谈LTE网络基于多路径相关性的MIMO性能诊断方法
来源：UC论文网2015-12-15 23:05
摘要：
【摘 要】针对目前LTE无线网络分析工具的局限性，提出LTE网络基于多路径相关性的MIMO性能网络诊断方法，将多路径测量技术应用到LTE MIMO性能无线网络优化工作中，并挖掘出无线网络中
【摘 要】针对目前LTE无线网络分析工具的局限性，提出LTE网络基于多路径相关性的MIMO性能网络诊断方法，将多路径测量技术应用到LTE MIMO性能无线网络优化工作中，并挖掘出无线网络中更深层次的问题。
【关键词】信道条件数 Rainbow多路径测量 MIMO
1 引言
在LTE现网中，在开通了MIMO功能的情况下，部分LTE小区吞吐量比较低，达不到设计要求，从而影响了用户感知。这部分小区单流业务占比高，是导致网络速率困扰的主要原因。如图1所示，某小区优化前的Rank1单流业务占比高于98%，由此可见利用多路径测量诊断MIMO性能的重要性。
2 LTE无线网络MIMO性能的关键参数：
信道条件数
在MIMO系统中，充分利用了多天线特性来对抗信道衰落，从而有效克服多径衰落和干扰等影响通信质量的主要因素，提高信号的链路性能。发射端发射相互独立的信号，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，此时的空口信道容量随着天线数量的增加而线性增大，从而能够显著提高系统的传输速率。
2×2MIMO无线发射和接收的系统模拟图如图2所示。
图2 2×2 MIMO发射接收系统
其中，Tx是发射端天线；Rx是接收端天线；S表示发射信号；R表示接收信号。
在传输过程中，不可避免地会产生噪声，那么每一个接收和发射的路径的性能情况就可以使用复合矩阵来表示，H为多个路径的传输矩阵空中传播多路径性能复数，代表在某个天线对之间信号所经历的幅度和相位的变化，具体如下所示：
R0=H00×S0+H10×S1 （1）
R1=H01×S0+H11×S1 （2）
经过编译后得到：
S0=C×（H11×R0-H10×R1） （3）
S1=C×（-H01×R0+H00×R1） （4）
其中，C=。
要正确地解析出编译后的发射信号源S0和S1，H00、H11、H10、H01必须满足一定的条件。如果H00=H11=1，H10=H01=-1或者1，那么将无法解出S0和S1。所以，多径信道间的相关特性会决定MIMO信道性能的优劣。
信道条件数的定义如图3所示。假设矩阵中有2个特征值最大值：Hmax和最小值Hmin，那么我们可以每次使用H矩阵的最大值和最小值来表征MIMO传输矩阵的相关性。MIMO信道相关性信道条件数为Hmax和Hmin的比值。信道条件数越小说明信道之间的相关性越低，信号在每条信道上的衰落独立强；越大则说明信道之间的相关性高，信号在每条信道的衰落相关独立性差。
3 LTE MIMO性能问题定位的方法
采用DT拉网与后台统计相结合的分析方法，进行MIMO性能问题定位，定位流程图如图4所示：
图4 MIMO性能问题定位流程图
（1）后台网管指标统计：导出RANK1单流占比小区列表，检查后台参数单双流配置和TM模式配置是否正常。如图5，某网格存在25个小区单流占比高于98%的情况。
图5 某网格小区级单流数据业务比例统计
（2）道路DT测试：使用数据终端与Rainbow多径质量测试仪同车测试，对MIMO性能差的区域进行优化，提升道路MIMO性能。图6为信道相关性双流相关性道路DT测试图：
图6 信道相关性双流相关性道路DT测试图
如图6，红圈道路区域无法启用双流传输模式，有可能会影响道路速率感知。
信道条件数数值的范围表征MIMO信道相关性的性能，具体如表1所示：
4 LTE MIMO性能提升案例
（1）问题描述：下载速率不达标
根据路测数据和后台网管数据显示，怡丰都市F2小区（PCI142）速率不达标，下载速率较低，检测基站无告警，正常排查手段排查困难。
相关排查人员多次使用普通测试终端排查，均未查找到相应原因，于是启用Rainbow LTE多径质量测试仪进行排查。
（2）现场排查：多径质量测试
如图7所示，Rainbow多径质量测试仪信号显示，怡丰都市F2小区（PCI142）双路不平衡，信道条件数值达到了30.88。
图7 优化前多径质量测试示意图
（3）排查步骤（针对可能出问题的器件分段检测，使用Rainbow多径质量测试仪实时观察）
根据TD-LTE MIMO多径质量测试仪可知该小区双通道信号存在问题，于是检查小区的天馈、无源器件及RRU。
◆检查天线接头，无明显松动等情况；
