一种用于主动探测4G终端存在的小基站自启动策略

黄巧芸 陈东进 覃莲

【摘  要】随着4G网络和移动终端的大规模使用，在特定场合对4G终端进行探测具有十分重要的意义，如地震救灾、考场作弊检测等。为了提高终端探测的效率，提出了一种主动式探测的小基站自启动策略。该策略是LTE基站根据网络侦听到的公网信息，自动选择最优的小区参数建立小区，以触发该基站覆盖范围内的移动终端快速重选到本小区。测试结果表明，该策略能够提高LTE基站覆盖区域用户的接入率，从而提高特定区域内4G终端的探测效率。

【关键词】LTE基站;自启动;重选;终端探测

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2019.01.017        中图分类号：TN929.531

文献标志码：A        文章编号：1006-1010（2019）01-0094-05

引用格式：黄巧芸，陈东进，覃莲. 一种用于主动探测4G终端存在的小基站自启动策略[J]. 移动通信， 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

目前探测移动终端的方法分为被动式和主动式两种。被动式探测通过接收移动终端发送的信号获取其身份信息，缺点是无法探测到处于待机状态的终端，而大多数情况下终端是处于待机状态。主动式探测是利用探测基站并采用诱发技术，使移动终端主动与探测基站联系，以探测其存在。常用诱发技术是触发终端进行小区重选，有两种触发方式，一种是通过提高探测基站发射功率，增强本小区广播信道信号质量，使终端发起小区重选，从而连接到探测基站。另一种是通过设计干扰机，发射电磁波干扰终端所在基站，使该基站无法正常工作，迫使终端只能选择接入探测基站。干扰机设计复杂、能耗较大，而且对公网基站干扰较大，因此本文采用提高探测基站发射功率的方式。虽然国内外研究提出了该方式，但对该方式的具体实施研究较少，通过对LTE小区重选机制的研究，本文给出了具体实施方法并进行了优化。

2   系统方案设计

2.1  系统基本原理

移动终端在开机后，会搜索周围公网小区的广播信道，通过比较信道信号的强弱选择一个最优的小区进行驻留，之后，若无业务发起则进入待机状态。处于待机状态的终端，会监听来自网络侧的系统广播，也会周期性地对本小区的公共控制物理信道进行测量，根据当前服务小区的信号质量和邻区的频点优先级，决定是否启动邻区测量。当邻区频点为高优先级时，终端会启动邻区测量，无需考虑信号质量的好坏即可进行重选;当邻区频点为相同优先级时，只有在小区重选时间内，邻区信号质量一直高于当前服务小区信号质量与重选迟滞值之和，终端才会重选至邻区。而当邻区频点为低优先级时，要先确认无可用的高优先级和同优先级邻区，且在重选时间内，服务小区信号质量低于门限值而邻区信号质量高于门限值，才会进行重选。由此可见，终端是否重选至邻区，在于邻区的频点优先级和信号质量。

设计方案系统原理如图1所示，探测小基站通过侦听公网基站的广播信道，解码其系统消息获取公网邻区信息，选择合适的小区参数完成探测基站的小区建立，发射广播消息，使该广播信道信号最强，诱发终端进行小区重选。由于该小区与公网小区跟踪区域码设置不同，终端会启动跟踪区更新，向网络汇报其存在。根据小区重选機制，本文在两种常规自启动策略基础上，即RSRP（Reference Signal Received Power，参考信号接收功率）/RSRQ（Reference Signal Receiving Quality，参考信号接收质量）最强和优先级最高策略，设计了一种根据公网环境综合考虑RSRP/RSRQ及优先级的策略。

2.2  系统模型

本文设计的LTE基站自启动流程如图2所示，该系统模型包括扫频模块、配置读取模块和算法决策模块。

扫频模块完成邻区扫描并上报邻区信息。当LTE基站上电后，将射频设置为侦听模式，下发扫频列表信息包括频带、频点列表和PLMN，扫描公网内各邻近小区的信息。得出邻区的频点和PCI，计算出RSRP和RSRQ值，解码系统消息，解析出重选优先级等邻区的关键信息。扫描结束后，扫频模块将扫描结果上报。

