TD-LTE仿真基站研究及优化策略

2017-12-01黄正彬张建国全桓立梁家溪

移动通信 2017年18期

关键词：子帧现网频点

黄正彬，张建国，全桓立，梁家溪

（1.中国移动通信集团广西有限公司玉林分公司，广西玉林 537000；2.华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310014）

TD-LTE仿真基站研究及优化策略

黄正彬1，张建国2，全桓立1，梁家溪1

（1.中国移动通信集团广西有限公司玉林分公司，广西玉林 537000；2.华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310014）

TD-LTE仿真基站运行时会对周围TD-LTE网络产生较强干扰，造成用户频繁掉线、切换失败、下载速率低等问题，通过对TD-LTE仿真基站的工作原理及其造成网络阻塞的原因进行分析，结合TD-LTE网络参数，给出了TD-LTE仿真基站的优化策略，并通过优化案例证明了该方法能够有效降低TD-LTE仿真基站对TDLTE网络的影响。

仿真基站同频干扰切换覆盖量化 RSRP

1 引言

随着中国移动TD-LTE网络的快速发展，TD-LTE终端用户渗透率已超过70%，但是有关部门安装在重要路口的监控杆上采集用户敏感信息的TD-LTE仿真基站会对网络产生较强的同频干扰，造成用户频繁掉线、切换失败、下载速率低等问题，严重影响用户体验。可以通过降低天线高度、调整天线方向角、修改仿真基站参数等措施来部分降低TD-LTE仿真基站的影响。除此之外，本文提出了一种综合的优化策略，在保证仿真基站采样量不变的情况下，尽量地减少仿真基站对TD-LTE网络的影响范围。

2 TD-LTE仿真基站的工作原理

TD-LTE仿真基站由基带控制单元、收发信机、RF双工器、天线、电源等相关设备组成，一般安装在城市进出口、省干、县干等道路的监控杆上采集用户IMSI（International Mobile Subscriber IdentificationNumber，国际移动用户识别码）信息，实现用户位置监控和人流量统计等功能。

根据3GPP TS 24.301协议，完整性保护算法开启后，NAS（Non-Access Stratum，非接入层）信令将进行完整性保护校验，如果检验不通过将被丢弃，但有几条信令不需要完整性保护校验，如Identity Request（识别请求），TD-LTE仿真基站可以通过TAU（Tracking Area Update，跟踪区更新）流程或者Attach（附着）流程实现用户IMSI信息的采集。

TD-LTE仿真基站通过TAU流程提取用户IMSI信息的流程如图1所示：

图1 TD-LTE仿真基站TAU信令流程

具体如下：

（1）UE（User Equipment，用户设备）在空闲态重选到仿真基站，发现新的LAC（Location Area Code，位置区码）触发TAU，或者UE在连接态切换至仿真基站失败后进行TAU；

（2）TD-LTE仿真基站下发Identity Request消息给UE，UE回应Identity Response（识别响应）消息，把IMSI信息上报给TD-LTE仿真基站，TD-LTE仿真基站采集到用户信息后下发TAU Reject（TAU拒绝）；

（3）用户离开TD-LTE仿真基站后，根据重选策略选择网络进行驻留。

TD-LTE仿真基站通过Attach流程提取用户IMSI信息的流程如图2所示：

图2 TD-LTE仿真基站Attach信令流程

具体如下：

（1）空闲态UE在接近仿真基站时，向原EPS（Evolved Packet System，演进分组系统）发送Deattach（去附着）消息；

（2）UE向TD-LTE仿真基站发送Attach消息；

（3）TD-LTE仿真基站下发Identity Request消息给UE，UE回应Identity Response，把IMSI信息上报给TD-LTE仿真基站，TD-LTE仿真基站采集到用户信息后下发Attach Reject（附着拒绝）；

