播时间进行跟踪可以展露出波束角度的作为故障指示的不稳定特性。例如可以通过使用存储器容易进行跟踪。
[0039]在根据第一方面的或第一方面的任一上述实现方式的天线设备的第九实现方式中，所述