◆去掉合路器，TD-LT EMIMO多径质量测试仪显示双流恢复正常，判断为合路器问题。
（4）现场排查效果（信道相关性变好）
更换合路器前：怡丰都市F2小区（PCI142）双路不平衡，信道条件数值达到30.88；
更换合路器后：怡丰都市F2小区（PCI142），双路平衡，信道条件数值为8.01，如图9所示。
（5）后台网管指标（业务统计双流比例提升，流量增加）
整改前RANK2比例为1%；
整改后RANK2比例提升为50%，小区吞吐量明显改善，如图9所示。
5 结束语
本文创新性地提出了使用信道条件数作为MIMO优化的关键参数，通过实践发现一套快速发现和解决MIMO性能问题的方法。该方法可有效提升LTE小区MIMO性能，提升道路MIMO性能指标，改善用户感知，为LTE MIMO性能网络优化提供一种的全新思路。
参考文献：
[1] Erik Dahman， Stefan Parkvall， Johan Skold. 4G移动通信技术权威指南[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.
[2] 3GPP TR 37.141. E-UTRA and GSM/EDGE[Z]. 2012.
[3] 肖清华. TD-LTE网络规划设计与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.
[4] 吴志忠. 移动通信无线电波传播[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2002.
[5] ITU-R. International mobile telecommunications-2000（IMT-2000）[S]. 1997.
[6] 王映民，孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010. 本文由wWW.dYLw.Net提供，第一论文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务，欢迎光临DYlw.nET
[7] 戴源. TD-LTE无线网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.
[8] 李正茂，王晓云. TD-LTE技术与标准[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.
[9] 高峰. TD-LTE技术标准与实践[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.
【关键词】信道条件数 Rainbow多路径测量 MIMO
1 引言
在LTE现网中，在开通了MIMO功能的情况下，部分LTE小区吞吐量比较低，达不到设计要求，从而影响了用户感知。这部分小区单流业务占比高，是导致网络速率困扰的主要原因。如图1所示，某小区优化前的Rank1单流业务占比高于98%，由此可见利用多路径测量诊断MIMO性能的重要性。
2 LTE无线网络MIMO性能的关键参数：
信道条件数
在MIMO系统中，充分利用了多天线特性来对抗信道衰落，从而有效克服多径衰落和干扰等影响通信质量的主要因素，提高信号的链路性能。发射端发射相互独立的信号，接收端采用干扰抑制的方法进行解码，此时的空口信道容量随着天线数量的增加而线性增大，从而能够显著提高系统的传输速率。
2×2MIMO无线发射和接收的系统模拟图如图2所示。
图2 2×2 MIMO发射接收系统
其中，Tx是发射端天线；Rx是接收端天线；S表示发射信号；R表示接收信号。
在传输过程中，不可避免地会产生噪声，那么每一个接收和发射的路径的性能情况就可以使用复合矩阵来表示，H为多个路径的传输矩阵空中传播多路径性能复数，代表在某个天线对之间信号所经历的幅度和相位的变化，具体如下所示：
R0=H00×S0+H10×S1 （1）
R1=H01×S0+H11×S1 （2）
经过编译后得到：
S0=C×（H11×R0-H10×R1） （3）
S1=C×（-H01×R0+H00×R1） （4）
其中，C=。
要正确地解析出编译后的发射信号源S0和S1，H00、H11、H10、H01必须满足一定的条件。如果H00=H11=1，H10=H01=-1或者1，那么将无法解出S0和S1。所以，多径信道间的相关特性会决定MIMO信道性能的优劣。