（4）用户离开TD-LTE仿真基站后，根据重选策略选择网络进行驻留。

3 TD-LTE仿真基站对运营商的影响及对策

3.1 TD-LTE仿真基站对运营商的干扰原理及对策

TD-LTE网络帧结构如图3所示，1个长度为10 ms的无线帧由2个长度为5 ms的半帧构成，每个半帧由4个数据子帧和1个特殊子帧组成，每个子帧1 ms，包含2个时隙，每个时隙0.5 ms，上下行使用相同的频率但在不同的时间上发射。

TD-LTE的上下行子帧配置决定了上行子帧和下行子帧的数量，目前TD-LTE网络一般采用的是模式2（上下行子帧配置是1:3）或者模式1（上下行子帧配置是2:2）。如果TD-LTE仿真基站的上下行子帧配置与现网TD-LTE基站的上下行子帧配置不一致，会对现网的TD-LTE基站产生强干扰，导致基站阻塞、底噪抬升、用户无法正常接入基站，从而影响网络指标和用户感知。

中国移动TD-LTE网络的帧偏置是700 μs，如果仿真基站的帧偏置与现网TD-LTE基站的帧偏置不一致，也会对现网TD-LTE基站造成强干扰。

预防TD-LTE仿真基站干扰的措施具体如下：

（1）TD-LTE仿真基站的上下行子帧配置与现网TD-LTE基站的上下行子帧配置保持一致；

（2）TD-LTE仿真基站必须与现网的TD-LTE基站设置一样的帧偏置，中国移动TD-LTE基站的帧偏置是700 μs，则仿真基站的帧偏置也必须是700 μs。

图3 TD-LTE网络帧结构

3.2 TD-LTE仿真基站对运营商的切换影响的原理及对策

TD-LTE网络切换的测量判断如图4所示，源eNodeB对UE进行测量配置，UE根据测量配置进行测量，并上报测量报告给源eNodeB，源eNodeB参考UE的测量报告后，根据自身的切换算法进行切换判决。

UE上报的测量报告包含了频点、PCI（Physical Cell Identifier，物理小区标识）、RSRP（Reference Signal Receiving Power，参考信号接收功率）等信息，基站根据RSRP强度进行判决，若满足则切换至该频点PCI对应的小区。

图4 TD-LTE网络的切换判决条件

TD-LTE基站的重选机制采用的是R准则，异频重选还需满足起测门限RSRP≤-100 dBm。为了更好地收集用户数据，TD-LTE仿真基站会设置较大的发射功率，且多频点（如中国移动的F频点38400以及D频点37900、38098）同时发射。此外，TD-LTE仿真基站的PCI每隔20分钟在0至503随机变化。因此会存在如下情况：一个与现网基站A存在连接的UE经过仿真基站时，如果起测条件满足，UE会检测同频邻区或者异频邻区，若仿真基站的PCI刚好与基站A配置的某个邻区的PCI相同且频点也相同，则会触发向仿真基站的切换事件，但是向仿真基站申请资源时，仿真基站会拒绝切换，所以导致切换失败。UE回到现网基站A，直至UE信号变差导致掉线，进行TAU更新，重选到该TD-LTE仿真基站上，所以导致基站A的切换及掉线指标出现恶化，严重影响用户感知。

预防切换恶化的应对措施是：与仿真基站的厂家沟通，要求厂家设定一个固定的PCI值，中国移动在仿真基站周边的TD-LTE基站的邻区避免使用该PCI，同时要求厂家降低发射功率，尽量不影响现网TD-LTE基站的正常使用。

4 覆盖量化策略及优化案例

4.1 覆盖量化策略

覆盖量化的基本准则是在保障TD-LTE仿真基站正常采集的前提下，尽量减少TD-LTE仿真基站对周边TD-LTE基站的影响。

TD-LTE仿真基站覆盖半径R需要满足以下条件：

（1）覆盖半径R要大于十字路口对角线的距离（见图5）；

（2）根据小区的重选时间（T≥1s）及车速（120 km/h），可计算得出覆盖半径R应大于34 m。

取条件（1）和（2）两个覆盖半径R的最大值为仿真基站的覆盖半径。

图5 TD-LTE仿真基站覆盖半径R

TD-LTE仿真基站在覆盖半径R边缘RSRP计算过程如下：

（1）在TD-LTE仿真基站覆盖半径范围内，首先通过扫频仪扫频仿真基站覆盖半径R范围内的现网TDLTE小区RSRP，然后计算各小区扫频采样点RSRP平均值，确定主服小区；

