一種用于主動探測4G終端存在的小基站自啟動策略

黃巧蕓 陳東進 覃蓮

【摘? 要】隨著4G網絡和移動終端的大規模使用，在特定場合對4G終端進行探測具有十分重要的意義，如地震救災、考場作弊檢測等。為了提高終端探測的效率，提出了一種主動式探測的小基站自啟動策略。該策略是LTE基站根據網絡偵聽到的公網信息，自動選擇最優的小區參數建立小區，以觸發該基站覆蓋范圍內的移動終端快速重選到本小區。測試結果表明，該策略能夠提高LTE基站覆蓋區域用戶的接入率，從而提高特定區域內4G終端的探測效率。

【關鍵詞】LTE基站;自啟動;重選;終端探測

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.01.017? ? ? ? 中圖分類號：TN929.531

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2019）01-0094-05

引用格式：黃巧蕓，陳東進，覃蓮. 一種用于主動探測4G終端存在的小基站自啟動策略[J]. 移動通信， 2019，43（1）： 94-98.

A LTE Base Station Self-starting Strategy for Active Detection of 4G Terminals

HUANG Qiaoyun1， CHEN Dongjin2， QIN Lian2

（1. Wuhan Post and Telecommunications Science Research Institute， Wuhan 430074， China;

2. Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co.， Ltd.， Wuhan 430205， China）

[Abstract]?With the large-scale use of 4G networks and mobile terminals， the detection of 4G terminals is of great significance in specific scenarios such as earthquake relief and cheating detection. In order to improve the efficiency of terminal detection， a self-starting strategy for active detection of small base stations is proposed. According to the information in the public network， LTE base station automatically selects an optimal cell parameter to establish a cell and triggers the mobile terminals in the coverage of the base station to rapidly reselect the cell. The test results show that the strategy can improve the access rate of users in the coverage of LTE base stations， and improve the detection efficiency of 4G terminals in a specific area.

[Key words]LTE base station; self-starting; reselection; terminal detection

1? ?引言

目前探測移動終端的方法分為被動式和主動式兩種。被動式探測通過接收移動終端發送的信號獲取其身份信息，缺點是無法探測到處于待機狀態的終端，而大多數情況下終端是處于待機狀態。主動式探測是利用探測基站并采用誘發技術，使移動終端主動與探測基站聯系，以探測其存在。常用誘發技術是觸發終端進行小區重選，有兩種觸發方式，一種是通過提高探測基站發射功率，增強本小區廣播信道信號質量，使終端發起小區重選，從而連接到探測基站。另一種是通過設計干擾機，發射電磁波干擾終端所在基站，使該基站無法正常工作，迫使終端只能選擇接入探測基站。干擾機設計復雜、能耗較大，而且對公網基站干擾較大，因此本文采用提高探測基站發射功率的方式。雖然國內外研究提出了該方式，但對該方式的具體實施研究較少，通過對LTE小區重選機制的研究，本文給出了具體實施方法并進行了優化。

2? ?系統方案設計

2.1? 系統基本原理

移動終端在開機后，會搜索周圍公網小區的廣播信道，通過比較信道信號的強弱選擇一個最優的小區進行駐留，之后，若無業務發起則進入待機狀態。處于待機狀態的終端，會監聽來自網絡側的系統廣播，也會周期性地對本小區的公共控制物理信道進行測量，根據當前服務小區的信號質量和鄰區的頻點優先級，決定是否啟動鄰區測量。當鄰區頻點為高優先級時，終端會啟動鄰區測量，無需考慮信號質量的好壞即可進行重選;當鄰區頻點為相同優先級時，只有在小區重選時間內，鄰區信號質量一直高于當前服務小區信號質量與重選遲滯值之和，終端才會重選至鄰區。而當鄰區頻點為低優先級時，要先確認無可用的高優先級和同優先級鄰區，且在重選時間內，服務小區信號質量低于門限值而鄰區信號質量高于門限值，才會進行重選。由此可見，終端是否重選至鄰區，在于鄰區的頻點優先級和信號質量。

設計方案系統原理如圖1所示，探測小基站通過偵聽公網基站的廣播信道，解碼其系統消息獲取公網鄰區信息，選擇合適的小區參數完成探測基站的小區建立，發射廣播消息，使該廣播信道信號最強，誘發終端進行小區重選。由于該小區與公網小區跟蹤區域碼設置不同，終端會啟動跟蹤區更新，向網絡匯報其存在。根據小區重選機制，本文在兩種常規自啟動策略基礎上，即RSRP（Reference Signal Received Power，參考信號接收功率）/RSRQ（Reference Signal Receiving Quality，參考信號接收質量）最強和優先級最高策略，設計了一種根據公網環境綜合考慮RSRP/RSRQ及優先級的策略。

