郭 寶 中國移動通信集團(tuán)山西有限公司網(wǎng)絡(luò)部高級工程師

張 陽 中國移動通信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)部高級工程師

1 引言

隨著移動網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，LTE用戶日益增多，為跟進(jìn)捕捉用戶信息，公安系統(tǒng)開始部署LTE仿真基站。LTE仿真基站的部署造成了用戶占用到仿真基站的頻率上升，用戶投訴大幅攀升，直接影響了LTE網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展。然而，當(dāng)前對仿真基站的排查主要通過外場掃頻方式，排查效率低下；且僅能通過公安系統(tǒng)對仿真基站進(jìn)行關(guān)閉或參數(shù)優(yōu)化，有效規(guī)避手段較少。如何有效排查規(guī)避公安仿真基站迫在眉睫。

為此，本文開展了仿真站排查和規(guī)避策略的研究，深入分析仿真基站技術(shù)原理，探索出利用MRO數(shù)據(jù)與S1-U口數(shù)據(jù)的匹配以及RRC釋放等指標(biāo)監(jiān)控快速排查定位仿真站具體位置的方法。同時，有針對性地提出了仿真站規(guī)避策略，有效解決了仿真基站造成的網(wǎng)絡(luò)問題。

2 LTE仿真基站排查技術(shù)原理

仿真基站主要用于收集用戶手機(jī)信息。當(dāng)用戶經(jīng)過仿真基站時，如果UE處于空閑態(tài)，那么會發(fā)起TAU請求，通過位置更新重選到仿真基站小區(qū)；在TAU過程中，仿真基站會要求用戶上報用戶信息，完成信息收集。如果用戶處于連接狀態(tài)，因?yàn)檫\(yùn)營商不會將仿真基站配置為相鄰區(qū)域，用戶無法與仿真基站發(fā)生切換，用戶信息也就不會被捕獲。

2.1 用戶信息收集信令分析

仿真站手機(jī)的用戶手機(jī)信息指用戶SIM卡上的IMSI和IMEI信息。在整個信令流程中，用戶的IMSI和IMEI信息僅會包含在兩處信令中。

首先，位置更新請求TAU Request或者附著請求ATTACH Request中會攜帶用戶的IMSI和IMEI信息。但在協(xié)議中，用戶IMSI信息只有在首次開卡注冊時才會被上報，因此從理論上來說，TAU Request或者ATTACH Request中攜帶的用戶IMSI信息仿真基站是無法獲取的。

其次，Identity Response中會攜帶用戶的IMSI和IMEI信息。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)通知用戶上報用戶信息時，會下發(fā)Identity Request給UE，隨之用戶會反饋身份響應(yīng)信息Identity Response，攜帶IMSI等用戶信息。仿真基站即通過該種方式收集用戶信息。

2.2 仿真基站工作流程

在UE空閑態(tài)情況下，如果經(jīng)過仿真基站，在滿足R＆S重選準(zhǔn)則前提下，用戶會通過位置更新請求重選到仿真基站。由于仿真基站的TAC與現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)營商所有TAC均不一致，UE在重選到仿真基站后，會請求更新路由區(qū)域，即啟動TAU請求；然后，仿真基站將通過NAS消息發(fā)送身份請求，要求用戶反饋用戶信息；用戶在收到身份請求Identity Request后會反饋身份響應(yīng)消息Identity Response。至此，仿真基站完成用戶信息收集。

3 LTE仿真基站網(wǎng)絡(luò)影響

從仿真基站本身來說，仿真基站不屬于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)用戶重選至仿真基站小區(qū)后，語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無法正常進(jìn)行。通常為達(dá)到有效收集用戶信息的目的，公安仿真基站的參數(shù)設(shè)置都優(yōu)于正常運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)小區(qū)，在空閑態(tài)下用戶更容易重選到仿真基站小區(qū)，從而在一段時間內(nèi)語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)無法正常進(jìn)行，嚴(yán)重影響用戶感知度。

LTE仿真基站會與周邊運(yùn)營商LTE網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生同頻干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)掉話、無法接通、切換失敗等諸多問題。在下行方面，會出現(xiàn)同PCI MOD3干擾、重疊覆蓋，造成掉話及速率降低問題；在上行方面，因幀偏置不同的原因會導(dǎo)致上行失步，無法接入用戶。

在越來越多的LTE仿真基站部署后，經(jīng)常出現(xiàn)用戶從仿真基站被重選到2G后不能及時回到4G網(wǎng)絡(luò)，甚至一直回不到4G網(wǎng)絡(luò)，用戶網(wǎng)絡(luò)感知影響嚴(yán)重。

4 LTE仿真基站排查定位方法分析

4.1 常規(guī)仿真基站定位排查方法

當(dāng)前LTE仿真站點(diǎn)一般都設(shè)置在大的交通路口、人流量較大的廣場等場景，結(jié)合場景特點(diǎn)，常規(guī)的排查定位方法有：

●日常外場測試、掃頻工作。在相應(yīng)場景突然發(fā)現(xiàn)異常TAC、PCI，且該信號一般異常的強(qiáng)，TAU過程總是被Reject，基本可以確認(rèn)到仿真基站的存在。

