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TD-LTE移動終端工程參數獲取實驗與分析


2019-03-27    來源:現代電子技術    作者:李毅;張衛東;楊棟

關鍵詞: TD?LTE技術; 移動通信系統; 移動終端; 工程參數分析; 串口通信; 參數設計 
  中圖分類號: TN929.5?34; G484                    文獻標識碼: 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, Xi’an 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)已經成為通信業的主流技術。整個LTE網絡包括三個組成部分:UE(User Equipment,用戶設備)、E?UTRAN(Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network,演進的UMTS陸地無線接入網)和EPC(Evolved Packet Core,演進的分組核心網)[1?3]。UE是指終端用戶進行通信直接使用的任何設備。UE與eNodeB之間通過Uu接口連接,在ETSI 125/136?系列協議與3GPP 25/36?系列協議中進行詳細說明。UE是LTE移動通信網絡中發起所有呼叫的終端設備。從功能的角度,UE處理以下面向核心網的任務:移動性管理、呼叫控制、會話管理與身份管理等,與此對應的協議經過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)協議[4?6]。 
  在LTE網絡建設的初期,在考慮網絡覆蓋、容量、服務質量等因素的基礎上,進行LTE網絡規劃設計。工程參數包括頻點、小區ID、帶寬、參考信號接收功率與參考信號接收質量等。無線小區工程參數規劃方面,包括頻率規劃、TA(Tracking Area)list規劃、PCI(Physical Cell Identity)規劃、信道參數規劃等。在此基礎上,可以對網絡進行優化。工程參數設置不合理可能引起以下幾類問題[7],如表1所示。工程參數優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:首先對小區工程參數進行獲取,然后基于獲取的結果找出配置不合理的網絡參數,并針對遇到的具體問題對參數進行優化調整。基于以上分析,工程參數獲取在網絡優化中具有重要的意義。

1  TD?LTE小區工程參數分析


  按照表1中列舉的TD?LTE網絡小區工程參數設置不合理可能引起的問題,與之相關的關鍵參數包括以下幾種。 
  1) PCI參數。PCI(Physical Cell Identity)即物理小區ID。LTE用PCI來區分小區,LTE小區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)相結合來確定具體的小區ID。此種機制決定了PCI總數為3×168=504個。為防止小區間的相互干擾,LTE中不同的ID之間應保證如下約束條件: 相鄰小區的PCI不能相等;同一小區的鄰區PCI不能相等;相鄰小區的PCI模3與模6運算后余數不能相等。 
  2) 最大發射功率參數。下行基站最大發射功率一定,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調來抑制小區間的干擾。基站的功率分配機制為開環方式,對下行各個子載波上的發送功率進行控制。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射功率。 
  3) TA List參數。在LTE網絡中定義了駐留小區所屬的跟蹤區域,一個跟蹤區域可以涵蓋一個或者多個小區,其作用在于:網絡需要終端加入時,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,以減少與網絡的頻繁交互。 
  4) 切換算法與工程參數。切換包括測量、決策與執行3個階段: 
  ① 測量階段:eNodeB向UE發送測量配置消息,UE據此進行相關測量,測量完成后將結果返回給eNodeB; 
  ② 決策階段:eNodeB根據UE返回的測量結果進行是否觸發切換的決策; 
  ③ 執行階段:eNodeB根據決策,控制UE切換到目標小區。 
  TD?LTE協議定義了切換測量報告觸發機制,包括A1,A2,A3,A4,A5,B1和B2事件,其中,TD?LTE系統內切換主要使用A1,A2和A3事件。A3事件經常用于觸發切換,具體描述如下: 
  [Mn+Ofn+Ocn-Hys>Ms+Ofs+Ocs+Off] 
  式中:[Mn]為相鄰小區的測量結果;[Ofn]為相鄰小區頻率上的頻率特定偏移量;[Ocn]為相鄰小區的特定偏移量;[Ms]為服務小區的測量結果;[Ofs]為服務小區頻率上的頻率特定偏移量;[Ocs]為服務小區的特定偏移量;[Hys]為該事件的延遲;[Off]為該事件的偏移參數。 
  A3事件可由RSRP與RSRQ觸發: 
  RSRP(Reference Signal Received Power,鄰區參考信號接收功率)指在某個符號內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是指示服務小區信號好壞的相對指標。 
  RSRQ(Reference Signal Received Quality,鄰區參考信號接收質量)表示LTE參考信號接收質量,并根據信號質量對不同LTE候選小區進行排序。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[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小區工程參數獲取系統構建方案


