TD?LTE移動終端工程參數(shù)獲取實驗與分析

李毅 張衛(wèi)東 楊棟

關(guān)鍵詞： TD?LTE技術(shù); 移動通信系統(tǒng); 移動終端; 工程參數(shù)分析; 串口通信; 參數(shù)設(shè)計

中圖分類號： TN929.5?34; G484 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 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，長期演進）已經(jīng)成為通信業(yè)的主流技術(shù)。整個LTE網(wǎng)絡(luò)包括三個組成部分：UE（User Equipment，用戶設(shè)備）、E?UTRAN（Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network，演進的UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)）和EPC（Evolved Packet Core，演進的分組核心網(wǎng)）[1?3]。UE是指終端用戶進行通信直接使用的任何設(shè)備。UE與eNodeB之間通過Uu接口連接，在ETSI 125/136?系列協(xié)議與3GPP 25/36?系列協(xié)議中進行詳細說明。UE是LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起所有呼叫的終端設(shè)備。從功能的角度，UE處理以下面向核心網(wǎng)的任務(wù)：移動性管理、呼叫控制、會話管理與身份管理等，與此對應(yīng)的協(xié)議經(jīng)過eNodeB透明傳輸，eNodeB不改變、使用或者理解其中的信息。這些信息也稱作NAS（Non Access Stratum）協(xié)議[4?6]。

在LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期，在考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、服務(wù)質(zhì)量等因素的基礎(chǔ)上，進行LTE網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計。工程參數(shù)包括頻點、小區(qū)ID、帶寬、參考信號接收功率與參考信號接收質(zhì)量等。無線小區(qū)工程參數(shù)規(guī)劃方面，包括頻率規(guī)劃、TA（Tracking Area）list規(guī)劃、PCI（Physical Cell Identity）規(guī)劃、信道參數(shù)規(guī)劃等。在此基礎(chǔ)上，可以對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化。工程參數(shù)設(shè)置不合理可能引起以下幾類問題[7]，如表1所示。工程參數(shù)優(yōu)化可以針對這幾類問題提供解決方案。

解決以上問題的方法是：首先對小區(qū)工程參數(shù)進行獲取，然后基于獲取的結(jié)果找出配置不合理的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，并針對遇到的具體問題對參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整?；谝陨戏治觯こ虆?shù)獲取在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中具有重要的意義。

1 ?TD?LTE小區(qū)工程參數(shù)分析

按照表1中列舉的TD?LTE網(wǎng)絡(luò)小區(qū)工程參數(shù)設(shè)置不合理可能引起的問題，與之相關(guān)的關(guān)鍵參數(shù)包括以下幾種。

1） PCI參數(shù)。PCI（Physical Cell Identity）即物理小區(qū)ID。LTE用PCI來區(qū)分小區(qū)，LTE小區(qū)搜索流程中通過檢索主同步信號（PSS共有3種）與輔同步序列（SSS共有168種）相結(jié)合來確定具體的小區(qū)ID。此種機制決定了PCI總數(shù)為3×168=504個。為防止小區(qū)間的相互干擾，LTE中不同的ID之間應(yīng)保證如下約束條件： 相鄰小區(qū)的PCI不能相等;同一小區(qū)的鄰區(qū)PCI不能相等;相鄰小區(qū)的PCI模3與模6運算后余數(shù)不能相等。

2） 最大發(fā)射功率參數(shù)。下行基站最大發(fā)射功率一定，需要將總功率分配給各個下行物理信道。

對于下行信號，基站通過分配功率和相互間的協(xié)調(diào)來抑制小區(qū)間的干擾?；镜墓β史峙錂C制為開環(huán)方式，對下行各個子載波上的發(fā)送功率進行控制。下行功率分配以每個RE （Resource Element）為單位控制基站在各個時刻各個子載波上的發(fā)射功率。

3） TA List參數(shù)。在LTE網(wǎng)絡(luò)中定義了駐留小區(qū)所屬的跟蹤區(qū)域，一個跟蹤區(qū)域可以涵蓋一個或者多個小區(qū)，其作用在于：網(wǎng)絡(luò)需要終端加入時，通過TA List進行尋呼，快速地找到終端;終端可以在TA List中自由移動，以減少與網(wǎng)絡(luò)的頻繁交互。

4） 切換算法與工程參數(shù)。切換包括測量、決策與執(zhí)行3個階段：

① 測量階段：eNodeB向UE發(fā)送測量配置消息，UE據(jù)此進行相關(guān)測量，測量完成后將結(jié)果返回給eNodeB;

② 決策階段：eNodeB根據(jù)UE返回的測量結(jié)果進行是否觸發(fā)切換的決策;

③ 執(zhí)行階段：eNodeB根據(jù)決策，控制UE切換到目標(biāo)小區(qū)。

TD?LTE協(xié)議定義了切換測量報告觸發(fā)機制，包括A1，A2，A3，A4，A5，B1和B2事件，其中，TD?LTE系統(tǒng)內(nèi)切換主要使用A1，A2和A3事件。A3事件經(jīng)常用于觸發(fā)切換，具體描述如下：

[Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off]

