TD-LTE网络基于AoA+TA功能的接入控制应用

2016-01-04 11:21秦嗣仲

电信工程技术与标准化 2015年2期

秦嗣仲

（中国移动通信集团辽宁有限公司丹东分公司，丹东 118000）

秦嗣仲

（中国移动通信集团辽宁有限公司丹东分公司，丹东 118000）

摘要本文论述了在TD-LTE网络中遇见的新问题，即边境优化问题。中国移动TD-LTE网络建设与朝鲜隔江而建，参考丹东边境GSM网络的方法，结合TD-LTE网络自身特点，TD-LTE网络采用宏站小区覆盖朝鲜新义州沿江区域，令宏站小区采用基于位置的接纳控制算法（如AoA+TA方法等），通过UE距离站点的远近限制朝鲜用户接入TD-LTE网络进行业务。

关键词TD-LTE网络；边境优化；基于AoA+TA的接入控制

丹东市与朝鲜的新义州市隔鸭绿江相望。鸭绿江的江面大约几百米宽，由于无线电磁信号在水面上的传播距离相比其它场景较远，因此丹东市的TD-LTE信号在新义州市部分区域有信号覆盖。

目前，丹东GSM/TD-SCDMA经过多年长时间的处理，通过GSM/TD-SCDMA的TA技术（距离限制），利用丹东江边较高的GSM/TD-SCDMA网络站址覆盖朝鲜区域，让用户接入这些站点后无法承载网络业务，应用此方法，朝鲜跨境用户中，98%以上无法接入沿江算法小区。由于目前中国移动TD-LTE网络开始商用，根据朝鲜方面要求，中国越过朝鲜边境在新义州江边覆盖的TD-LTE信号需要满足如下要求：无法进行短消息业务和无法进行PS业务。涉及边境优化及外交层面的问题，比较棘手，朝鲜沿江区域不可以使用中国境内TD-LTE网络的研究课题被提上日程。本文重点介绍丹东边境区域TD-LTE接入控制无线算法AoA（Angle of Arrival）+TA及其验证效果等。

1　AoA+TA算法研究

为解决丹东鸭绿江区域的越境覆盖问题，可采用在TD-LTE网络中基于AoA+TA（基于时间提前量和来波方向进行定位的方法）的位置测量的业务接入控制算法，来达到边境优化的目的。其中：基于位置的AoA值表示的是用户UE到基站的入射角，从正北沿逆时针方向计算。基于位置的距离门限值TA：此参数表示的是用户UE到基站的距离。

AoA+TA算法并不要求必须在attach信令过程完成前就要对用户位置做出判断及是否允许接入的判断，只要保证TD-LTE用户在判断是否合法完成前不允许进行TD-LTE业务即可。或者说可以允许用户先完成attach信令，然后再进行位置测量和判断，但此过程中不能进行业务传输。

2　原理说明

AoA+TA的定位方法通常只用于基于网络的定位，主要原因是AoA只能由基站测量得到，TA TYPE1和TA TYPE2也是由基站计算或者测量得到，即所有与该定位方法相关的测量量都是基站提供的。这些测量量均可以由基站提供给E-SMLC（定位服务器），所以支持基于网络的定位就可以达到定位的目的了。因此也带来了该方法的一个优势，即对不支持定位业务的终端，也可以通过该方法对其进行定位。

2.1 定位预备流程

为了进行AoA+TA的定位计算，E-SMLC的O&M(运行维护台)可以预先配置每个小区的地理位置信息。

对于每个能够获取位置信息的eNB，可以预先配置其每个cell或天线的位置信息（分布天线场景），或预先配置用于获取天线位置信息的必要参数等。

允许预先配置每个eNB的定位能力，如是否支持LPPa协议栈，TA TYPE1或TA TYPE2的测量上报，以及AoA的测量上报。

2.2 终端定位流程

TD-LTE系统已经明确采用AoA+TA方法作为控制面定位方案之一。按照定位触发的实体可以分为UE触发定位（MO）和网络侧的定位客户端触发（MT）。下面根据不同的触发方式给出相应的流程。由于TA分为TA TYPE 1和TA TYPE 2两种类型，其测量方式不同，在下面的描述中将针对MO的情况下以TA TYPE 1为典型场景，对MT的情况以TA TYPE 2为典型场景给出相应的流程。注意，实际上不管是MO还是MT，TA的两种类型都是可以支持的。

