TD?LTE移动终端工程参数获取实验与分析
2019-03-12李毅张卫东杨栋
李毅 张卫东 杨栋
关键词： TD?LTE技术; 移动通信系统; 移动终端; 工程参数分析; 串口通信; 参数设计
中图分类号： TN929.5?34; G484 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2019）05?0001?05
Engineering parameters acquisition experiment and analysis
based on TD?LTE mobile terminal
LI Yi， ZHANG Weidong， YANG Dong
（School of Telecommunications Engineering， Xidian University， Xian 710071， China）
Abstract： Proceeding from introduction of the definition and function of user equipments in LTE （long term evolution） mobile communication network， the engineering parameters acquisition and analysis experiment for TD?LTE mobile terminal is designed， and the experimental network is set up. AT command is used at the PC side to make the TD?LTE mobile terminal work in engineering mode， and acquire the engineering parameters. The engineering parameter analysis software of 4G mobile terminal at the PC side is used to analyze the acquired response information， by which the cell configuration in LTE network can be obtained. On this basis， the network engineering parameters are optimized. The engineering parameters acquisition and analysis experiment for TD?LTE mobile terminal is helpful to grasp the working principle of the cell in LTE network， and further understand the working principle of LTE.
Keywords： TD?LTE technology; mobile communication system; mobile terminal; engineering parameter analysis; serial port communication; parameter design
0 引 言
目前，LTE（Long Term Evolution，长期演进）已经成为通信业的主流技术。整个LTE网络包括三个组成部分：UE（User Equipment，用户设备）、E?UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，演进的UMTS陆地无线接入网）和EPC（Evolved Packet Core，演进的分组核心网）[1?3]。UE是指终端用户进行通信直接使用的任何设备。UE与eNodeB之间通过Uu接口连接，在ETSI 125/136?系列协议与3GPP 25/36?系列协议中进行详细说明。UE是LTE移动通信网络中发起所有呼叫的终端设备。从功能的角度，UE处理以下面向核心网的任务：移动性管理、呼叫控制、会话管理与身份管理等，与此对应的协议经过eNodeB透明传输，eNodeB不改变、使用或者理解其中的信息。这些信息也称作NAS（Non Access Stratum）协议[4?6]。
在LTE网络建设的初期，在考虑网络覆盖、容量、服务质量等因素的基础上，进行LTE网络规划设计。工程参数包括频点、小区ID、带宽、参考信号接收功率与参考信号接收质量等。无线小区工程参数规划方面，包括频率规划、TA（Tracking Area）list规划、PCI（Physical Cell Identity）规划、信道参数规划等。在此基础上，可以对网络进行优化。工程参数设置不合理可能引起以下几类问题[7]，如表1所示。工程参数优化可以针对这几类问题提供解决方案。
解决以上问题的方法是：首先对小区工程参数进行获取，然后基于获取的结果找出配置不合理的网络参数，并针对遇到的具体问题对参数进行优化调整。基于以上分析，工程参数获取在网络优化中具有重要的意义。
1 TD?LTE小区工程参数分析
按照表1中列举的TD?LTE网络小区工程参数设置不合理可能引起的问题，与之相关的关键参数包括以下几种。
