LTE移動通信系統(tǒng)規(guī)劃與配置

劉婷婷

（西京學院，陜西 西安 710132）

0 引言

目前移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量逐年增加，導致長期演進（Long Term Evolution,LTE）技術得到了廣泛應用[1-4]。個人用戶能夠體驗到的移動通信業(yè)務需要更高的傳輸速率和更低的時延[5-7]。若需滿足移動通信發(fā)展趨勢，其數(shù)據(jù)處理能力還會朝著多接入、智能化的方向發(fā)展，同時為移動網(wǎng)絡智能管道提供接入功能[8]。對于個人而言，移動通信的信息傳播方式涉及語音、短信和視頻的同步和異步交流。此外，主要業(yè)務包含網(wǎng)絡在線游戲、實時視頻點播、掌上移動電視和智慧城市等移動通信服務的延伸應用[9]。然而，LTE 移動通信系統(tǒng)作為運營的重要組成部分，規(guī)劃與配置極為重要，有利于滿足人們對移動通信的迫切需求。為了解決這個問題，本文通過對LTE 移動通信系統(tǒng)的規(guī)劃與配置，搭建了一個完整的LTE 網(wǎng)絡，能夠滿足更多的用戶對移動網(wǎng)絡的需求。

1 LTE 移動通信系統(tǒng)技術概述

LTE 移動通信系統(tǒng)主要由接入網(wǎng)（Terrestrial Radio Access Network,TRAN）和分組核心網(wǎng)（Evolved Packet Core,EPC）兩部分組成。其中EPC 主要由關鍵控制節(jié)點（Mobility Management Entity,MME）、歸屬簽約用戶服務器（Home Subscriber Server,HSS）、服務網(wǎng)關（Serving Gate Way,SGW）、PDN 網(wǎng)關（PDN Gate Way,PGW）組成。MME 主要發(fā)揮的功能是移動性管理，包括給沒有身份標識的用戶分配臨時的身份標識，以及對用戶的移動狀態(tài)和上下文進行管理；HSS 主要發(fā)揮的功能是對配置好的用戶簽約數(shù)據(jù)進行管理和存儲，包括對用戶進行鑒權；SGW 主要的功能包括eNodeB 間本地移動性錨點的切換、基于用戶和承載的計費、分組路由和轉(zhuǎn)發(fā)功能[10]；PGW 主要的功能包括：會話管理、IP 地址分配、路由選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)、計費。LTE 移動通信系統(tǒng)體系架構如圖1所示。

圖1 LTE 移動通信系統(tǒng)架構

2 LTE 移動通信系統(tǒng)規(guī)劃

本章的主要內(nèi)容是對LTE 移動通信系統(tǒng)的規(guī)劃流程進行整理，要實現(xiàn)用戶終端的信息傳遞，LTE 移動通信系統(tǒng)的規(guī)劃不僅需要包括EPC 中的網(wǎng)元配置，還應該包括eNodeB 部分的規(guī)劃。LTE 移動通信系統(tǒng)規(guī)劃配置模塊如圖2所示。

圖2 LTE 移動通信系統(tǒng)規(guī)劃配置模塊

2.1 eNodeB 規(guī)劃

基站eNodeB 規(guī)劃階段主要完成eNodeB 基本數(shù)據(jù)規(guī)劃、eNodeB 傳輸數(shù)據(jù)規(guī)劃、eNodeB 無線數(shù)據(jù)規(guī)劃。在eNodeB設備的基本數(shù)據(jù)規(guī)劃階段主要是完成eNodeB 基站的設備添加，包括單板、機柜機框、射頻單元等。除了設備的添加之外還包括eNodeB 信息、運營商信息、時間同步數(shù)據(jù)的添加及配置。

在eNodeB 設備的傳輸數(shù)據(jù)配置規(guī)劃階段主要是完成eNodeB 基站的接口以及鏈路配置規(guī)劃。S1 接口是eNodeB和核心網(wǎng)MME 之間的接口，采用SCTP 協(xié)議承載。eNodeB主要由RRU 和BBU 組成，其中RRU 為射頻單元，不需要配置IP 地址，則端口IP 為eNodeB 中BBU 的IP 地址。由于要完成信號的傳遞，所以eNodeB 需要與核心網(wǎng)中的網(wǎng)元創(chuàng)建鏈路并配置相應的IP 地址，還需要與MME、SGW 通過鏈路相連接。S1-MME、S1-U 的IP 地址參數(shù)即為EPC 核心網(wǎng)中分配給MME、SGW 的業(yè)務地址IP。具體的eNodeB傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)規(guī)劃見表1 所列。

