LTE网络的MIMO性能诊断方法及系统

摘要

本发明适用于通信技术领域，提供了一种LTE网络的MIMO性能诊断方法及系统，该方法包括：采集接收端Rx0、Rx1接收到的由LTE小区信号源发射端Tx0、Tx1发射的信号；计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作为MIMO信道相关性系数；根据所述MIMO信道相关性系数进行质量评估输出MIMO性能故障小区。从而实现了根据相关性系数来判断信号在每条信道的衰落相关独立性，将多路径测量技术应用到LTE？MIMO性能无线网络优化工作中，能够对MIMO性能进行较为准确的评估。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种LTE网络的MIMO性能诊断方法 及系统。

背景技术

随着4GLTE网络的兴起，LTE(LongTermEvolution，长期演进)网络已 完成了大规模的网络建设。LTE是全新的网络，MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术是LTE的重要关键技术，目前还缺乏有效 的优化工具和手段，所以如何做好TD-LTE网络的MIMO性能优化，是摆在运 营商商用维护工作如何开展急切需要探索的课题。

常用的查找LTE网络问题的方法是基于常规终端模拟用户通话的路测数据 进行分析。但这种方法对于MIMO性能的检测存在明显缺陷，造成这种情况的 主要原因在于，目前的LTE网络是MIMO2*2(两个发射端，两个接收端)的网络， 常规终端无法准确测量LTE双流的RSRP(ReferenceSignalReceivingPower， 参考信号接收功率)和SINR值(SignaltoInterferenceplusNoiseRatio，信号与 干扰加噪声比)及相关系数，所以也就无法对LTE的MIMO性能做准确评估。

根据3GPP“36.214-900物理层测量-5.1.1参考信号接收功率(RSRP),TS 36.211[3]，小区专属参考信号R0将用于决定RSRP。如果UE(用户终端)能 可靠地检测到小区专属参考信号R1可用，那么可以使用R0和R1决定RSRP。 RSRP的参考点为UE的天线连接处。

现有技术方案的缺点在于：终端UE检测的两路信号是UE两个天线口的信 号，并不能检测发射天线的Tx0和Tx1两路的信号，不具备多通道检测能力。 综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种LTE网络的MIMO性能诊断 方法及系统，根据相关性系数来判断信号在每条信道的衰落相关独立性，将多 路径测量技术应用到LTEMIMO性能无线网络优化工作中，能够对MIMO性能 进行较为准确的评估。

为了实现上述目的，本发明提供一种LTE网络的MIMO性能诊断方法，所 述方法包括如下步骤：

采集接收端Rx0、Rx1接收到的由LTE小区信号源发射端Tx0、Tx1发射的 信号；

计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作为MIMO信道相关性系数；

根据所述MIMO信道相关性系数进行质量评估输出MIMO性能故障小区。

根据本发明的MIMO性能诊断方法，所述计算MIMO传输相关性矩阵的信 道条件数作为MIMO信道相关性系数的步骤中，

MIMO传输相关性矩阵为其中H₀₀为发射端Tx0到接收端Rx0的接 收路径的复合系数，H₀₁为发射端Tx0到接收端Rx1的接收路径的复合系数，H₁₀为发射端Tx1到接收端Rx0的接收路径的复合系数，H₁₀为发射端Tx1到接收端 Rx0的接收路径的复合系数，H₁₁为发射端Tx1到接收端Rx1的接收路径的复合系 数；

信道条件数为所述MIMO传输相关性矩阵的特征值最大值H_max和最小值 H_min的比值

根据本发明的MIMO性能诊断方法，所述方法还包括:

分别计算所述发射端Tx0、Tx1到所述接收端Rx0、Rx1的四路传输路径的参 考信号接收功率，

根据所述参考信号接收功率生成MIMO覆盖性能评估图。

根据本发明的MIMO性能诊断方法，根据所述MIMO信道相关性系数进行 质量评估输出MIMO性能故障小区的步骤包括：

通过接收天线的双路差值判断是否存在性能故障，若两路差值大于一预设 值则为双流不平衡，即存在MIMO性能故障。

根据本发明的MIMO性能诊断方法，根据所述MIMO信道相关性系数进行 质量评估输出MIMO性能故障小区的步骤包括：

根据多径质量相关性判断是否存在性能故障，若信道条件数大于一预设值 且信道条件数无效值占比大于一预设阈值的小区，则为多径质量故障小区。

本发明相应提供一种LTE网络的MIMO性能诊断系统，所述系统包括：

多径质量测试仪，用于采集接收端Rx0、Rx1接收到的由LTE小区信号源发 射端Tx0、Tx1发射的信号；

相关性系数计算模块，用于计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作为 MIMO信道相关性系数；