1） PCI参数。PCI（Physical Cell Identity）即物理小区ID。LTE用PCI来区分小区，LTE小区搜索流程中通过检索主同步信号（PSS共有3种）与辅同步序列（SSS共有168种）相结合来确定具体的小区ID。此种机制决定了PCI总数为3×168=504个。为防止小区间的相互干扰，LTE中不同的ID之间应保证如下约束条件： 相邻小区的PCI不能相等;同一小区的邻区PCI不能相等;相邻小区的PCI模3与模6运算后余数不能相等。
2） 最大发射功率参数。下行基站最大发射功率一定，需要将总功率分配给各个下行物理信道。
对于下行信号，基站通过分配功率和相互间的协调来抑制小区间的干扰。基站的功率分配机制为开环方式，对下行各个子载波上的发送功率进行控制。下行功率分配以每个RE （Resource Element）为单位控制基站在各个时刻各个子载波上的发射功率。
3） TA List参数。在LTE网络中定义了驻留小区所属的跟踪区域，一个跟踪区域可以涵盖一个或者多个小区，其作用在于：网络需要终端加入时，通过TA List进行寻呼，快速地找到终端;终端可以在TA List中自由移动，以减少与网络的频繁交互。
4） 切换算法与工程参数。切换包括测量、决策与执行3个阶段：
① 测量阶段：eNodeB向UE发送测量配置消息，UE据此进行相关测量，测量完成后将结果返回给eNodeB;
② 决策阶段：eNodeB根据UE返回的测量结果进行是否触发切换的决策;
③ 执行阶段：eNodeB根據决策，控制UE切换到目标小区。
TD?LTE协议定义了切换测量报告触发机制，包括A1，A2，A3，A4，A5，B1和B2事件，其中，TD?LTE系统内切换主要使用A1，A2和A3事件。A3事件经常用于触发切换，具体描述如下：
[Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off]
式中：[Mn]为相邻小区的测量结果;[Ofn]为相邻小区频率上的频率特定偏移量;[Ocn]为相邻小区的特定偏移量;[Ms]为服务小区的测量结果;[Ofs]为服务小区频率上的频率特定偏移量;[Ocs]为服务小区的特定偏移量;[Hys]为该事件的延迟;[Off]为该事件的偏移参数。
A3事件可由RSRP与RSRQ触发：
RSRP（Reference Signal Received Power，邻区参考信号接收功率）指在某个符号内承载参考信号的所有RE（资源粒子）上接收到的信号功率的平均值[8]。RSRP是指示服务小区信号好坏的相对指标。
RSRQ（Reference Signal Received Quality，邻区参考信号接收质量）表示LTE参考信号接收质量，并根据信号质量对不同LTE候选小区进行排序。RSRQ被定义为[N]*RSRP/（LTE载波RSSI（Received Signal Strength Indicator）），其中，[N]是LTE载波RSSI测量带宽的资源块的个数[8]。由于RSRQ的值是浮点类型，为了能用整型表示，在接口中将该值扩大10倍。
2 TD?LTE小区工程参数获取系统构建方案
根据上文对TD?LTE中与小区性能相关的关键工程参数的分析，特设计TD?LTE小区工程参数获取系统构建方案。
2.1 TD?LTE移动终端模块
一个完整终端解决方案的核心部分包括基带、应用处理器、射频等主要模块。本实验中使用的TD?LTE移动终端模块的核心是联芯科技的LC5761芯片，该芯片嵌入到终端应用系统中构成一个TD?LTE移动终端系统，包含以下必要的硬件接口：
1） USIM卡接口：支持一路SIM交互接口;
2） USB接口：支持一路USB 2.0高速、全速与低速模式接口，完成与外围USB主机之间的大批量高速数据交换。
2.2 AT命令介绍
AT的全称是Attention，从TE（Terminal Equipment，终端设备）向TA（Terminal Adapter，终端适配器）[9]发送的命令总是以AT开始[10?11]。AT命令被用作控制移动终端的功能并从移动终端一侧控制LTE网络业务。一个完整的AT命令行由前缀（Prefix）、主体（Body）、结束符（Termination Character）组成。当TA收到AT命令后，回复格式为信息文本（Information Text）与结果码（Result Codes）。在USB端口的驱动程序正确安装后，可以通过Windows自带的“超级终端”软件下发AT命令。
2.3 实验原理
工程模式是指移动终端的一种工作模式，处于该工作模式的终端用来检测基站的各种工程参数。本实验的原理是通过USB连接将PC机上的AT命令传送到LTE移动终端单板，将LTE移动终端开启工程模式，从而在LTE移动通信网络中获取工程参数，并利用LTE移动终端工程参数分析软件按照特定格式对响应进行分析。
2.4 实验网络架构
整个网络架构分为三大部分：PC侧、单板侧与它们之间的接口。可以把整个系统看作是功能完整的UE。PC侧承担TE功能;单板侧承担TA与MT（Mobile Termination，移动终端）的功能，完成与LTE网络的交互;接口负责PC侧与单板侧的通信。AT命令通过PC机的USB接口发送到TD?LTE移动终端。实验网络架构如图1所示。
3 AT命令与工程参数获取实验