表1 eNodeB 傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)規(guī)劃

根據(jù)eNodeB 傳輸數(shù)據(jù)參數(shù)規(guī)劃，LTE 移動通信系統(tǒng)中各個部件鏈路連接關系如圖3所示。

圖3 LTE 移動通信系統(tǒng)部件鏈路連接關系

eNodeB 設備的無線數(shù)據(jù)配置規(guī)劃階段主要包括添加扇區(qū)信息以及添加小區(qū)信息、小區(qū)扇區(qū)設備、運營商信息。通過eNodeB 無線數(shù)據(jù)配置階段的天線GPS 配置完成信號的無線傳輸，其主要的參數(shù)規(guī)劃見表2 所列。

表2 eNodeB 無線數(shù)據(jù)參數(shù)規(guī)劃

2.2 EPC 規(guī)劃

基站EPC 規(guī)劃階段主要完成 EPC 接口數(shù)據(jù)規(guī)劃、EPC簽約用戶數(shù)據(jù)規(guī)劃、寫卡業(yè)務規(guī)劃、EPC 網(wǎng)關接入點（Access Point Name,APN）數(shù)據(jù)規(guī)劃。

LTE 核心網(wǎng)功能的實現(xiàn)需要eNodeB 基站與EPC 的協(xié)同作用，在EPC 接口數(shù)據(jù)規(guī)劃階段主要完成EPC 的主要網(wǎng)元與eNodeB 的接口連接。其主要的參數(shù)規(guī)劃見表3 所列。

表3 EPC 接口數(shù)據(jù)參數(shù)規(guī)劃

在EPC 簽約用戶數(shù)據(jù)規(guī)劃階段主要完成用戶SIM 卡的相關配置，要實現(xiàn)在規(guī)劃的核心網(wǎng)下手機用戶終端之間互相通信，需要將EPC 中規(guī)劃的簽約數(shù)據(jù)通過寫卡器寫入空白SIM 卡中，需要注意的是寫卡過程中的IMSI 與EPC 簽約用戶中的IMSI 一致。

APN 規(guī)劃階段要配置APN 參數(shù)。APN 參數(shù)的配置決定了用戶的手機通過哪種接入方式來訪問網(wǎng)絡。其主要的參數(shù)規(guī)劃見表4 所列。

表4 EPC 網(wǎng)關APN 數(shù)據(jù)參數(shù)規(guī)劃

BBU、MME、SGW、HSS 的 業(yè) 務IP 地 址 為192.168.1.200-192.168.1.202。根據(jù)對應的IP 地址通過不同的鏈路彼此連接，同時SGW 承擔UE 網(wǎng)關的作用，SGW 應該增加一條UE 網(wǎng)關地址192.168.5.1，SGW 為UE 用戶端設備從192.168.5.3-192.168.5.245 網(wǎng)段中分配一個IP 地址。同時為實現(xiàn)UE 的上網(wǎng)功能，需要給路由器的靜態(tài)路由表里增加一條路由，讓路由器將UE 數(shù)據(jù)包都轉(zhuǎn)發(fā)到SGW，此時路由器的IP 與SGW 的IP 應該處于同一網(wǎng)段中，則應該再給SGW 增加一條129.9.0.11 的業(yè)務IP 地址。根據(jù)以上規(guī)劃，信號從UE 經(jīng)過基站到核心網(wǎng)再經(jīng)過路由器進入公網(wǎng)的環(huán)節(jié)理論上就打通了，LTE 移動通信系統(tǒng)基本規(guī)劃完成。在完成APN 的規(guī)劃后，從UE 用戶端到互聯(lián)網(wǎng)的核心網(wǎng)關鍵IP 規(guī)劃如圖4所示。

圖4 LTE 移動通信系統(tǒng)IP 示意圖

3 LTE 移動通信系統(tǒng)配置

LTE 移動通信系統(tǒng)的配置主要分為eNodeB 配置和EPC配置兩部分。

3.1 eNodeB 數(shù)據(jù)配置

在基站eNodeB 配置階段主要完成 eNodeB 基本數(shù)據(jù)配置、eNodeB 傳輸數(shù)據(jù)配置、eNodeB 無線數(shù)據(jù)配置。