评估模块，用于根据所述MIMO信道相关性系数进行质量评估输出MIMO 性能故障小区。

根据本发明的MIMO性能诊断系统，MIMO传输相关性矩阵为其 中H₀₀为发射端Tx0到接收端Rx0的接收路径的复合系数，H₀₁为发射端Tx0到接 收端Rx1的接收路径的复合系数，H₁₀为发射端Tx1到接收端Rx0的接收路径的复 合系数，H₁₀为发射端Tx1到接收端Rx0的接收路径的复合系数，H₁₁为发射端Tx1 到接收端Rx1的接收路径的复合系数；

信道条件数为所述MIMO传输相关性矩阵的特征值最大值H_max和最小值 H_min的比值

根据本发明的MIMO性能诊断系统，所述系统还包括：

参考信号接收功率计算模块，用于分别计算所述发射端Tx0、Tx1到所述接 收端Rx0、Rx1的四路传输路径的参考信号接收功率，

MIMO覆盖性能评估图生成模块，用于根据所述参考信号接收功率生成 MIMO覆盖性能评估图。

根据本发明的MIMO性能诊断系统，所述评估模块还用于通过接收天线的 双路差值判断是否存在性能故障，若两路差值大于一预设值则为双流不平衡， 即存在MIMO性能故障。

根据本发明的MIMO性能诊断系统，所述评估模块还用于根据多径质量相 关性判断是否存在性能故障，若信道条件数大于一预设值且信道条件数无效值 占比大于一预设阈值的小区，则为多径质量故障小区。

本发明通过采集接收端Rx0、Rx1接收到的由LTE小区信号源发射端Tx0、 Tx1发射的信号，并计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作为MIMO信道 相关性系数，根据MIMO信道相关性系数进行质量评估输出MIMO性能故障小 区。从而实现了根据相关性系数来判断信号在每条信道的衰落相关独立性，将 多路径测量技术应用到LTEMIMO性能无线网络优化工作中，能够对MIMO性 能进行较为准确的评估。

附图说明

图1是本发明一种LTE网络的MIMO性能诊断系统的原理图；

图2是MIMO2*2网络的示意图；

图3是本发明一种实施例中信道条件数双流相关性道路的示意图；

图4是LTE参考信号R0，R1位置示意图；

图5是本发明一种实施例的MIMO覆盖性能评估图；

图6是图4中RSRP11部分的覆盖性能示意图；

图7是本发明一种实施例中MIMO多路径性能存在故障的小区列表；

图8是本发明一种具体应用实施例中MIMO性能异常小区列表；

图9是本发明一种LTE网络的MIMO性能诊断方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明一种LTE网络的MIMO性能诊断系统100，所述系统 包括：多径质量测试仪10、相关性系数计算模块20以及评估模块30。

多径质量测试仪10，用于Rx0、Rx1接收到的由LTE小区信号源发射端Tx0、 Tx1发射的信号。由于目前的LTE网络是MIMO2*2(两个发射端，两个接收端) 的网络，本发明的主要对MIMO2*2网络进行性能诊断，图2是MIMO2*2网 络的示意图，该网络包括两个LTE基站发射信号源Tx0、Tx1以及两个接收端 Rx0、Rx1。

相关性系数计算模块20，用于计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作 为MIMO信道相关性系数。

评估模块30，用于根据MIMO信道相关性系数进行质量评估输出MIMO 性能故障小区。进行评估输出MIMO性能故障小区的方法包括：通过接收天线 的双路差值判断是否存在性能故障，若两路差值大于一预设值则为双流不平衡， 即存在MIMO性能故障，以及根据多径质量相关性判断是否存在性能故障，若 信道条件数大于一预设值切信道条件数无效值占比大于一预设阈值的小区，则 为多径质量故障小区。

如图2所示，在MIMO2*2网络中，发射端有2根发射天线，接收端2根 接收天线，发射信号和接收信号分别由S和R表示，S:发射信号；R:接收信号。 相关性系数计算模块20计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数的方法具体 为：

在传输过程中，不可避免产生噪声，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∈ZT*R，其中Z为空中传播衰落因子，T 为发生路径，R为接收端，那么，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。