式中：[Mn]為相鄰小區(qū)的測量結(jié)果;[Ofn]為相鄰小區(qū)頻率上的頻率特定偏移量;[Ocn]為相鄰小區(qū)的特定偏移量;[Ms]為服務(wù)小區(qū)的測量結(jié)果;[Ofs]為服務(wù)小區(qū)頻率上的頻率特定偏移量;[Ocs]為服務(wù)小區(qū)的特定偏移量;[Hys]為該事件的延遲;[Off]為該事件的偏移參數(shù)。

A3事件可由RSRP與RSRQ觸發(fā)：

RSRP（Reference Signal Received Power，鄰區(qū)參考信號接收功率）指在某個符號內(nèi)承載參考信號的所有RE（資源粒子）上接收到的信號功率的平均值[8]。RSRP是指示服務(wù)小區(qū)信號好壞的相對指標(biāo)。

RSRQ（Reference Signal Received Quality，鄰區(qū)參考信號接收質(zhì)量）表示LTE參考信號接收質(zhì)量，并根據(jù)信號質(zhì)量對不同LTE候選小區(qū)進行排序。RSRQ被定義為[N]*RSRP/（LTE載波RSSI（Received Signal Strength Indicator）），其中，[N]是LTE載波RSSI測量帶寬的資源塊的個數(shù)[8]。由于RSRQ的值是浮點類型，為了能用整型表示，在接口中將該值擴大10倍。

2 ?TD?LTE小區(qū)工程參數(shù)獲取系統(tǒng)構(gòu)建方案

根據(jù)上文對TD?LTE中與小區(qū)性能相關(guān)的關(guān)鍵工程參數(shù)的分析，特設(shè)計TD?LTE小區(qū)工程參數(shù)獲取系統(tǒng)構(gòu)建方案。

2.1 ?TD?LTE移動終端模塊

一個完整終端解決方案的核心部分包括基帶、應(yīng)用處理器、射頻等主要模塊。本實驗中使用的TD?LTE移動終端模塊的核心是聯(lián)芯科技的LC5761芯片，該芯片嵌入到終端應(yīng)用系統(tǒng)中構(gòu)成一個TD?LTE移動終端系統(tǒng)，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、全速與低速模式接口，完成與外圍USB主機之間的大批量高速數(shù)據(jù)交換。

2.2 ?AT命令介紹

AT的全稱是Attention，從TE（Terminal Equipment，終端設(shè)備）向TA（Terminal Adapter，終端適配器）[9]發(fā)送的命令總是以AT開始[10?11]。AT命令被用作控制移動終端的功能并從移動終端一側(cè)控制LTE網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。一個完整的AT命令行由前綴（Prefix）、主體（Body）、結(jié)束符（Termination Character）組成。當(dāng)TA收到AT命令后，回復(fù)格式為信息文本（Information Text）與結(jié)果碼（Result Codes）。在USB端口的驅(qū)動程序正確安裝后，可以通過Windows自帶的“超級終端”軟件下發(fā)AT命令。

2.3 ?實驗原理

工程模式是指移動終端的一種工作模式，處于該工作模式的終端用來檢測基站的各種工程參數(shù)。本實驗的原理是通過USB連接將PC機上的AT命令傳送到LTE移動終端單板，將LTE移動終端開啟工程模式，從而在LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)中獲取工程參數(shù)，并利用LTE移動終端工程參數(shù)分析軟件按照特定格式對響應(yīng)進行分析。

2.4 ?實驗網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為三大部分：PC側(cè)、單板側(cè)與它們之間的接口。可以把整個系統(tǒng)看作是功能完整的UE。PC側(cè)承擔(dān)TE功能;單板側(cè)承擔(dān)TA與MT（Mobile Termination，移動終端）的功能，完成與LTE網(wǎng)絡(luò)的交互;接口負責(zé)PC側(cè)與單板側(cè)的通信。AT命令通過PC機的USB接口發(fā)送到TD?LTE移動終端。實驗網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

3 ?AT命令與工程參數(shù)獲取實驗

實驗使用在USB通信的基礎(chǔ)上虛擬的串口通信，在PC機與TD?LTE移動終端之間傳遞AT命令與響應(yīng)。打開AT命令軟件，在發(fā)送框中輸入“AT”，點擊“發(fā)送”，若返回“OK”，則表明PC側(cè)與單板側(cè)LTE移動終端模塊通過串口通信成功。

獲取工程參數(shù)，需要確保LTE移動終端模塊首先成功Attach到LTE移動通信網(wǎng)絡(luò)。以下命令完成LTE移動終端Attach流程：

4 ?實驗結(jié)果分析

針對表1中列舉的工程參數(shù)設(shè)置不合理可能引起的問題，將服務(wù)小區(qū)ID信息分析實驗、服務(wù)小區(qū)SIB（System Information Blocks）信息分析實驗、駐留小區(qū)PLMN、TAI信息分析實驗與同頻鄰區(qū)測量信息分析實驗等四個實驗作為TD?LTE移動終端工程參數(shù)分析實驗的四個部分，如圖3所示。