信道条件数的定义如图3所示。假设矩阵中有2个特征值最大值：Hmax和最小值Hmin，那么我们可以每次使用H矩阵的最大值和最小值来表征MIMO传输矩阵的相关性。MIMO信道相关性信道条件数为Hmax和Hmin的比值。信道条件数越小说明信道之间的相关性越低，信号在每条信道上的衰落独立强；越大则说明信道之间的相关性高，信号在每条信道的衰落相关独立性差。
3 LTE MIMO性能问题定位的方法
采用DT拉网与后台统计相结合的分析方法，进行MIMO性能问题定位，定位流程图如图4所示：
图4 MIMO性能问题定位流程图
（1）后台网管指标统计：导出RANK1单流占比小区列表，检查后台参数单双流配置和TM模式配置是否正常。如图5，某网格存在25个小区单流占比高于98%的情况。
图5 某网格小区级单流数据业务比例统计
（2）道路DT测试：使用数据终端与Rainbow多径质量测试仪同车测试，对MIMO性能差的区域进行优化，提升道路MIMO性能。图6为信道相关性双流相关性道路DT测试图：
图6 信道相关性双流相关性道路DT测试图
如图6，红圈道路区域无法启用双流传输模式，有可能会影响道路速率感知。
信道条件数数值的范围表征MIMO信道相关性的性能，具体如表1所示：
4 LTE MIMO性能提升案例
（1）问题描述：下载速率不达标
根据路测数据和后台网管数据显示，怡丰都市F2小区（PCI142）速率不达标，下载速率较低，检测基站无告警，正常排查手段排查困难。
相关排查人员多次使用普通测试终端排查，均未查找到相应原因，于是启用Rainbow LTE多径质量测试仪进行排查。
（2）现场排查：多径质量测试
如图7所示，Rainbow多径质量测试仪信号显示，怡丰都市F2小区（PCI142）双路不平衡，信道条件数值达到了30.88。
图7 优化前多径质量测试示意图
（3）排查步骤（针对可能出问题的器件分段检测，使用Rainbow多径质量测试仪实时观察）
根据TD-LTE MIMO多径质量测试仪可知该小区双通道信号存在问题，于是检查小区的天馈、无源器件及RRU。
◆检查天线接头，无明显松动等情况；
◆去掉合路器，TD-LT EMIMO多径质量测试仪显示双流恢复正常，判断为合路器问题。
（4）现场排查效果（信道相关性变好）
更换合路器前：怡丰都市F2小区（PCI142）双路不平衡，信道条件数值达到30.88；
更换合路器后：怡丰都市F2小区（PCI142），双路平衡，信道条件数值为8.01，如图9所示。
（5）后台网管指标（业务统计双流比例提升，流量增加）
整改前RANK2比例为1%；
整改后RANK2比例提升为50%，小区吞吐量明显改善，如图9所示。
5 结束语
本文创新性地提出了使用信道条件数作为MIMO优化的关键参数，通过实践发现一套快速发现和解决MIMO性能问题的方法。该方法可有效提升LTE小区MIMO性能，提升道路MIMO性能指标，改善用户感知，为LTE MIMO性能网络优化提供一种的全新思路。
参考文献：
[1] Erik Dahman， Stefan Parkvall， Johan Skold. 4G移动通信技术权威指南[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.
[2] 3GPP TR 37.141. E-UTRA and GSM/EDGE[Z]. 2012.
[3] 肖清华. TD-LTE网络规划设计与优化[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.
[4] 吴志忠. 移动通信无线电波传播[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2002.
[5] ITU-R. International mobile telecommunications-2000（IMT-2000）[S]. 1997.
[6] 王映民，孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2010. 本文由wWW.dYLw.Net提供，第一论文 网专业写作教育教学论文和毕业论文以及发表论文服务，欢迎光临DYlw.nET
[7] 戴源. TD-LTE无线网络规划与设计[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.
[8] 李正茂，王晓云. TD-LTE技术与标准[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2013.
[9] 高峰. TD-LTE技术标准与实践[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2011.