实验使用在USB通信的基础上虚拟的串口通信，在PC机与TD?LTE移动终端之间传递AT命令与响应。打开AT命令软件，在发送框中输入“AT”，点击“发送”，若返回“OK”，则表明PC侧与单板侧LTE移动终端模块通过串口通信成功。
获取工程参数，需要确保LTE移动终端模块首先成功Attach到LTE移动通信网络。以下命令完成LTE移动终端Attach流程：
4 实验结果分析
针对表1中列举的工程参数设置不合理可能引起的问题，将服务小区ID信息分析实验、服务小区SIB（System Information Blocks）信息分析实验、驻留小区PLMN、TAI信息分析实验与同频邻区测量信息分析实验等四个实验作为TD?LTE移动终端工程参数分析实验的四个部分，如图3所示。
4.1 服務小区ID信息实验结果分析
AT上得到服务小区ID信息响应内容如下所示：
^DCT：63232，9096780132FF909632FFFFFF，63233， 01BF3A0927FFFF7FFFFFFFFF00000000
为便于阅读，在数字下面加连续的“ ”或“ ”，表示该值属于同一个工程参数。4G移动终端工程参数分析软件得到的分析结果如图4所示。
通过此实验可以获取DL_FREQ_INFO （下行链路频点信息，值为Band 39）、PHY_CELL_ID（PCI，值为376）、DL_BANDWIDTH（下行链路带宽，值为10 MHz）、ANT_PORT_NUM（天线端口数，值为未上报）、UL_FREQ_INFO（上行链路频点信息，值为Band 39）、UL_BANDWIDTH（上行链路带宽，值为10 MHz）等工程参数。
4.2 服务小区SIB信息实验结果分析
AT上得到服务小区SIB信息响应内容如下所示：
4G移动终端工程参数分析软件得到的分析结果如图5所示。
通过此实验，可以获取CELL_IDENTITY（当前服务小区ID，值为154844929）、FREQ_BAND（频段，值为27）、CELL_BAR（小区禁用标志，值为无效值）、LTE_UL_CP_TYPE（LTE上行循环前缀类型，值为无效值）、LTE_P_MAX（网络允许的最大发射功率，值为无效值）、subframeAssignment（上下行子帧的配置类型，值为无效值）、specialSubframePatterns（特殊子帧类型，值为无效值）、PLMN_IDENTITY_NUM（Public Land Mobile Network （PLMN）数目，值为0）、MCC（移动终端国家代码，值为未配置）、MNC（移动终端网络代码，值为00，即中国移动）、CELL_RESERVED（当前小区是否为保留小区，值为未配置）等工程参数。
4.3 驻留小区PLMN，TAI信息实验结果分析
AT上得到驻留小区PLMN，TAI信息响应内容如下所示：
^DCT： 63242，0100000064F0000064F000000000ED90，63244，01490000
4G移动终端工程参数分析软件得到的分析结果如图6所示。
通过此实验，可以获取SHARE_PLMN_NUM（UE适用的PLMN的个数，值为1）、MCC（移动终端国家代码，值为460，即中国）、MNC（移动通信终端网络代码，值为00，即中国移动）、TAC_VALUE（跟踪区域码，值为37101）等工程参数。
4.4 同频邻区测量信息实验结果分析
AT上得到同频邻区测量信息反馈内容如下所示：
^DCT： 32768，01000000009618019EFF88FF，32769，00000100，32770，00967901A0FF7FFF
4G移动终端工程参数分析软件得到的分析结果如图7所示。
通过此实验，可以获取INTRAF_NCELL_NUM（同频邻区数量，值为1），EARFCN（服务小区的频点，值为Band 39），PHY_CELL_ID（物理小区ID，值为280），NCELL_RSRP（邻区参考信号接收功率，值为-98），NCELL_RSRQ（邻区参考信号接收质量，值为-120）等工程参数。
5 结 语
TD?LTE移动终端工程参数获取与分析实验通过利用PC端的AT软件打开LTE移动终端单板工程模式，并利用4G移动终端工程参数分析软件得到工程参数，进而研究工程参数的构成格式，从中获取感兴趣的信息。移动终端工程参数获取实验分为服务小区ID信息分析实验、服务小区SIB信息分析实验、驻留小区PLMN、TAI信息分析实验与同频邻区测量信息分析实验等四个部分。在此基础上，可以对工程参数设置不合理引起的几类问题的可能原因进行定位，并针对定位的原因提供可能的解决方案，从而实现对网络工程参数的优化。通过TD?LTE移动终端工程参数获取与分析实验，可以将复杂与抽象的原理具体化，使高校学生从实践的角度验证理论知识，掌握LTE网络中小区的工作原理，并且在掌握LTE技术应用能力的同时深入理解LTE的工作原理。
参考文献
[1] DAHLMAN Erik.4G移动通信技术权威指南：LTE与LTE?Advanced[M].北京：人民邮电出版社，2012.
DAHLMAN E. 4G LTE/LTE?advanced for mobile broadband [M]. Beijing： The Posts and Telecommunications Press， 2012.
