LTE移動通信系統(tǒng)規(guī)劃與配置

劉婷婷

（西京學(xué)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(dǎo)致長期演進(jìn)（Long Term Evolution,LTE）技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。個人用戶能夠體驗到的移動通信業(yè)務(wù)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(luò)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(wù)包含網(wǎng)絡(luò)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(wù)的延伸應(yīng)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(luò)，能夠滿足更多的用戶對移動網(wǎng)絡(luò)的需求。

1 LTE 移動通信系統(tǒng)技術(shù)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(guān)鍵控制節(jié)點（Mobility Management Entity,MME）、歸屬簽約用戶服務(wù)器（Home Subscriber Server,HSS）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（Serving Gate Way,SGW）、PDN 網(wǎng)關(guān)（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(biāo)識的用戶分配臨時的身份標(biāo)識，以及對用戶的移動狀態(tài)和上下文進(jìn)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(jìn)行管理和存儲，包括對用戶進(jìn)行鑒權(quán)；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(gòu)如圖1所示。

圖1 LTE 移動通信系統(tǒng)架構(gòu)

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(jìn)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(yīng)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(shè)備的基本數(shù)據(jù)規(guī)劃階段主要是完成eNodeB 基站的設(shè)備添加，包括單板、機(jī)柜機(jī)框、射頻單元等。除了設(shè)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(shè)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(yīng)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(wù)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(guān)系如圖3所示。

圖3 LTE 移動通信系統(tǒng)部件鏈路連接關(guān)系

eNodeB 設(shè)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(shè)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(wù)規(guī)劃、EPC 網(wǎng)關(guān)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(guān)配置，要實現(xiàn)在規(guī)劃的核心網(wǎng)下手機(jī)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(jī)通過哪種接入方式來訪問網(wǎng)絡(luò)。其主要的參數(shù)規(guī)劃見表4 所列。

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

BBU、MME、SGW、HSS 的 業(yè) 務(wù)IP 地 址 為192.168.1.200-192.168.1.202。根據(jù)對應(yīng)的IP 地址通過不同的鏈路彼此連接，同時SGW 承擔(dān)UE 網(wǎng)關(guān)的作用，SGW 應(yīng)該增加一條UE 網(wǎng)關(guān)地址192.168.5.1，SGW 為UE 用戶端設(shè)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(yīng)該處于同一網(wǎng)段中，則應(yīng)該再給SGW 增加一條129.9.0.11 的業(yè)務(wù)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(jìn)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(guān)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(hù)終端進(jìn)行eNodeB 基本數(shù)據(jù)配置的第一步是關(guān)閉DHCP。DHCP 即動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議，DHCP 的作用是給內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商自動分配IP 地址，而在本次配置工程中網(wǎng)絡(luò)IP 地址均需要手動配置，需要關(guān)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(jī)柜和機(jī)框的型號配置。

3.1.2 傳輸數(shù)據(jù)

要實現(xiàn)LTE 的各個關(guān)鍵網(wǎng)元的協(xié)同作用需要將EPC 的核心部件采用對應(yīng)的協(xié)議通過對應(yīng)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(shè)計主要完成的是信號下行到用戶終端的應(yīng)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(guān)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(luò)，是為公眾提供陸地移動通信業(yè)務(wù)而建立和經(jīng)營的網(wǎng)絡(luò)。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(yīng)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(yīng)關(guān)系，只有配置了IMSI 到HSS 的對應(yīng)關(guān)系，MME 才能根據(jù)用戶的IMSI 找到對應(yīng)的HSS。然后是設(shè)置LTE 終端用戶公共鑒權(quán)參數(shù)，避免被第三方或者未授權(quán)者盜用和查看。再增加APN 模板，并設(shè)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(guān)APN 數(shù)據(jù)

EPC 網(wǎng)關(guān)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(rèn)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(luò)中的客戶機(jī)使用。配置APN 的DNS 屬性，即配置網(wǎng)絡(luò)的實際尋址方式。配置APN 與地址池的綁定關(guān)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(shè)置SGW 的S1-U 地址后增加了APN 到SGW 的轉(zhuǎn)換關(guān)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(jié)果是否正確。在本次LTE 移動通信系統(tǒng)規(guī)劃與配置設(shè)計階段，由于涉及到eNodeB 與EPC兩個維護(hù)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(shè)備無法找到4G 信號，如何排除故障并進(jìn)行修正是本次設(shè)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(hù)端的設(shè)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(jié)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(wù)地址是否正確。需要注意的是在IP 為129.9.0.10的LTE 維護(hù)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(jìn)行單板地址查詢。此外還需要對簽約用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，并與寫卡器讀出的SIM 卡的IMSI 進(jìn)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(wù)測試

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

（1）上網(wǎng)業(yè)務(wù)功能測試

測試時，將SIM 卡插入手機(jī)前沒有信號，此時進(jìn)入手機(jī)設(shè)置的移動網(wǎng)絡(luò)板塊，將APN 接入到cmnet，左上角出現(xiàn)4G-46050 字樣，則表明手機(jī)信號出現(xiàn)，結(jié)果如圖9所示。

圖9 手機(jī)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)測試

（2）語音業(yè)務(wù)功能測試

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

圖10 手機(jī)語音通話示意圖

5 結(jié)語

LTE 移動通信系統(tǒng)是移動通信領(lǐng)域進(jìn)入4G 時代的重要標(biāo)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(luò)的重點，它能夠很好地解決當(dāng)前用戶在使用移動網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(dāng)用戶使用移動網(wǎng)絡(luò)時對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性有較高要求，本次設(shè)計未對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)整，在手機(jī)使用上網(wǎng)業(yè)務(wù)時網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性也較差。