接收天线Rx0接收到的信号为：Rx0＝H₀₀*Tx0+H₁₀*Tx1；接收天线Rx1 接收到的信号为：Rx1＝H₀₁*Tx0+H₁₁*Tx1，其中H₀₀为发射端Tx0到接收端Rx0 的接收路径的复合系数，H₀₁为发射端Tx0到接收端Rx1的接收路径的复合系数， H₁₀为发射端Tx1到接收端Rx0的接收路径的复合系数，H₁₀为发射端Tx1到接 收端Rx0的接收路径的复合系数，H₁₁为发射端Tx1到接收端Rx1的接收路径 的复合系数。

经过编译后的信号源Tx为：Tx0＝C*(H₁₁*Rx0-H₁₀*Rx1)； Tx1＝C*(-H₀₁*Rx0+H₀₀*Rx1)。其中，

如果要正确的解析出编译后的发射信号源Rx0、Rx1，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Rx0和Rx1。所以，多径信道间的相关特性会决定MIMO信道性能的优劣。

MIMO传输相关性矩阵为矩阵中有两个特征值最大值H_max和最小 值H_min，那么我们可以使用H矩阵的最大值和最小值来表征MIMO传输矩阵的 相关性。具体的，信道条件数作为MIMO信道相关性系数，信道条件数为MIMO 传输相关性矩阵的特征值最大值H_max和最小值H_min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。信道独立性越强， 说MIMO采用MIMO的传输性能越好。

图3是本发明一种实施例中信道条件数双流相关性道路的示意图。具体的， 在生成信道条件数双流相关性道路的示意图时，根据信道条件数的数值大小， 进行渲染，然后标记到地图上。在图3中，符号×：ChannelConditionNumbe (信道条件数)为无效值，说明只有一流信号，存在双流故障的路段区域；Channel ConditionNumber越大表示信道相关性越差；ChannelConditionNumber＝0～20表 示有利的条件，使用MIMO2*2传输，吞吐量比SISO/MISO基础的传输系统高； ChannelConditionNumber＝20～25表示中等的相关性；ChannelConditionNumber ＞25表示高相关性的，启用MIMO的小区增加吞吐量改善较小。

如图1所示，MIMO性能诊断系统100还包括：参考信号接收功率计算模 块40以及MIMO覆盖性能评估图生成模块50。

参考信号接收功率计算模块40，用于分别计算发射端Tx0、Tx1到接收端 Rx0、Rx1的四路传输路径的参考信号接收功率。参考信号接收功率为承载小区 特定参考信号的资源元素的功率线性平均值。计算发射端Tx0、Tx1到接收端 Rx0、Rx1的四路传输路径的方法具体为：

按整个LTE传输带宽配置或选定子带计算。发射端Tx0、Tx1发射两路携带 不同信息的同一小区的相同正交的信号，在频域上是交错放置的，多径质量测 试仪10从全部LTE传输带宽配置中进行LTE的参考信号进行功率测量。

在MIMO2*2网络中，发射端有2根发射天线，接收端2根接收天线，那 么接收信号的模型就是如图4所示，图中的R0、R1即为相应子载波对应发射天 线口0，天线口1的参考信号单元索引号。

参考信号功率Rx00：发射信号Tx0的接收功率在接收端口Rx0，参考信号 R0的线性平均功率；参考信号功率Rx01：发射信号Tx0的接收功率在接收端口 Rx1，参考信号R1的线性平均功率；参考信号功率Rx10：发射信号Tx1的接收 功率在接收端口Rx0，参考信号R0的线性平均功率；参考信号功率Rx11：发射 信号Tx1的接收功率在接收端口Rx1，参考信号R1的线性平均功率。Rx0RSRP和 Rx1RSRP计算方法为：全带宽进行测量，信道估计及滤波后(比如滑动平均) 计算RP值，每个接收端口对接收到的两路TX信号取线性平均。即 Rx0RSRP＝(H₀₀+H₁₀)/2、Rx1RSRP＝(H₀₁+H₁₁)/2。

MIMO覆盖性能评估图生成模块50，用于根据参考信号接收功率生成 MIMO覆盖性能评估图。具体的，在生成MIMO覆盖性能评估图时，根据参考 信号接收功率的数值大小，进行渲染，然后标记到地图上。图4是本发明一种 实施例的MIMO覆盖性能评估图，RSRP00/01/10/11，分别为LTE网络的 2*2MIMO四路的覆盖情况。在图4中，图示中很多个扇形是LTE小区，三个小 区组成一个LTE基站；采用不同的颜色表示参考信号接收功率的强弱，符号X 表示单流故障。图5是图4中RSRP11部分的覆盖性能示意图，也即发射端Tx1 到接收端口Rx1的覆盖性能示意图，通过图4和图5可以发现，该小区为单流发 射问题小区。

