秦嗣仲

（中國移動通信集團(tuán)遼寧有限公司丹東分公司，丹東 118000）

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TD-LTE網(wǎng)絡(luò)基于AoA+TA功能的接入控制應(yīng)用

秦嗣仲

（中國移動通信集團(tuán)遼寧有限公司丹東分公司，丹東 118000）

摘 要本文論述了在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中遇見的新問題，即邊境優(yōu)化問題。中國移動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與朝鮮隔江而建，參考丹東邊境GSM網(wǎng)絡(luò)的方法，結(jié)合TD-LTE網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)，TD-LTE網(wǎng)絡(luò)采用宏站小區(qū)覆蓋朝鮮新義州沿江區(qū)域，令宏站小區(qū)采用基于位置的接納控制算法（如AoA+TA方法等），通過UE距離站點(diǎn)的遠(yuǎn)近限制朝鮮用戶接入TD-LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行業(yè)務(wù)。

關(guān)鍵詞TD-LTE網(wǎng)絡(luò)；邊境優(yōu)化；基于AoA+TA的接入控制

丹東市與朝鮮的新義州市隔鴨綠江相望。鴨綠江的江面大約幾百米寬，由于無線電磁信號在水面上的傳播距離相比其它場景較遠(yuǎn)，因此丹東市的TD-LTE信號在新義州市部分區(qū)域有信號覆蓋。

目前，丹東GSM/TD-SCDMA經(jīng)過多年長時(shí)間的處理，通過GSM/TD-SCDMA的TA技術(shù)（距離限制），利用丹東江邊較高的GSM/TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)站址覆蓋朝鮮區(qū)域，讓用戶接入這些站點(diǎn)后無法承載網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，應(yīng)用此方法，朝鮮跨境用戶中，98%以上無法接入沿江算法小區(qū)。由于目前中國移動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)開始商用，根據(jù)朝鮮方面要求，中國越過朝鮮邊境在新義州江邊覆蓋的TD-LTE信號需要滿足如下要求：無法進(jìn)行短消息業(yè)務(wù)和無法進(jìn)行PS業(yè)務(wù)。涉及邊境優(yōu)化及外交層面的問題，比較棘手，朝鮮沿江區(qū)域不可以使用中國境內(nèi)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)的研究課題被提上日程。本文重點(diǎn)介紹丹東邊境區(qū)域TD-LTE接入控制無線算法AoA（Angle of Arrival）+TA及其驗(yàn)證效果等。

1　AoA+TA算法研究

為解決丹東鴨綠江區(qū)域的越境覆蓋問題，可采用在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)中基于AoA+TA（基于時(shí)間提前量和來波方向進(jìn)行定位的方法）的位置測量的業(yè)務(wù)接入控制算法，來達(dá)到邊境優(yōu)化的目的。其中：基于位置的AoA值表示的是用戶UE到基站的入射角，從正北沿逆時(shí)針方向計(jì)算?；谖恢玫木嚯x門限值TA：此參數(shù)表示的是用戶UE到基站的距離。

AoA+TA算法并不要求必須在attach信令過程完成前就要對用戶位置做出判斷及是否允許接入的判斷，只要保證TD-LTE用戶在判斷是否合法完成前不允許進(jìn)行TD-LTE業(yè)務(wù)即可?；蛘哒f可以允許用戶先完成attach信令，然后再進(jìn)行位置測量和判斷，但此過程中不能進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸。

2　原理說明

AoA+TA的定位方法通常只用于基于網(wǎng)絡(luò)的定位，主要原因是AoA只能由基站測量得到，TA TYPE1和TA TYPE2也是由基站計(jì)算或者測量得到，即所有與該定位方法相關(guān)的測量量都是基站提供的。這些測量量均可以由基站提供給E-SMLC（定位服務(wù)器），所以支持基于網(wǎng)絡(luò)的定位就可以達(dá)到定位的目的了。因此也帶來了該方法的一個優(yōu)勢，即對不支持定位業(yè)務(wù)的終端，也可以通過該方法對其進(jìn)行定位。

2.1 定位預(yù)備流程

為了進(jìn)行AoA+TA的定位計(jì)算，E-SMLC的O&M(運(yùn)行維護(hù)臺)可以預(yù)先配置每個小區(qū)的地理位置信息。

對于每個能夠獲取位置信息的eNB，可以預(yù)先配置其每個cell或天線的位置信息（分布天線場景），或預(yù)先配置用于獲取天線位置信息的必要參數(shù)等。

允許預(yù)先配置每個eNB的定位能力，如是否支持LPPa協(xié)議棧，TA TYPE1或TA TYPE2的測量上報(bào)，以及AoA的測量上報(bào)。

