TD-LTE仿真基站研究及優(yōu)化策略

黃正彬，張建國，全桓立，梁家溪

（1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司玉林分公司，廣西 玉林 537000；2.華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

TD-LTE仿真基站研究及優(yōu)化策略

黃正彬1，張建國2，全桓立1，梁家溪1

（1.中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司玉林分公司，廣西 玉林 537000；2.華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310014）

TD-LTE仿真基站運(yùn)行時(shí)會對周圍TD-LTE網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較強(qiáng)干擾，造成用戶頻繁掉線、切換失敗、下載速率低等問題，通過對TD-LTE仿真基站的工作原理及其造成網(wǎng)絡(luò)阻塞的原因進(jìn)行分析，結(jié)合TD-LTE網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，給出了TD-LTE仿真基站的優(yōu)化策略，并通過優(yōu)化案例證明了該方法能夠有效降低TD-LTE仿真基站對TDLTE網(wǎng)絡(luò)的影響。

仿真基站 同頻干擾 切換 覆蓋量化 RSRP

1 引言

隨著中國移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，TD-LTE終端用戶滲透率已超過70%，但是有關(guān)部門安裝在重要路口的監(jiān)控桿上采集用戶敏感信息的TD-LTE仿真基站會對網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較強(qiáng)的同頻干擾，造成用戶頻繁掉線、切換失敗、下載速率低等問題，嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。可以通過降低天線高度、調(diào)整天線方向角、修改仿真基站參數(shù)等措施來部分降低TD-LTE仿真基站的影響。除此之外，本文提出了一種綜合的優(yōu)化策略，在保證仿真基站采樣量不變的情況下，盡量地減少仿真基站對TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的影響范圍。

2 TD-LTE仿真基站的工作原理

TD-LTE仿真基站由基帶控制單元、收發(fā)信機(jī)、RF雙工器、天線、電源等相關(guān)設(shè)備組成，一般安裝在城市進(jìn)出口、省干、縣干等道路的監(jiān)控桿上采集用戶IMSI（International Mobile Subscriber IdentificationNumber，國際移動(dòng)用戶識別碼）信息，實(shí)現(xiàn)用戶位置監(jiān)控和人流量統(tǒng)計(jì)等功能。

根據(jù)3GPP TS 24.301協(xié)議，完整性保護(hù)算法開啟后，NAS（Non-Access Stratum，非接入層）信令將進(jìn)行完整性保護(hù)校驗(yàn)，如果檢驗(yàn)不通過將被丟棄，但有幾條信令不需要完整性保護(hù)校驗(yàn)，如Identity Request（識別請求），TD-LTE仿真基站可以通過TAU（Tracking Area Update，跟蹤區(qū)更新）流程或者Attach（附著）流程實(shí)現(xiàn)用戶IMSI信息的采集。

TD-LTE仿真基站通過TAU流程提取用戶IMSI信息的流程如圖1所示：

圖1 TD-LTE仿真基站TAU信令流程

具體如下：

（1）UE（User Equipment，用戶設(shè)備）在空閑態(tài)重選到仿真基站，發(fā)現(xiàn)新的LAC（Location Area Code，位置區(qū)碼）觸發(fā)TAU，或者UE在連接態(tài)切換至仿真基站失敗后進(jìn)行TAU；

（2）TD-LTE仿真基站下發(fā)Identity Request消息給UE，UE回應(yīng)Identity Response（識別響應(yīng)）消息，把IMSI信息上報(bào)給TD-LTE仿真基站，TD-LTE仿真基站采集到用戶信息后下發(fā)TAU Reject（TAU拒絕）；

（3）用戶離開TD-LTE仿真基站后，根據(jù)重選策略選擇網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行駐留。

TD-LTE仿真基站通過Attach流程提取用戶IMSI信息的流程如圖2所示：

圖2 TD-LTE仿真基站Attach信令流程

具體如下：

（1）空閑態(tài)UE在接近仿真基站時(shí)，向原EPS（Evolved Packet System，演進(jìn)分組系統(tǒng)）發(fā)送Deattach（去附著）消息；

（2）UE向TD-LTE仿真基站發(fā)送Attach消息；

（3）TD-LTE仿真基站下發(fā)Identity Request消息給UE，UE回應(yīng)Identity Response，把IMSI信息上報(bào)給TD-LTE仿真基站，TD-LTE仿真基站采集到用戶信息后下發(fā)Attach Reject（附著拒絕）；

（4）用戶離開TD-LTE仿真基站后，根據(jù)重選策略選擇網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行駐留。

3 TD-LTE仿真基站對運(yùn)營商的影響及對策

3.1 TD-LTE仿真基站對運(yùn)營商的干擾原理及對策

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)幀結(jié)構(gòu)如圖3所示，1個(gè)長度為10 ms的無線幀由2個(gè)長度為5 ms的半幀構(gòu)成，每個(gè)半幀由4個(gè)數(shù)據(jù)子幀和1個(gè)特殊子幀組成，每個(gè)子幀1 ms，包含2個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙0.5 ms，上下行使用相同的頻率但在不同的時(shí)間上發(fā)射。