[2] 张明和.深入浅出4G网络：LTE/EPC[M].北京：人民邮电出版社，2016.
ZHANG Minghe. A simple explanation to 4G network?LTE/EPC [M]. Beijing： The Posts and Telecommunications Press， 2016.
[3] 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.
WANG Yingmin， SUN Shaohui. The TD?LTE technical principle and system design [M]. Beijing： The Posts and Telecommunications Press， 2010.
[4] 沈嘉，索士强.3GPP长期演进（LTE）技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2008.
SHEN Jia， SUO Shiqiang. 3GPP long term evolution （LTE） technology principle and system design [M]. Beijing： The Posts and Telecommunications Press， 2008.
[5] 3GPP. 3GPP TS 23.401： general packet radio service （GPRS） enhancements for evolved universal terrestrial radio access network （E?UTRAN） access [S/OL]. [2017?09?11]. http：//www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/23_series/23.401/23401?f10.zip.
[6] 3GPP. 3GPP TS 33.401： 3GPP system architecture evolution： security architecture[S/OL]. [2017?09?25]. http：//www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/33_series/33.401/33401?f10.zip.
[7] 肖清华，汪丁鼎，许光斌，等.TD?LTE网络规划设计与优化[M].北京：人民邮电出版社，2013.
XIAO Qinghua， WANG Dingding， XU Guangbin， et al. TD?LTE network planning， design and optimization [M]. Beijing： The Posts and Telecommunications Press， 2013.
[8] SESIA Stefania，TOUFIK Issam.LTE?UMTS长期演进理论与实践[M].马霓，钨钢，张晓博，等译.北京：人民邮电出版社，2009.
SESIA S， TOUFIK I. LTE： the UMTS long term evolution： from theory to practice [M]. Translated by MA Ni， WU Gang， ZHANG Xiaobo， et al. Beijing： The Posts and Telecommunications Press， 2009.
[9] 3GPP. 3GPP TS 21.905： 3rd generation partnership project; technical specification group services and system aspects; vocabulary for 3GPP specifications [S/OL]. [2017?06?16]. http：//www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/21_series/21.905/21905?e11.zip.
[10] ITU. ITU?T recommendation V.25 ter： serial asynchronous automatic dialling and control [S/OL]. [1997?07?19]. https：//www.itu.int/rec/dologin_pub.asp？lang=e&id=T?REC?V.25ter?199707?S！！PDF?E&type=items.
[11] 3GPP. 3GPP TS 27.007： 3rd generation partnership project; technical specification group terminals; AT command set for 3GPP User Equipment （UE） [S/OL]. [2017?09?04]. http：//www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/27_series/27.007/27007?e50.zip.