2.2 終端定位流程

TD-LTE系統(tǒng)已經(jīng)明確采用AoA+TA方法作為控制面定位方案之一。 按照定位觸發(fā)的實(shí)體可以分為UE觸發(fā)定位（MO）和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的定位客戶端觸發(fā)（MT）。下面根據(jù)不同的觸發(fā)方式給出相應(yīng)的流程。由于TA分為TA TYPE 1和TA TYPE 2兩種類型，其測量方式不同，在下面的描述中將針對MO的情況下以TA TYPE 1為典型場景，對MT的情況以TA TYPE 2為典型場景給出相應(yīng)的流程。注意，實(shí)際上不管是MO還是MT，TA的兩種類型都是可以支持的。

2.2.1 MO，TA TYPE 1+AoA

MO，TA TYPE 1+AoA的流程圖如圖1所示。

步驟0：若UE處于idle狀態(tài)，則UE建立NAS信令連接，對于已處于連接狀態(tài)的UE，此步驟可以忽略。

步驟1：UE向MME發(fā)送定位請求，此消息使用LCS （Location Services）消息，LCS消息內(nèi)容為REGISTER (Faculity (LCS-MOLR Arg))，在LCS-MOLR消息中，MOLR-Type設(shè)置為locationEstimate，表示UE請求自己的位置信息。

步驟2：MME對LCS消息進(jìn)行處理，在SLs接口上向E-SMLC發(fā)送定位請求，其中Location Type設(shè)置為Geographic Location，從而將控制權(quán)交給E-SMLC，此時(shí)對于E-SMLC來說，生成了一個LPPSession ID。

圖1　定位流程圖（MO.TA TYPE1+AOA)

步驟3、4：E-SMLC根據(jù)Location Type知道當(dāng)前要為UE計(jì)算定位結(jié)果，首先查詢UE的定位能力，看其支持哪幾種定位方法，在此流程中終端將指示支持UE Rx-Tx Time Difference的上報(bào)。

步驟5：E-SMLC根據(jù)終端能力以及準(zhǔn)備期間獲得的基站能力，即基站可以支持TA TYPE 1和AoA的測量，決定采用TA TYPE 1+AoA的定位方法。

步驟6、7： E-SMLC通過LPPa協(xié)議發(fā)起面向用戶的E-CID測量初始化過程（測量對象將是TA TYPE 1、AoA）。

步驟8、9：服務(wù)eNB接收到E-SMLC的命令后，將觸發(fā)UE進(jìn)行UE Rx-Tx Time Difference的測量；終端上報(bào)相應(yīng)的測量結(jié)果。

步驟10：基站同時(shí)啟動基站內(nèi)部的測量，并將UE上報(bào)的測量結(jié)果和基站測到的UE信號到達(dá)偏差結(jié)合計(jì)算出TA。

步驟11：服務(wù)eNB在E-CID測量報(bào)告消息中將攜帶E - C G I、T A、AoA等測量結(jié)果通過LPPa協(xié)議傳送給E-SMLC。注：如果服務(wù)eNB中存儲有服務(wù)小區(qū)的位置信息，將在E-CID測量報(bào)告消息中攜帶接入點(diǎn)位置信息。

步驟12：E-SMLC根據(jù)上述測量信息，進(jìn)行UE的位置估算。注：如果E-CID測量報(bào)告消息中沒有攜帶服務(wù)小區(qū)的位置信息，將通過O&M獲取相應(yīng)的信息。

步驟13：E-SMLC將定位結(jié)果通過SLs消息Location Response發(fā)給MME。至此E- SMLC和MME之間的當(dāng)前Session結(jié)束。

步驟14：MME將定位結(jié)果生成LCS消息，LCS消息內(nèi)容為Register (Faculity (LCS-MOLR Res))，發(fā)給UE。

步驟15：UE向MME發(fā)送LCS消息Release Complete，終止LCS的定位過程。隨后MME根據(jù)情況可以釋放NAS信令連接。

2.2.2 MT，TA TYPE 2+AoA

MT，TA TYPE 2+AoA的流程圖如圖2所示。

步驟0：GMLC請求MME提供定位結(jié)果。

步驟1：若UE處于idle狀態(tài)，則MME觸發(fā)UE建立NAS信令連接，對于已處于連接狀態(tài)的UE，此步驟可以忽略。

步驟2：MME對LCS消息進(jìn)行處理，在SLs接口上向E-SMLC發(fā)送定位請求，其中Location Type設(shè)置為Geographic Location，從而將控制權(quán)交給E-SMLC，此時(shí)對于E-SMLC來說，生成了一個LPP Session ID。

圖2　定位流程圖（MT.TA TYPE2+AoA)

步驟3、4：E-SMLC根據(jù)Location Type知道當(dāng)前要為UE計(jì)算定位結(jié)果，首先查詢UE的定位能力，看其支持哪幾種定位方法，在此流程中終端將指示不支持UE Rx-Tx Time Difference的上報(bào)。如果MME通知E-SMLC該終端不支持LPP協(xié)議，則步驟3和4可以省略。

步驟5：E-SMLC根據(jù)終端能力以及準(zhǔn)備期間獲得的基站能力，即基站可以支持TA TYPE 2和AoA的測量，決定采用TA TYPE 2+AoA的定位方法。