2.2.1 MO，TA TYPE 1+AoA

MO，TA TYPE 1+AoA的流程图如图1所示。

步骤0：若UE处于idle状态，则UE建立NAS信令连接，对于已处于连接状态的UE，此步骤可以忽略。

步骤1：UE向MME发送定位请求，此消息使用LCS （Location Services）消息，LCS消息内容为REGISTER (Faculity (LCS-MOLR Arg))，在LCS-MOLR消息中，MOLR-Type设置为locationEstimate，表示UE请求自己的位置信息。

步骤2：MME对LCS消息进行处理，在SLs接口上向E-SMLC发送定位请求，其中Location Type设置为Geographic Location，从而将控制权交给E-SMLC，此时对于E-SMLC来说，生成了一个LPPSession ID。

图1　定位流程图（MO.TA TYPE1+AOA)

步骤3、4：E-SMLC根据Location Type知道当前要为UE计算定位结果，首先查询UE的定位能力，看其支持哪几种定位方法，在此流程中终端将指示支持UE Rx-Tx Time Difference的上报。

步骤5：E-SMLC根据终端能力以及准备期间获得的基站能力，即基站可以支持TA TYPE 1和AoA的测量，决定采用TA TYPE 1+AoA的定位方法。

步骤6、7： E-SMLC通过LPPa协议发起面向用户的E-CID测量初始化过程（测量对象将是TA TYPE 1、AoA）。

步骤8、9：服务eNB接收到E-SMLC的命令后，将触发UE进行UE Rx-Tx Time Difference的测量；终端上报相应的测量结果。

步骤10：基站同时启动基站内部的测量，并将UE上报的测量结果和基站测到的UE信号到达偏差结合计算出TA。

步骤11：服务eNB在E-CID测量报告消息中将携带E - C G I、T A、AoA等测量结果通过LPPa协议传送给E-SMLC。注：如果服务eNB中存储有服务小区的位置信息，将在E-CID测量报告消息中携带接入点位置信息。

步骤12：E-SMLC根据上述测量信息，进行UE的位置估算。注：如果E-CID测量报告消息中没有携带服务小区的位置信息，将通过O&M获取相应的信息。

步骤13：E-SMLC将定位结果通过SLs消息Location Response发给MME。至此E- SMLC和MME之间的当前Session结束。

步骤14：MME将定位结果生成LCS消息，LCS消息内容为Register (Faculity (LCS-MOLR Res))，发给UE。

步骤15：UE向MME发送LCS消息Release Complete，终止LCS的定位过程。随后MME根据情况可以释放NAS信令连接。

2.2.2 MT，TA TYPE 2+AoA

MT，TA TYPE 2+AoA的流程图如图2所示。

步骤0：GMLC请求MME提供定位结果。

步骤1：若UE处于idle状态，则MME触发UE建立NAS信令连接，对于已处于连接状态的UE，此步骤可以忽略。

图2　定位流程图（MT.TA TYPE2+AoA)

步骤3、4：E-SMLC根据Location Type知道当前要为UE计算定位结果，首先查询UE的定位能力，看其支持哪几种定位方法，在此流程中终端将指示不支持UE Rx-Tx Time Difference的上报。如果MME通知E-SMLC该终端不支持LPP协议，则步骤3和4可以省略。

步骤5：E-SMLC根据终端能力以及准备期间获得的基站能力，即基站可以支持TA TYPE 2和AoA的测量，决定采用TA TYPE 2+AoA的定位方法。

步骤6，7： E-SMLC通过LPPa协议发起面向用户的E-CID测量初始化过程（测量对象将是TA TYPE 1、AoA）。

步骤8：基站为该用户分配专用的preamble触发专用随机接入过程。

步骤9：基站同时启动基站内部的测量，测量UE 的preamble信号获得TA，测量UE的上行信号得到AoA。基站也可以在一定时间内重复执行步骤9，对测量结果进行平滑，提高测量精度，这取决于基站的实现。