图6是本发明一种实施例中信道条件数双流相关性道路的示意图。符号×： ChannelConditionNumbe(信道条件数)为无效值，说明只有一流信号，存在双 流故障的路段区域；ChannelConditionNumber越大表示信道相关性越差； ChannelConditionNumber＝0～20表示有利的条件，使用MIMO2*2传输，吞吐量 比SISO/MISO基础的传输系统高；ChannelConditionNumber＝20～25表示中等 的相关性；ChannelConditionNumber＞25表示高相关性的，启用MIMO的小区 增加吞吐量改善较小。

本发明可根据多路径算法中，多路径相关性无效值占比越低，发现该LTE 小区的MIMO多路性能越差，从而智能输出的MIMO多路径性能存在故障的小 区。具体的，本发明可以依据RSRP、SINR、小区强度排位TOPN、发射端双流 分析、接收分析，CN统计分析来判断MIMO多路径性能存在故障的小区。该 分析方法包括：

一：通过接收天线的双路差值进行判断：

Rx1端双路差值：RFPathRSRPRx1TWOWayDiff＝|(Rx10)-(Rx10)|

Rx0端双路差值：RFPathRSRPRx0TWOWayDiff＝|(Rx00)-(Rx01)|

两路差值大于15dB定义为双流不平衡，即存在MIMO性能故障；

二：根据多径质量相关性CN进行判断：

通过线性统计ChannelConditionNumber＞25和ChannelConditionNumber 无效值的占比，占比大于90％的小区，即为多径质量故障小区。

最终输出如图7所示的MIMO多路径性能存在故障的小区列表，在图7中， CNAVG：该小区信道相关性信道条件数的平均值，越大反映性能越差，大于 25即为性能出现故障；CNValid：信道条件数有效值的计数；有效值为零，即 为MIMO性能故障；CNValid比例：信道条件数有效值的比例，比例低于10％ 即为出现MIMO性能故障。图8是本发明一种具体应用实施例中MIMO性能异 常小区列表。

图9是本发明一种LTE网络的MIMO性能诊断方法的流程图，该方法通过 如图1所示的系统100实现，该方法包括：

步骤S601，采集接收端Rx0、Rx1接收到的由LTE小区信号源发射端Tx0、 Tx1发射的信号。本步骤通过如图1所示的多径质量测试仪10实现。

步骤S602，计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作为MIMO信道相 关性系数。本步骤通过如图1所示的相关性系数计算模块20实现。

步骤S603，根据MIMO信道相关性系数进行质量评估输出MIMO性能故 障小区。本步骤通过如图1所示的评估模块30实现。

所述计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作为MIMO信道相关性系数 的步骤中，MIMO传输相关性矩阵为其中H₀₀为发射端Tx0到接收端Rx0 的接收路径的复合系数，H₀₁为发射端Tx0到接收端Rx1的接收路径的复合系数， H₁₀为发射端Tx1到接收端Rx0的接收路径的复合系数，H₁₀为发射端Tx1到接收 端Rx0的接收路径的复合系数，H₁₁为发射端Tx1到接收端Rx1的接收路径的复合 系数；信道条件数为所述MIMO传输相关性矩阵的特征值最大值H_max和最小值 H_min的比值

本发明的MIMO性能诊断方法还包括:分别计算发射端Tx0、Tx1到所述接 收端Rx0、Rx1的四路传输路径的参考信号接收功率；根据参考信号接收功率生 成MIMO覆盖性能评估图。

优选的是，步骤S603还包括：通过接收天线的双路差值判断是否存在性能 故障，若两路差值大于一预设值则为双流不平衡，即存在MIMO性能故障。

优选的是，步骤S603还包括：根据多径质量相关性判断是否存在性能故障， 若信道条件数大于一预设值切信道条件数无效值占比大于一预设阈值的小区， 则为多径质量故障小区。

综上所述，本发明通过采集接收端Rx0、Rx1接收到的由LTE小区信号源发 射端Tx0、Tx1发射的信号，并计算MIMO传输相关性矩阵的信道条件数作为 MIMO信道相关性系数，根据所述MIMO信道相关性系数进行质量评估输出 MIMO性能故障小区。从而实现了根据相关性系数来判断信号在每条信道的衰 落相关独立性，将多路径测量技术应用到LTEMIMO性能无线网络优化工作中， 能够对MIMO性能进行较为准确的评估。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但 这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。