3.1.1 基本數(shù)據(jù)

使用維護終端進行eNodeB 基本數(shù)據(jù)配置的第一步是關閉DHCP。DHCP 即動態(tài)主機配置協(xié)議，DHCP 的作用是給內(nèi)部網(wǎng)絡或網(wǎng)絡服務供應商自動分配IP 地址，而在本次配置工程中網(wǎng)絡IP 地址均需要手動配置，需要關閉DHCP。對于LTE 核心網(wǎng)信號傳輸?shù)膶崿F(xiàn)，配置運營商信息是不可或缺的一步，其中最重要的是完成TAC 即跟蹤區(qū)域碼的配置，跟蹤區(qū)域碼TAC 用于核心網(wǎng)界定尋呼消息的發(fā)送范圍，一個跟蹤區(qū)可能包含一個或多個小區(qū)。LTE 移動通信系統(tǒng)中eNodeB 基本數(shù)據(jù)配置階段還需要完成核心網(wǎng)單板的配置作為硬件支持，其中需要注意的是機柜和機框的型號配置。

3.1.2 傳輸數(shù)據(jù)

要實現(xiàn)LTE 的各個關鍵網(wǎng)元的協(xié)同作用需要將EPC 的核心部件采用對應的協(xié)議通過對應的接口連接起來，傳輸數(shù)據(jù)配置階段就是完成此項功能。首先是通過以太網(wǎng)接口添加基板配置端口IP 地址，并增加SCTP 鏈路和CP（控制端口）承載；然后通過添加S1 接口以及IP PATH 實現(xiàn)基站與MME的連接；最后是添加運營商的IP PATH 及基站的IP PATH 類型實現(xiàn)基站與運營商的連接。

3.1.3 無線數(shù)據(jù)

LTE 移動通信系統(tǒng)中信號的傳輸是通過無線信號完成的。eNodeB 無線數(shù)據(jù)配置中需要注意的是本次設計主要完成的是信號下行到用戶終端的應用，在配置時需要注意小區(qū)的上行、下行頻點與頻段分析，本階段還需要創(chuàng)建并配置小區(qū)運營商的信息，其配置步驟如圖5所示。

圖5 eNodeB 無線數(shù)據(jù)配置流程

3.2 EPC 數(shù)據(jù)配置

在EPC 配置階段主要完成EPC 接口數(shù)據(jù)配置、EPC 簽約用戶數(shù)據(jù)配置、EPC 網(wǎng)關APN 數(shù)據(jù)配置。

3.2.1 接口數(shù)據(jù)

同eNodeB 傳輸數(shù)據(jù)配置原理相似，要實現(xiàn)LTE 移動通信系統(tǒng)功能，EPC 核心網(wǎng)元需要與基站相連接，同時網(wǎng)元之間也要能彼此連接，這需要通過配置合適的IP 地址實現(xiàn)。首先是配置HPLMN。PLMN 為公共陸地移動網(wǎng)絡，是為公眾提供陸地移動通信業(yè)務而建立和經(jīng)營的網(wǎng)絡。HPLMN 是PLMN 的一種，為終端用戶歸屬的PLMN。在配置HPLMN時需要注意MCC 和MNC 的配置[4]。最后完成MME、SGW、HSS 單板的相應IP 地址的配置。具體的配置步驟如圖6所示。

圖6 EPC 接口數(shù)據(jù)配置

3.2.2 簽約用戶數(shù)據(jù)

在EPC 簽約用戶數(shù)據(jù)配置階段首先是配置Diameter 鏈路信息和IMSI 與HSS 的對應關系，只有配置了IMSI 到HSS 的對應關系，MME 才能根據(jù)用戶的IMSI 找到對應的HSS。然后是設置LTE 終端用戶公共鑒權參數(shù)，避免被第三方或者未授權者盜用和查看。再增加APN 模板，并設置APN 信息中的QOS 參數(shù)。最后增加USIM 卡數(shù)據(jù)，提供開戶所需的USIM 卡信息。具體配置步驟如圖7所示。

圖7 EPC 簽約用戶數(shù)據(jù)配置流程

3.2.3 網(wǎng)關APN 數(shù)據(jù)