配置读取模块获取邻区信息。根据侦听到的各邻近小区的信息，按照优先级大小和RSRP强度排序，获取本基站的邻区列表。

算法决策模块决策采用的策略。根据邻区列表中的重选优先级和RSRP及RSPQ强度，选择合适的策略，完成本基站的工作频点、PCI、扰码、最大发射功率等小区参数的自动配置，建立小区，实现LTE基站的自启动流程。

3   自启动策略

3.1  常规自启动策略

（1）重选优先级策略

与2G和3G网络不同，LTE系统引入了重选优先级的概念，在网络内可根据不同频率划分优先级，最终通过对小区优先级的划分实现不同网络小区间的选择。通过配置各频点的优先级，网络能方便地引导移动终端往高优先级频点驻留。

重选优先级策略是探测基站通过解码公网邻区系统消息SIB3和SIB5获取同频和异频邻区的频点优先级，若存在同频优先级为7的小区，则任意选择一个优先级为7的同频小区参数完成本基站的自动配置。若不存在，则任意选择一个优先级为7的异频小区参数，否则任意选择一个次高优先级的小区参数。

（2）RSRP/RSRQ最大值策略

RSRP是指在測量带宽内，承载了参考信号的所有资源粒子上接收到的信号功率的平均值，用以衡量某个小区的信号强度。RSRQ是判断信号质量的一个测量值，可以指示当前信道质量和干扰水平。

如果UE当前服务小区为R9协议且在系统消息中下发了RSRQ相关参数，则UE更容易重选到RSRQ较好的邻区，即信道质量较好、干扰较小的邻区。

RSRP/RSRQ最大值策略是探测基站根据扫描得到的公网邻区信息，包括PCI、频点以及对应的RSRQ/RSRP等小区参数，判断邻区是否下发RSRQ，若是，则选择RSRQ最大值对应的小区参数，否则，选择RSRP最大值对应的小区参数。

（3）优先级和RSRP/RSRQ策略的优缺点

重选优先级策略充分利用LTE系统引入的重选优先级的概念，通过配置小基站频点为当前区域内最高优先级，引导移动终端重选到本基站小区。该策略由于需要获取系统消息并进行解码，因此扫描时间较长，且由于不考虑信号强度和信号质量，会出现服务小区信号质量较好而本小区质量较差的情况，导致终端驻留在服务小区或者反复发起重选。

RSRP/RSRQ最大值策略由于只需要对周围邻区进行小区搜索获取信号强度，而不需要解码系统消息，因此大大缩短了扫描时间。但根据该策略选择的小区频点有可能优先级低于终端服务小区，导致终端需先向高优先级邻区发起重选测量，加长了邻区测量时间，增大了重选难度。

3.2  自启动策略改进方案

在实际应用中发现，采用前两种策略移动终端接入率只能达到95%，为了提高接入率，考虑到实际组网中复杂的邻区环境，设计了一种改进方案，即结合小区优先级和信号强度的综合参数策略，具体算法流程如图3所示：

探测基站经过小区搜索和系统消息解码，得到邻区信息后，判断邻区列表中是否存在同频优先级为7的小区，若存在，则判断该小区是否下发RSRQ且大于门限值，选择满足门限的RSRQ最大值对应的频点及其他小区参数，否则选择满足门限的RSRP最大值对应的频点及其他小区参数。若不存在优先级为7的同频小区或者该小区信号强度低于门限，则进行下一步。

判断邻区列表中是否存在优先级为7的异频小区，若存在，则判断该小区是否下发RSRQ，若下发RSRQ且大于门限值，或者只有RSRP且大于门限，则优先选择满足门限的小区默认band配置的频点，若有多个，选择其中RSRQ或RSRP最大值对应的频点及其他小区参数。若不存在优先级为7的异频小区或者该小区信号强度低于门限，则进行下一步。

遍历邻区表，选择其中RSRP最大值对应的频点及其他小区参数。

根据该策略选择的小区参数，完成本小区的自动配置。

3.3  改进方案实现

（1）步骤1：启动REM（Radio Environment Monitoring，无线环境监测）扫描进程。基站上电后，OAM（Operation Administration and Maintenance，操作维护管理）读取预设扫描信息，下发扫频列表信息给REM进程，REM进程通过消息队列发送消息给L3，L3转发给L1，配置L1进入LTE侦听模式。