4.1 ?服務(wù)小區(qū)ID信息實驗結(jié)果分析

AT上得到服務(wù)小區(qū)ID信息響應(yīng)內(nèi)容如下所示：

^DCT：63232，9096780132FF909632FFFFFF，63233， 01BF3A0927FFFF7FFFFFFFFF00000000

為便于閱讀，在數(shù)字下面加連續(xù)的“ ?”或“ ? ”，表示該值屬于同一個工程參數(shù)。4G移動終端工程參數(shù)分析軟件得到的分析結(jié)果如圖4所示。

通過此實驗可以獲取DL_FREQ_INFO （下行鏈路頻點信息，值為Band 39）、PHY_CELL_ID（PCI，值為376）、DL_BANDWIDTH（下行鏈路帶寬，值為10 MHz）、ANT_PORT_NUM（天線端口數(shù)，值為未上報）、UL_FREQ_INFO（上行鏈路頻點信息，值為Band 39）、UL_BANDWIDTH（上行鏈路帶寬，值為10 MHz）等工程參數(shù)。

4.2 ?服務(wù)小區(qū)SIB信息實驗結(jié)果分析

AT上得到服務(wù)小區(qū)SIB信息響應(yīng)內(nèi)容如下所示：

4G移動終端工程參數(shù)分析軟件得到的分析結(jié)果如圖5所示。

通過此實驗，可以獲取CELL_IDENTITY（當(dāng)前服務(wù)小區(qū)ID，值為154844929）、FREQ_BAND（頻段，值為27）、CELL_BAR（小區(qū)禁用標(biāo)志，值為無效值）、LTE_UL_CP_TYPE（LTE上行循環(huán)前綴類型，值為無效值）、LTE_P_MAX（網(wǎng)絡(luò)允許的最大發(fā)射功率，值為無效值）、subframeAssignment（上下行子幀的配置類型，值為無效值）、specialSubframePatterns（特殊子幀類型，值為無效值）、PLMN_IDENTITY_NUM（Public Land Mobile Network （PLMN）數(shù)目，值為0）、MCC（移動終端國家代碼，值為未配置）、MNC（移動終端網(wǎng)絡(luò)代碼，值為00，即中國移動）、CELL_RESERVED（當(dāng)前小區(qū)是否為保留小區(qū)，值為未配置）等工程參數(shù)。

4.3 ?駐留小區(qū)PLMN，TAI信息實驗結(jié)果分析

AT上得到駐留小區(qū)PLMN，TAI信息響應(yīng)內(nèi)容如下所示：

^DCT： 63242，0100000064F0000064F000000000ED90，63244，01490000

4G移動終端工程參數(shù)分析軟件得到的分析結(jié)果如圖6所示。

通過此實驗，可以獲取SHARE_PLMN_NUM（UE適用的PLMN的個數(shù)，值為1）、MCC（移動終端國家代碼，值為460，即中國）、MNC（移動通信終端網(wǎng)絡(luò)代碼，值為00，即中國移動）、TAC_VALUE（跟蹤區(qū)域碼，值為37101）等工程參數(shù)。

4.4 ?同頻鄰區(qū)測量信息實驗結(jié)果分析

AT上得到同頻鄰區(qū)測量信息反饋內(nèi)容如下所示：

^DCT： 32768，01000000009618019EFF88FF，32769，00000100，32770，00967901A0FF7FFF

4G移動終端工程參數(shù)分析軟件得到的分析結(jié)果如圖7所示。

通過此實驗，可以獲取INTRAF_NCELL_NUM（同頻鄰區(qū)數(shù)量，值為1），EARFCN（服務(wù)小區(qū)的頻點，值為Band 39），PHY_CELL_ID（物理小區(qū)ID，值為280），NCELL_RSRP（鄰區(qū)參考信號接收功率，值為-98），NCELL_RSRQ（鄰區(qū)參考信號接收質(zhì)量，值為-120）等工程參數(shù)。

5 ?結(jié) ?語

TD?LTE移動終端工程參數(shù)獲取與分析實驗通過利用PC端的AT軟件打開LTE移動終端單板工程模式，并利用4G移動終端工程參數(shù)分析軟件得到工程參數(shù)，進而研究工程參數(shù)的構(gòu)成格式，從中獲取感興趣的信息。移動終端工程參數(shù)獲取實驗分為服務(wù)小區(qū)ID信息分析實驗、服務(wù)小區(qū)SIB信息分析實驗、駐留小區(qū)PLMN、TAI信息分析實驗與同頻鄰區(qū)測量信息分析實驗等四個部分。在此基礎(chǔ)上，可以對工程參數(shù)設(shè)置不合理引起的幾類問題的可能原因進行定位，并針對定位的原因提供可能的解決方案，從而實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)工程參數(shù)的優(yōu)化。通過TD?LTE移動終端工程參數(shù)獲取與分析實驗，可以將復(fù)雜與抽象的原理具體化，使高校學(xué)生從實踐的角度驗證理論知識，掌握LTE網(wǎng)絡(luò)中小區(qū)的工作原理，并且在掌握LTE技術(shù)應(yīng)用能力的同時深入理解LTE的工作原理。

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