（2）根据小区重选的R准则，仿真基站在覆盖半径R边缘的RSRP值应不小于现网TD-LTE主服小区RSRP采样平均值。

根据TD-LTE仿真基站覆盖边缘的RSRP调整仿真基站的发射功率、天线方向角和下倾角，减少仿真基站的覆盖范围。同理，调整仿真基站覆盖范围内的现网TD-LTE小区的发射功率、天线方向角和下倾角，使其信号在仿真基站覆盖半径R边缘的电平不大于仿真基站覆盖半径的边缘电平，便于仿真基站信息采集。

4.2 优化案例

在某市二环南路与民主南路交界处发现了一处TD-LTE仿真基站，导致周边TD-LTE小区指标变差。经统计，发现某市岭塘-HLH-1和某市南江扫帚岭-HLH-2小区的无线掉线率、切换成功率、干扰指标出现异常的情况，具体如表1所示：

表1 案例优化前统计指标

根据3.2节的切换优化策略，通过与有关部门协商，TD-LTE仿真基站的主频点固定为37900、38400，PCI固定为87、88，周边TD-LTE基站以及与其有邻区关系的小区均不使用87、88，以避免误切。

根据4.1节的量化策略，计算得到仿真基站主服半径R为120 m，通过扫频计算得到仿真基站在半径R处的RSRP值为-93 dBm。采取的具体调整措施如表2所示。

经过上述处理，受影响TD-LTE小区的掉线、切换、干扰电平指标恢复正常，具体统计指标如表3所示，仿真基站数据采集量波动不大。

5 结束语

本文从TD-LTE仿真基站和运营商TD-LTE网络两个角度出发，就网络协议、参数配置等方面进行探讨，提出了解决TD-LTE仿真基站造成移动网络干扰、切换问题的有效方案。为了减少仿真基站对运营商网络造成的不良影响，需要与相关部门在工作中建立相应的联合机制，以确保在相关部门需求和移动网络感知保障之间达到一个平衡，实现彼此双方工作的目标。

表2 案例量化优化措施

表3 案例优化后统计指标

[1]李楠. 解决监控伪基站干扰的方法研究[J]. 无线互联科技, 2016(24): 28-29.

[2]石志同,李宗璋,牛海涛,等. 降低LTE仿真基站影响的方法研究[J]. 电信技术, 2016(10): 14-19.

[3]3GPP TS 24.301. Technical Specification Group Core Network and Terminals; Non-Access-Stratum (NAS)protocolfor Evolved Packet System (EPS); Stage 3(Release 13)[S]. 2017.

[4]3GPP TS 23.401. Technical Specification Group Services and System Aspects; General Packet Radio Service(GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access[S]. 2017.

[5]3GPP TS 36.331. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC);Protocol specification[S]. 2017.

[6]3GPP TS 36.300. Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access(E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network(E-UTRAN); Overall description;Stage 2[S]. 2017.

[7]3GPP TS 36.304. Technical Specification Group Radio Access Network; Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) procedures in idle mode[S]. 2017.

[8]闫慧,韩增辉,吕传祝. 基于大数据的伪基站准实时监控方法的研究[J]. 电信工程技术与标准化, 2016(12): 22-25.

[9]赵锦松,周昌林,马骢. 4G伪基站快速识别与定位研究[J]. 移动通信, 2017,41(5): 51-58.

[10]张建奎,郭宝,张阳. 4G伪基站的监测定位与规避协同分析[J]. 移动通信, 2017,41(13): 86-90.

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

1006-1010(2017)18-0001-05

黄正彬,张建国,全桓立,等. TD-LTE仿真基站研究及优化策略[J]. 移动通信, 2017,41(18): 1-5.

2017-06-27

责任编辑：袁婷 yuanting@mbcom.cn