（2）步骤2：RTWP测量。RTWP（Received Total Wideband Power，宽带接收总功率）是小区接收的总宽带功率，反映了一个小区中的总噪声。为了缩短扫描时间，先对下发的频点进行信号功率估计，排除信号弱的邻区。根据测量得到的小区总宽带功率receivedTotalWidebandPower，计算得到RSSI（Received Signal Strength Indicator，接收信号强度指示），根据RSSI门限上报信号强的邻区频点列表，其中，RSSI是指在测量带宽内接收到的所有信号功率的平均值，包括本小区有用信号以及邻区干扰与热噪声等，RSSI门限为-112 dBm，RSSI的计算公式如下：

RSSI=recivedTotalWidebandPower/10-112       （1）

（3）步骤3：小区搜索。REM进程收到L1上报的邻区频点列表后，按照RSSI从大到小进行排序，针对每个频点进行小区搜索，搜索内容包括邻区的PCI、RSRP、RSRQ、频偏以及MIB信息，MIB信息又包括发送天线数和系统下行带宽。若MIB解码失败，则系统带宽默认为5 MHz。保存满足门限的邻区信息，将邻区RSRP和RSRQ按照从大到小进行排序。

（4）步骤4：解码系统消息。REM模块针对满足门限的邻区，向L1请求读取对应邻区的SIB1消息，收到L1上报的码流后根据携带的系统消息类型，解码SIB1得到邻区的cellId、PLMN等小区参数，解码SIB3得到同频小区重选优先级，解码SIB5得到异频邻区的载频信息和重选优先级。如果系统消息全部解码正确，则停止读取系统消息;如果系统消息全部解码错误，则重复发送5次解码请求;如果只有SIB1解码正确，则重新发送SIB解码请求。超时结束SIB解码过程。

（5）步骤5：退出REM进程。配置L1进入正常工作模式，停止LTE空口侦听过程，将扫描结果上报给OAM。遍历邻区表，若扫描到的cellId和PLMN在邻区表中不存在，则添加进邻区表。

（6）步骤6：小区频点选择。L3读取邻区表，优先选择SIB3中重选优先级为7的频点，若存在多个频点，则选择RSRQ或者RSRP最大的频点;若SIB3中不存在优先级为7的频点，则选择SIB5中优先级为7的频点，若存在多个，则选择本小区默认band配置的频点;若不存在优先级为7的频点，则選择RSRQ或RSRP最大的频点。

（7）步骤7：小区PCI选择。为了减少对公网邻区的干扰，本小区PCI采用模3方式设置，且避免与邻区PCI冲突。根据所选频点对应的PCI，重新设置新的PCI'值。计算公式如下：

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

其中，初始n=1，当新的PCI'值与邻区列表中PCI冲突时，n加1。

（8）步骤8：其他小区参数配置。若所选频点存在解码系统消息，则按照系统消息中小区参数进行配置，否则采用系统默认小区参数配置。

4   测试结果与分析

用TM500对三种自启动策略进行大用户测试，模拟500个终端用户，测试结果如表1所示。采用策略1即重选优先级建立的小区，接入用户数为466。采用策略2即RSRQ/RSRP值最大策略建立的小区，接入用户数为476。采用改进的策略3即综合参数策略建立的小区，接入用户数为496。通过50次测试，采用三种自启动策略建立的小区接入的用户数如图4所示。对比分析可知，采用综合参数策略建立的小区能够大大提高用户的接入率。

5   结束语

本文针对如何提高终端探测效率，提出了一种通过小基站主动触发终端重选，接入本基站网络以探测其存在的方案。为了提高小基站用户接入率，提高终端探测的可靠性，分析比较了三种自启动策略。通过TM500大用户测试可得出，采用结合小区优先级和RSRQ/RSRP的策略能够使小基站建立当前最优小区，更易触发终端进行重选，提高了探测的可靠性和效率。

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