2.2? 系統模型

本文設計的LTE基站自啟動流程如圖2所示，該系統模型包括掃頻模塊、配置讀取模塊和算法決策模塊。

掃頻模塊完成鄰區掃描并上報鄰區信息。當LTE基站上電后，將射頻設置為偵聽模式，下發掃頻列表信息包括頻帶、頻點列表和PLMN，掃描公網內各鄰近小區的信息。得出鄰區的頻點和PCI，計算出RSRP和RSRQ值，解碼系統消息，解析出重選優先級等鄰區的關鍵信息。掃描結束后，掃頻模塊將掃描結果上報。

配置讀取模塊獲取鄰區信息。根據偵聽到的各鄰近小區的信息，按照優先級大小和RSRP強度排序，獲取本基站的鄰區列表。

算法決策模塊決策采用的策略。根據鄰區列表中的重選優先級和RSRP及RSPQ強度，選擇合適的策略，完成本基站的工作頻點、PCI、擾碼、最大發射功率等小區參數的自動配置，建立小區，實現LTE基站的自啟動流程。

3? ?自啟動策略

3.1? 常規自啟動策略

（1）重選優先級策略

與2G和3G網絡不同，LTE系統引入了重選優先級的概念，在網絡內可根據不同頻率劃分優先級，最終通過對小區優先級的劃分實現不同網絡小區間的選擇。通過配置各頻點的優先級，網絡能方便地引導移動終端往高優先級頻點駐留。

重選優先級策略是探測基站通過解碼公網鄰區系統消息SIB3和SIB5獲取同頻和異頻鄰區的頻點優先級，若存在同頻優先級為7的小區，則任意選擇一個優先級為7的同頻小區參數完成本基站的自動配置。若不存在，則任意選擇一個優先級為7的異頻小區參數，否則任意選擇一個次高優先級的小區參數。

（2）RSRP/RSRQ最大值策略

RSRP是指在測量帶寬內，承載了參考信號的所有資源粒子上接收到的信號功率的平均值，用以衡量某個小區的信號強度。RSRQ是判斷信號質量的一個測量值，可以指示當前信道質量和干擾水平。

如果UE當前服務小區為R9協議且在系統消息中下發了RSRQ相關參數，則UE更容易重選到RSRQ較好的鄰區，即信道質量較好、干擾較小的鄰區。

RSRP/RSRQ最大值策略是探測基站根據掃描得到的公網鄰區信息，包括PCI、頻點以及對應的RSRQ/RSRP等小區參數，判斷鄰區是否下發RSRQ，若是，則選擇RSRQ最大值對應的小區參數，否則，選擇RSRP最大值對應的小區參數。

（3）優先級和RSRP/RSRQ策略的優缺點

重選優先級策略充分利用LTE系統引入的重選優先級的概念，通過配置小基站頻點為當前區域內最高優先級，引導移動終端重選到本基站小區。該策略由于需要獲取系統消息并進行解碼，因此掃描時間較長，且由于不考慮信號強度和信號質量，會出現服務小區信號質量較好而本小區質量較差的情況，導致終端駐留在服務小區或者反復發起重選。

RSRP/RSRQ最大值策略由于只需要對周圍鄰區進行小區搜索獲取信號強度，而不需要解碼系統消息，因此大大縮短了掃描時間。但根據該策略選擇的小區頻點有可能優先級低于終端服務小區，導致終端需先向高優先級鄰區發起重選測量，加長了鄰區測量時間，增大了重選難度。

3.2? 自啟動策略改進方案

在實際應用中發現，采用前兩種策略移動終端接入率只能達到95%，為了提高接入率，考慮到實際組網中復雜的鄰區環境，設計了一種改進方案，即結合小區優先級和信號強度的綜合參數策略，具體算法流程如圖3所示：

探測基站經過小區搜索和系統消息解碼，得到鄰區信息后，判斷鄰區列表中是否存在同頻優先級為7的小區，若存在，則判斷該小區是否下發RSRQ且大于門限值，選擇滿足門限的RSRQ最大值對應的頻點及其他小區參數，否則選擇滿足門限的RSRP最大值對應的頻點及其他小區參數。若不存在優先級為7的同頻小區或者該小區信號強度低于門限，則進行下一步。

判斷鄰區列表中是否存在優先級為7的異頻小區，若存在，則判斷該小區是否下發RSRQ，若下發RSRQ且大于門限值，或者只有RSRP且大于門限，則優先選擇滿足門限的小區默認band配置的頻點，若有多個，選擇其中RSRQ或RSRP最大值對應的頻點及其他小區參數。若不存在優先級為7的異頻小區或者該小區信號強度低于門限，則進行下一步。