步骤10：服务eNB在E-CID测量报告消息中将携带E-CGI、TA、AoA等测量结果通过LPPa协议传送给E-SMLC。注：如果服务eNB中存储有服务小区的位置信息，将在E-CID测量报告消息中携带接入点位置信息。

步骤11：E-SMLC根据上述测量信息，进行UE的位置估算。注：如果E-CID测量报告消息中没有携带服务小区的位置信息，将通过O&M获取相应的信息。

步骤12：E-SMLC将定位结果通过SLs消息Location Response发给MME。至此E-SMLC和MME之间的当前Session结束。

步骤13：MME将定位结果通过SLg接口消息Provide Subscriber Location Response发给GMLC。至此MME和GMLC之间的通信结束。随后MME根据情况可以释放NAS信令连接。

3　开启基于位置接纳算法测试结果

增加基于位置接纳算法后，需要升级TD-LTE基站版本，目前AoA+TA算法版本为专项版本（目前只能通过LMT软件在Endeb侧修改参数）。在确保现有版本功能基础上新增的一项功能算法，后续会合并到商用版中应用。目前测试业务主要是PS业务验证工作，升级验证测试如下。

3.1 升级后TD-LTE业务速率验证

升级后单站上行吞吐量测试情况（升级前为6436.781 kbit/s，升级后为6527.037 kbit/s，无明显差异）。

升级后单站下行吞吐量测试情况（升级前为36877.190 kbit/s，升级后为37447.482 kbit/s，升级前后变化很小）。

3.2 升级后TD-LTE PS业务验证

现场环境：2G/3G/4G，TA距离限制500 m，终端在距离基站500 m以内范围（4G合法小区）。

流程：华为D2终端先驻留在4G上，由于所处位置在基站500 m以内，属于4G合法小区，终端可进行数据业务。

现场环境：2G/3G/4G，TA距离设置500 m，终端在距离基站500 m以外范围（4G为非法小区）。

流程：华为D2终端先驻留在4G上，由于所处位置为超过基站距离500 m，属于4G非法小区，无法进行数据业务。3.3 接入验证

通过进行不同场景下接入特性的验证，输出TA值，AoA值及PS业务限制功能汇总数据如表1、2、3所示。

4　结论

通过业务验证，使用路测终端验证AoA以及TA

Admission control application based on the AoA+TA

QIN Si-zhong

(China Mobile Group Liaoning Co., Ltd. Dandong Branch, Dandong 118000, China)

Abstract This article discusses the new problems encountered in the TD-LTE network, ie the boundary optimization problem. The TD-LTE network site of China Mobile is built nearby Yalu River in Dandong. The reference Dandong border GSM network, combined with TD-LTE network's own characteristics, and TD-LTE network are coverage of the macro station district reached Sinuiju, North Korea along the region, using the location to accept control algorithm (such as the AOA + TA method, etc.), through the UE distance macro station district the proximity of the site limit the Korean users access the TD-LTE network to conduct business.

Keywords TD-LTE network; border optimization; admission control based on the AoA+TA

参考文献

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[5]3GPP.TS45.005(V8.3.0).Radio transmission and reception[s]. 2009(2):18-19.的准确性满足预期结果，AoA误差在15°左右，TA误差在50 m左右。测试过程中验证AoA/TA并不影响到正常的切换以及业务，目前的算法也可实现对朝鲜境内业务的有效限制。因此，在江边且在朝鲜方面有信号的TD-LTE小区开启AoA+TA的基于位置接纳算法，通过TA的自由设置（合法小区或不合法小区），既能保证中国境内的TD-LTE网络业务正常使用，又可以保障在境外无法使用TD-LTE网络业务，在现实意义上具有可推广性。