TD-LTE的上下行子幀配置決定了上行子幀和下行子幀的數(shù)量，目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)一般采用的是模式2（上下行子幀配置是1:3）或者模式1（上下行子幀配置是2:2）。如果TD-LTE仿真基站的上下行子幀配置與現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE基站的上下行子幀配置不一致，會對現(xiàn)網(wǎng)的TD-LTE基站產(chǎn)生強(qiáng)干擾，導(dǎo)致基站阻塞、底噪抬升、用戶無法正常接入基站，從而影響網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)和用戶感知。

中國移動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的幀偏置是700 μs，如果仿真基站的幀偏置與現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE基站的幀偏置不一致，也會對現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE基站造成強(qiáng)干擾。

預(yù)防TD-LTE仿真基站干擾的措施具體如下：

（1）TD-LTE仿真基站的上下行子幀配置與現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE基站的上下行子幀配置保持一致；

（2）TD-LTE仿真基站必須與現(xiàn)網(wǎng)的TD-LTE基站設(shè)置一樣的幀偏置，中國移動(dòng)TD-LTE基站的幀偏置是700 μs，則仿真基站的幀偏置也必須是700 μs。

圖3 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)幀結(jié)構(gòu)

3.2 TD-LTE仿真基站對運(yùn)營商的切換影響的原理及對策

TD-LTE網(wǎng)絡(luò)切換的測量判斷如圖4所示，源eNodeB對UE進(jìn)行測量配置，UE根據(jù)測量配置進(jìn)行測量，并上報(bào)測量報(bào)告給源eNodeB，源eNodeB參考UE的測量報(bào)告后，根據(jù)自身的切換算法進(jìn)行切換判決。

UE上報(bào)的測量報(bào)告包含了頻點(diǎn)、PCI（Physical Cell Identifier，物理小區(qū)標(biāo)識）、RSRP（Reference Signal Receiving Power，參考信號接收功率）等信息，基站根據(jù)RSRP強(qiáng)度進(jìn)行判決，若滿足則切換至該頻點(diǎn)PCI對應(yīng)的小區(qū)。

圖4 TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的切換判決條件

TD-LTE基站的重選機(jī)制采用的是R準(zhǔn)則，異頻重選還需滿足起測門限RSRP≤-100 dBm。為了更好地收集用戶數(shù)據(jù)，TD-LTE仿真基站會設(shè)置較大的發(fā)射功率，且多頻點(diǎn)（如中國移動(dòng)的F頻點(diǎn)38400以及D頻點(diǎn)37900、38098）同時(shí)發(fā)射。此外，TD-LTE仿真基站的PCI每隔20分鐘在0至503隨機(jī)變化。因此會存在如下情況：一個(gè)與現(xiàn)網(wǎng)基站A存在連接的UE經(jīng)過仿真基站時(shí)，如果起測條件滿足，UE會檢測同頻鄰區(qū)或者異頻鄰區(qū)，若仿真基站的PCI剛好與基站A配置的某個(gè)鄰區(qū)的PCI相同且頻點(diǎn)也相同，則會觸發(fā)向仿真基站的切換事件，但是向仿真基站申請資源時(shí)，仿真基站會拒絕切換，所以導(dǎo)致切換失敗。UE回到現(xiàn)網(wǎng)基站A，直至UE信號變差導(dǎo)致掉線，進(jìn)行TAU更新，重選到該TD-LTE仿真基站上，所以導(dǎo)致基站A的切換及掉線指標(biāo)出現(xiàn)惡化，嚴(yán)重影響用戶感知。

預(yù)防切換惡化的應(yīng)對措施是：與仿真基站的廠家溝通，要求廠家設(shè)定一個(gè)固定的PCI值，中國移動(dòng)在仿真基站周邊的TD-LTE基站的鄰區(qū)避免使用該P(yáng)CI，同時(shí)要求廠家降低發(fā)射功率，盡量不影響現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE基站的正常使用。

4 覆蓋量化策略及優(yōu)化案例

4.1 覆蓋量化策略

覆蓋量化的基本準(zhǔn)則是在保障TD-LTE仿真基站正常采集的前提下，盡量減少TD-LTE仿真基站對周邊TD-LTE基站的影響。

TD-LTE仿真基站覆蓋半徑R需要滿足以下條件：

（1）覆蓋半徑R要大于十字路口對角線的距離（見圖5）；

（2）根據(jù)小區(qū)的重選時(shí)間（T≥1s）及車速（120 km/h），可計(jì)算得出覆蓋半徑R應(yīng)大于34 m。

取條件（1）和（2）兩個(gè)覆蓋半徑R的最大值為仿真基站的覆蓋半徑。

圖5 TD-LTE仿真基站覆蓋半徑R

TD-LTE仿真基站在覆蓋半徑R邊緣RSRP計(jì)算過程如下：

（1）在TD-LTE仿真基站覆蓋半徑范圍內(nèi)，首先通過掃頻儀掃頻仿真基站覆蓋半徑R范圍內(nèi)的現(xiàn)網(wǎng)TDLTE小區(qū)RSRP，然后計(jì)算各小區(qū)掃頻采樣點(diǎn)RSRP平均值，確定主服小區(qū)；