步驟6，7： E-SMLC通過LPPa協(xié)議發(fā)起面向用戶的E-CID測量初始化過程（測量對象將是TA TYPE 1、AoA）。

步驟8：基站為該用戶分配專用的preamble觸發(fā)專用隨機(jī)接入過程。

步驟9：基站同時(shí)啟動基站內(nèi)部的測量，測量UE 的preamble信號獲得TA，測量UE的上行信號得到AoA?；疽部梢栽谝欢〞r(shí)間內(nèi)重復(fù)執(zhí)行步驟9，對測量結(jié)果進(jìn)行平滑，提高測量精度，這取決于基站的實(shí)現(xiàn)。

步驟10：服務(wù)eNB在E-CID測量報(bào)告消息中將攜帶E-CGI、TA、AoA等測量結(jié)果通過LPPa協(xié)議傳送給E-SMLC。注：如果服務(wù)eNB中存儲有服務(wù)小區(qū)的位置信息，將在E-CID測量報(bào)告消息中攜帶接入點(diǎn)位置信息。

步驟11：E-SMLC根據(jù)上述測量信息，進(jìn)行UE的位置估算。注：如果E-CID測量報(bào)告消息中沒有攜帶服務(wù)小區(qū)的位置信息，將通過O&M獲取相應(yīng)的信息。

步驟12：E-SMLC將定位結(jié)果通過SLs消息Location Response發(fā)給MME。至此E-SMLC和MME之間的當(dāng)前Session結(jié)束。

步驟13：MME將定位結(jié)果通過SLg接口消息Provide Subscriber Location Response發(fā)給GMLC。至此MME和GMLC之間的通信結(jié)束。隨后MME根據(jù)情況可以釋放NAS信令連接。

3　開啟基于位置接納算法測試結(jié)果

增加基于位置接納算法后，需要升級TD-LTE基站版本，目前AoA+TA算法版本為專項(xiàng)版本（目前只能通過LMT軟件在Endeb側(cè)修改參數(shù)）。在確?，F(xiàn)有版本功能基礎(chǔ)上新增的一項(xiàng)功能算法，后續(xù)會合并到商用版中應(yīng)用。目前測試業(yè)務(wù)主要是PS業(yè)務(wù)驗(yàn)證工作，升級驗(yàn)證測試如下。

3.1 升級后TD-LTE業(yè)務(wù)速率驗(yàn)證

升級后單站上行吞吐量測試情況（升級前為6436.781 kbit/s，升級后為6527.037 kbit/s，無明顯差異）。

升級后單站下行吞吐量測試情況（升級前為36877.190 kbit/s，升級后為37447.482 kbit/s，升級前后變化很?。?/p>

3.2 升級后TD-LTE PS業(yè)務(wù)驗(yàn)證

現(xiàn)場環(huán)境：2G/3G/4G，TA距離限制500 m，終端在距離基站500 m以內(nèi)范圍（4G合法小區(qū)）。

流程：華為D2終端先駐留在4G上， 由于所處位置在基站500 m以內(nèi)，屬于4G合法小區(qū)，終端可進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

現(xiàn)場環(huán)境：2G/3G/4G，TA距離設(shè)置500 m，終端在距離基站500 m以外范圍（4G為非法小區(qū)）。

流程：華為D2終端先駐留在4G上，由于所處位置為超過基站距離500 m，屬于4G非法小區(qū)，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。3.3 接入驗(yàn)證

通過進(jìn)行不同場景下接入特性的驗(yàn)證，輸出TA值，AoA值及PS業(yè)務(wù)限制功能匯總數(shù)據(jù)如表1、2、3所示。

4　結(jié)論

通過業(yè)務(wù)驗(yàn)證，使用路測終端驗(yàn)證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

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[5]3GPP.TS45.005(V8.3.0).Radio transmission and reception[s]. 2009(2):18-19.的準(zhǔn)確性滿足預(yù)期結(jié)果，AoA誤差在15°左右，TA誤差在50 m左右。測試過程中驗(yàn)證AoA/TA并不影響到正常的切換以及業(yè)務(wù)，目前的算法也可實(shí)現(xiàn)對朝鮮境內(nèi)業(yè)務(wù)的有效限制。因此，在江邊且在朝鮮方面有信號的TD-LTE小區(qū)開啟AoA+TA的基于位置接納算法，通過TA的自由設(shè)置（合法小區(qū)或不合法小區(qū)），既能保證中國境內(nèi)的TD-LTE網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)正常使用，又可以保障在境外無法使用TD-LTE網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，在現(xiàn)實(shí)意義上具有可推廣性。

表1　TA精度驗(yàn)證結(jié)果

表2　AoA角度驗(yàn)證結(jié)果

表3　PS業(yè)務(wù)驗(yàn)證結(jié)果

收稿日期：2015-01-16

文章編號1008-5599（2015）02-0020－05

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

中圖分類號TN929.5