  根據上文對TD?LTE中與小區性能相關的關鍵工程參數的分析,特設計TD?LTE小區工程參數獲取系統構建方案。 
  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芯科技的LC5761芯片,該芯片嵌入到終端應用系統中構成一個TD?LTE移動終端系統,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據交換。 
  2.2  AT命令介紹 
  AT的全稱是Attention,從TE(Terminal Equipment,終端設備)向TA(Terminal Adapter,終端適配器)[9]發送的命令總是以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控制LTE網絡業務。一個完整的AT命令行由前綴(Prefix)、主體(Body)、結束符(Termination Character)組成。當TA收到AT命令后,回復格式為信息文本(Information Text)與結果碼(Result Codes)。在USB端口的驅動程序正確安裝后,可以通過Windows自帶的“超級終端”軟件下發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。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移動通信網絡中獲取工程參數,并利用LTE移動終端工程參數分析軟件按照特定格式對響應進行分析。 
  2.4  實驗網絡架構 
  整個網絡架構分為三大部分:PC側、單板側與它們之間的接口。可以把整個系統看作是功能完整的UE。PC側承擔TE功能;單板側承擔TA與MT(Mobile Termination,移動終端)的功能,完成與LTE網絡的交互;接口負責PC側與單板側的通信。AT命令通過PC機的USB接口發送到TD?LTE移動終端。實驗網絡架構如圖1所示。

3  AT命令與工程參數獲取實驗


  實驗使用在USB通信的基礎上虛擬的串口通信,在PC機與TD?LTE移動終端之間傳遞AT命令與響應。打開AT命令軟件,在發送框中輸入“AT”,點擊“發送”,若返回“OK”,則表明PC側與單板側LTE移動終端模塊通過串口通信成功。 
  獲取工程參數,需要確保LTE移動終端模塊首先成功Attach到LTE移動通信網絡。以下命令完成LTE移動終端Attach流程:

4  實驗結果分析


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

  4.1  服務小區ID信息實驗結果分析 
  AT上得到服務小區ID信息響應內容如下所示: 
  ^DCT:63232,9096780132FF909632FFFFFF,63233, 01BF3A0927FFFF7FFFFFFFFF00000000 
  為便于閱讀,在數字下面加連續的“  ”或“   ”,表示該值屬于同一個工程參數。4G移動終端工程參數分析軟件得到的分析結果如圖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,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。 
  4.2  服務小區SIB信息實驗結果分析 
  AT上得到服務小區SIB信息響應內容如下所示: 
  4G移動終端工程參數分析軟件得到的分析結果如圖5所示。 
  通過此實驗,可以獲取CELL_IDENTITY(當前服務小區ID,值為154844929)、FREQ_BAND(頻段,值為27)、CELL_BAR(小區禁用標志,值為無效值)、LTE_UL_CP_TYPE(LTE上行循環前綴類型,值為無效值)、LTE_P_MAX(網絡允許的最大發射功率,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)數目,值為0)、MCC(移動終端國家代碼,值為未配置)、MNC(移動終端網絡代碼,值為00,即中國移動)、CELL_RESERVED(當前小區是否為保留小區,值為未配置)等工程參數。 
  4.3  駐留小區PLMN,TAI信息實驗結果分析 
  AT上得到駐留小區PLMN,TAI信息響應內容如下所示: 
  ^DCT: 63242,0100000064F0000064F000000000ED90,63244,01490000 
  4G移動終端工程參數分析軟件得到的分析結果如圖6所示。 
  通過此實驗,可以獲取SHARE_PLMN_NUM(UE適用的PLMN的個數,值為1)、MCC(移動終端國家代碼,值為460,即中國)、MNC(移動通信終端網絡代碼,值為00,即中國移動)、TAC_VALUE(跟蹤區域碼,值為37101)等工程參數。 
  4.4  同頻鄰區測量信息實驗結果分析 
  AT上得到同頻鄰區測量信息反饋內容如下所示:

  ^DCT: 32768,01000000009618019EFF88FF,32769,00000100,32770,00967901A0FF7FFF
4G移動終端工程參數分析軟件得到的分析結果如圖7所示。

  通過此實驗,可以獲取INTRAF_NCELL_NUM(同頻鄰區數量,值為1),EARFCN(服務小區的頻點,值為Band 39),PHY_CELL_ID(物理小區ID,值為280),NCELL_RSRP(鄰區參考信號接收功率,值為-98),NCELL_RSRQ(鄰區參考信號接收質量,值為-120)等工程參數。

5  結  語


  TD?LTE移動終端工程參數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移動終端工程參數分析軟件得到工程參數,進而研究工程參數的構成格式,從中獲取感興趣的信息。移動終端工程參數獲取實驗分為服務小區ID信息分析實驗、服務小區SIB信息分析實驗、駐留小區PLMN、TAI信息分析實驗與同頻鄰區測量信息分析實驗等四個部分。在此基礎上,可以對工程參數設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,從而實現對網絡工程參數的優化。通過TD?LTE移動終端工程參數獲取與分析實驗,可以將復雜與抽象的原理具體化,使高校學生從實踐的角度驗證理論知識,掌握LTE網絡中小區的工作原理,并且在掌握LTE技術應用能力的同時深入理解LTE的工作原理。 
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