EPC 網(wǎng)關APN 數(shù)據(jù)配置首先是對SGW 增加了IP 地址，并增加了一條指向路由器的默認路由，該路由的作用是讓SGW 接入Internet。然后增加地址池，地址池中的地址可以動態(tài)地分配給網(wǎng)絡中的客戶機使用。配置APN 的DNS 屬性，即配置網(wǎng)絡的實際尋址方式。配置APN 與地址池的綁定關系時要注意一個APN 下最多綁定16 個地址池，一個地址池可以被多個APN 綁定。設置SGW 的S1-U 地址后增加了APN 到SGW 的轉(zhuǎn)換關系，配置了S11 接口的本地地址和對端地址。

4 LTE 移動通信系統(tǒng)測試

4.1 MML 命令法配置、核查及驗證

配置eNodeB 的EPC 參數(shù)后，使用MML（Man-Machine Language）命令法核查配置結果是否正確。在本次LTE 移動通信系統(tǒng)規(guī)劃與配置設計階段，由于涉及到eNodeB 與EPC兩個維護端同時使用多條命令，在配置過程中不可避免地會出現(xiàn)一些差錯，第一次使用UE 用戶終端時UE 設備無法找到4G 信號，如何排除故障并進行修正是本次設計的重點之一。

核查eNodeB 配置過程是否正確的方法是使用MML 命令法查看eNodeB 中的單板是否添加正確。eNodeB 基站中的單板功能狀態(tài)主要包括告警、正常和故障等，其配置圖如圖8所示。在驗證單板是否正確配置時，可以通過維護端的設備查看eNodeB 中單板的具體排列位置，若單板的狀態(tài)為綠色（正常狀態(tài)），則說明單板全為正確添加，且功能可以正常使用。

圖8 eNodeB 單板配置結果

驗證EPC 數(shù)據(jù)配置主要是查看單板MME、SGW 和HSS 的業(yè)務地址是否正確。需要注意的是在IP 為129.9.0.10的LTE 維護端中與eNodeB 通過鏈路相連接的MME、SGW，它們的本端地址、端口與對端地址、端口是相反的才能實現(xiàn)EPC 與eNodeB 的正確連接，并且要使用MML 語句DSPBRDIP 進行單板地址查詢。此外還需要對簽約用戶數(shù)據(jù)進行驗證，并與寫卡器讀出的SIM 卡的IMSI 進行對比，若一致，則說明簽約用戶數(shù)據(jù)配置正確。

4.2 LTE 移動通信系統(tǒng)業(yè)務測試

使用兩個移動設備終端，在配置好的LTE 移動通信系統(tǒng)下對兩個設備的信號情況進行測試，包括4G-46050 信號在UE 的上網(wǎng)使用情況和兩個UE 設備間語音業(yè)務的實現(xiàn)。

（1）上網(wǎng)業(yè)務功能測試

測試時，將SIM 卡插入手機前沒有信號，此時進入手機設置的移動網(wǎng)絡板塊，將APN 接入到cmnet，左上角出現(xiàn)4G-46050 字樣，則表明手機信號出現(xiàn)，結果如圖9所示。

圖9 手機網(wǎng)絡狀態(tài)測試

（2）語音業(yè)務功能測試

測試語音業(yè)務時，使用手機A 撥打手機B 的電話號碼，兩臺手機可以同步進行語音通話，表明語音業(yè)務功能正常，如圖10所示。

圖10 手機語音通話示意圖

5 結語

LTE 移動通信系統(tǒng)是移動通信領域進入4G 時代的重要標志之一，LTE 移動通信系統(tǒng)合理的規(guī)劃與配置是搭建一個優(yōu)秀的4G 移動網(wǎng)絡的重點，它能夠很好地解決當前用戶在使用移動網(wǎng)絡中遇到的許多問題，如低速率、高時延等。LTE 移動通信系統(tǒng)不是一個孤立的個體，是與整個移動通信網(wǎng)絡緊密連接的整體。在完成LTE 移動通信系統(tǒng)的配置之后，通過實際情況的模擬發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)也有許多的不足：當用戶使用移動網(wǎng)絡時對網(wǎng)絡的穩(wěn)定性有較高要求，本次設計未對網(wǎng)絡的穩(wěn)定性進行調(diào)整，在手機使用上網(wǎng)業(yè)務時網(wǎng)絡的穩(wěn)定性也較差。