（2）根據(jù)小區(qū)重選的R準(zhǔn)則，仿真基站在覆蓋半徑R邊緣的RSRP值應(yīng)不小于現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE主服小區(qū)RSRP采樣平均值。

根據(jù)TD-LTE仿真基站覆蓋邊緣的RSRP調(diào)整仿真基站的發(fā)射功率、天線方向角和下傾角，減少仿真基站的覆蓋范圍。同理，調(diào)整仿真基站覆蓋范圍內(nèi)的現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE小區(qū)的發(fā)射功率、天線方向角和下傾角，使其信號在仿真基站覆蓋半徑R邊緣的電平不大于仿真基站覆蓋半徑的邊緣電平，便于仿真基站信息采集。

4.2 優(yōu)化案例

在某市二環(huán)南路與民主南路交界處發(fā)現(xiàn)了一處TD-LTE仿真基站，導(dǎo)致周邊TD-LTE小區(qū)指標(biāo)變差。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)某市嶺塘-HLH-1和某市南江掃帚嶺-HLH-2小區(qū)的無線掉線率、切換成功率、干擾指標(biāo)出現(xiàn)異常的情況，具體如表1所示：

表1 案例優(yōu)化前統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)3.2節(jié)的切換優(yōu)化策略，通過與有關(guān)部門協(xié)商，TD-LTE仿真基站的主頻點(diǎn)固定為37900、38400，PCI固定為87、88，周邊TD-LTE基站以及與其有鄰區(qū)關(guān)系的小區(qū)均不使用87、88，以避免誤切。

根據(jù)4.1節(jié)的量化策略，計(jì)算得到仿真基站主服半徑R為120 m，通過掃頻計(jì)算得到仿真基站在半徑R處的RSRP值為-93 dBm。采取的具體調(diào)整措施如表2所示。

經(jīng)過上述處理，受影響TD-LTE小區(qū)的掉線、切換、干擾電平指標(biāo)恢復(fù)正常，具體統(tǒng)計(jì)指標(biāo)如表3所示，仿真基站數(shù)據(jù)采集量波動(dòng)不大。

5 結(jié)束語

本文從TD-LTE仿真基站和運(yùn)營商TD-LTE網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)角度出發(fā)，就網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、參數(shù)配置等方面進(jìn)行探討，提出了解決TD-LTE仿真基站造成移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)干擾、切換問題的有效方案。為了減少仿真基站對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)造成的不良影響，需要與相關(guān)部門在工作中建立相應(yīng)的聯(lián)合機(jī)制，以確保在相關(guān)部門需求和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)感知保障之間達(dá)到一個(gè)平衡，實(shí)現(xiàn)彼此雙方工作的目標(biāo)。

表2 案例量化優(yōu)化措施

表3 案例優(yōu)化后統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

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Research on TD-LTE Pseudo Base Station and Optimization Strategy

HUANG Zhengbin1, ZHANG Jianguo2, QUAN Huanli1, LIANG Jiaxi1
(1. China Mobile Group Guangxi Co., Ltd., Yulin Branch, Yulin 537000, China;2. Huaxin Consulting and Designing Institute Co., Ltd., Hangzhou 310014, China)

The operation of TD-LTE pseudo base stations would impose severe interference to surrounding TD-LTE networks,resulting the problems of drop call, handover failure and slow download speed. The working principle of TD-LTE pseudo base stations and cause to block network were analyzed. Combined with TD-LTE network parameters, the optimization strategy of TD-LTE pseudo base stations was presented. The optimization case demonstrates that the proposed method can effectively reduce the impact of TD-LTE pseudo base stations to TD-LTE networks.

pseudo base station co-channel interference handover coverage quantification RSRP

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.18.001

TN929.5

A

1006-1010(2017)18-0001-05

黃正彬,張建國,全桓立,等. TD-LTE仿真基站研究及優(yōu)化策略[J]. 移動(dòng)通信, 2017,41(18): 1-5.

2017-06-27

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn

黃正彬：工程師，學(xué)士畢業(yè)于西安郵電學(xué)院，現(xiàn)任職于中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司玉林分公司，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化工作。

張建國：高級工程師，工學(xué)碩士畢業(yè)于南京郵電學(xué)院，現(xiàn)任職于華信咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作。

全桓立：工程師，學(xué)士畢業(yè)于武漢大學(xué)，現(xiàn)任職于中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣西有限公司玉林分公司，主要從事無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和優(yōu)化工作。