遍歷鄰區表，選擇其中RSRP最大值對應的頻點及其他小區參數。

根據該策略選擇的小區參數，完成本小區的自動配置。

3.3? 改進方案實現

（1）步驟1：啟動REM（Radio Environment Monitoring，無線環境監測）掃描進程?；旧想姾螅琌AM（Operation Administration and Maintenance，操作維護管理）讀取預設掃描信息，下發掃頻列表信息給REM進程，REM進程通過消息隊列發送消息給L3，L3轉發給L1，配置L1進入LTE偵聽模式。

（2）步驟2：RTWP測量。RTWP（Received Total Wideband Power，寬帶接收總功率）是小區接收的總寬帶功率，反映了一個小區中的總噪聲。為了縮短掃描時間，先對下發的頻點進行信號功率估計，排除信號弱的鄰區。根據測量得到的小區總寬帶功率receivedTotalWidebandPower，計算得到RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信號強度指示），根據RSSI門限上報信號強的鄰區頻點列表，其中，RSSI是指在測量帶寬內接收到的所有信號功率的平均值，包括本小區有用信號以及鄰區干擾與熱噪聲等，RSSI門限為-112 dBm，RSSI的計算公式如下：

RSSI=recivedTotalWidebandPower/10-112? ? ? ?（1）

（3）步驟3：小區搜索。REM進程收到L1上報的鄰區頻點列表后，按照RSSI從大到小進行排序，針對每個頻點進行小區搜索，搜索內容包括鄰區的PCI、RSRP、RSRQ、頻偏以及MIB信息，MIB信息又包括發送天線數和系統下行帶寬。若MIB解碼失敗，則系統帶寬默認為5 MHz。保存滿足門限的鄰區信息，將鄰區RSRP和RSRQ按照從大到小進行排序。

（4）步驟4：解碼系統消息。REM模塊針對滿足門限的鄰區，向L1請求讀取對應鄰區的SIB1消息，收到L1上報的碼流后根據攜帶的系統消息類型，解碼SIB1得到鄰區的cellId、PLMN等小區參數，解碼SIB3得到同頻小區重選優先級，解碼SIB5得到異頻鄰區的載頻信息和重選優先級。如果系統消息全部解碼正確，則停止讀取系統消息;如果系統消息全部解碼錯誤，則重復發送5次解碼請求;如果只有SIB1解碼正確，則重新發送SIB解碼請求。超時結束SIB解碼過程。

（5）步驟5：退出REM進程。配置L1進入正常工作模式，停止LTE空口偵聽過程，將掃描結果上報給OAM。遍歷鄰區表，若掃描到的cellId和PLMN在鄰區表中不存在，則添加進鄰區表。

（6）步驟6：小區頻點選擇。L3讀取鄰區表，優先選擇SIB3中重選優先級為7的頻點，若存在多個頻點，則選擇RSRQ或者RSRP最大的頻點;若SIB3中不存在優先級為7的頻點，則選擇SIB5中優先級為7的頻點，若存在多個，則選擇本小區默認band配置的頻點;若不存在優先級為7的頻點，則選擇RSRQ或RSRP最大的頻點。

（7）步驟7：小區PCI選擇。為了減少對公網鄰區的干擾，本小區PCI采用模3方式設置，且避免與鄰區PCI沖突。根據所選頻點對應的PCI，重新設置新的PCI'值。計算公式如下：

PCI'=（PCI/3+n）×3+（PCI mod 3+1）? ? ? （2）

其中，初始n=1，當新的PCI'值與鄰區列表中PCI沖突時，n加1。

（8）步驟8：其他小區參數配置。若所選頻點存在解碼系統消息，則按照系統消息中小區參數進行配置，否則采用系統默認小區參數配置。

4? ?測試結果與分析

用TM500對三種自啟動策略進行大用戶測試，模擬500個終端用戶，測試結果如表1所示。采用策略1即重選優先級建立的小區，接入用戶數為466。采用策略2即RSRQ/RSRP值最大策略建立的小區，接入用戶數為476。采用改進的策略3即綜合參數策略建立的小區，接入用戶數為496。通過50次測試，采用三種自啟動策略建立的小區接入的用戶數如圖4所示。對比分析可知，采用綜合參數策略建立的小區能夠大大提高用戶的接入率。

5? ?結束語

本文針對如何提高終端探測效率，提出了一種通過小基站主動觸發終端重選，接入本基站網絡以探測其存在的方案。為了提高小基站用戶接入率，提高終端探測的可靠性，分析比較了三種自啟動策略。通過TM500大用戶測試可得出，采用結合小區優先級和RSRQ/RSRP的策略能夠使小基站建立當前最優小區，更易觸發終端進行重選，提高了探測的可靠性和效率。

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