●結(jié)合場景信息的干擾現(xiàn)場掃頻作業(yè)也可以定位仿真基站位置。

●利用用戶投訴等用戶反饋信息發(fā)現(xiàn)定位仿真基站。

●與當(dāng)?shù)毓矙C(jī)關(guān)合作溝通，獲取到其仿真基站分布情況。

此4類排查定位方式都需要大量的人工，且效率不高。在當(dāng)前LTE仿真基站日益增多的情況下，亟待改進(jìn)。

4.2 仿真基站關(guān)聯(lián)KPI指標(biāo)及定位數(shù)據(jù)分析

從KPI指標(biāo)層面來說，仿真基站區(qū)域RRC Release次數(shù)會出現(xiàn)異常增長特征。當(dāng)UE在數(shù)據(jù)連接態(tài)時，由于移動性電平逐漸降低，此時若測量到仿真基站的信號并上報A2測量報告，當(dāng)有鄰區(qū)關(guān)系時會發(fā)生切換。因?yàn)榉抡婊静粚儆谶\(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)不會配置相應(yīng)鄰區(qū)關(guān)系，UE無法搜索到有效的切換小區(qū)，從而只能發(fā)起重定向。LTE重定向是通過RRC釋放消息中的Redirected CarrierInfo信息，指示UE脫離連接態(tài)后要嘗試重定向到2G。在仿真基站覆蓋區(qū)域的UE會反復(fù)這個過程，RRC Connection Release次數(shù)會異常增多。因此，可通過RRC Release次數(shù)的異常增長來識別仿真站的開通。

從定位數(shù)據(jù)層面來說，仿真基站TAC與現(xiàn)網(wǎng)TAC不一致，屬于異常TAC，可通過識別TAC信息結(jié)合用戶經(jīng)緯度信息精確定位仿真基站位置。TAC信息可在MRO數(shù)據(jù)中識別，用戶經(jīng)緯度信息可在S1-U口數(shù)據(jù)中獲取。如圖1所示，S1-U口數(shù)據(jù)與S1-MME口數(shù)據(jù)可通過IMSI進(jìn)行關(guān)聯(lián)；S1-MME口數(shù)據(jù)與MRO數(shù)據(jù)可通過MMEUES1APID進(jìn)行關(guān)聯(lián)；最終通過時間戳串聯(lián)起S1-U口數(shù)據(jù)、S1-MME口數(shù)據(jù)及MRO數(shù)據(jù)，識別出具體經(jīng)緯度下的TAC信息。

圖1 TAC關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)方法流程圖

4.3 基于KPI指標(biāo)及MRO與S1接口數(shù)據(jù)的仿真基站排查定位方法

基于KPI指標(biāo)及MRO與S1接口數(shù)據(jù)的仿真基站排查定位方法如下：

（1）基于KPI指標(biāo)RRC釋放次數(shù)初步判定仿真基站干擾區(qū)域。將RRC釋放信令放置于OMC網(wǎng)管告警場景中，設(shè)定一定的門限，實(shí)時監(jiān)控每個小區(qū)下發(fā)給終端的RRC釋放次數(shù)。當(dāng)小區(qū)下發(fā)次數(shù)大于設(shè)定的告警門限，就會在網(wǎng)管側(cè)產(chǎn)生告警，從而初步判定出仿真站干擾。

（2）基于MRO數(shù)據(jù)與S1口數(shù)據(jù)識別出具體經(jīng)緯度下的TAC信息，精確定位仿真基站。將MRO數(shù)據(jù)與S1-U數(shù)據(jù)、S1-MME口數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過S1-U用戶面數(shù)據(jù)，從用戶面中獲取用戶經(jīng)緯度，結(jié)合S1-MME側(cè)根據(jù)時間戳進(jìn)行關(guān)聯(lián)匹配，最終與MRO數(shù)據(jù)匹配，定位出該用戶在某一區(qū)域占用某一小區(qū)經(jīng)緯度下的TAC信息，進(jìn)而與現(xiàn)網(wǎng)TAC進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)異常TAC，從而精確定位仿真基站。

基于MRO數(shù)據(jù)判定仿真基站流程如圖2所示。第一步，通過MRO數(shù)據(jù)解析出每個手機(jī)所在位置上報的TAC數(shù)據(jù)。第二步，網(wǎng)絡(luò)自動分析該TAC是否是現(xiàn)網(wǎng)使用的TAC；若否確定為仿真基站，若是則進(jìn)行第三步。第三步，進(jìn)一步分析該位置是否存在干擾，該區(qū)域小區(qū)是否存在掉話、接通、速率低等問題；若是則初步判定為仿真基站，若否則判定為現(xiàn)網(wǎng)小區(qū)。第四步，在判定為仿真基站后，利用經(jīng)緯度信息進(jìn)行精確定位，進(jìn)而現(xiàn)場排查確認(rèn)。

5 LTE仿真基站規(guī)避策略研究

5.1 常規(guī)規(guī)避方案

在2G網(wǎng)中，規(guī)避仿真基站的方法通常是修改BCH和TCH頻點(diǎn)，或者把仿真基站BSC納入到運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。然而，LTE系統(tǒng)與GSM在多址方式上有很大的不同。目前，針對LTE仿真基站，常規(guī)的規(guī)避方案無法借鑒。

5.2 運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)側(cè)規(guī)避措施

因?yàn)樾^(qū)重選時，UE不會測量和選擇系統(tǒng)消息中廣播的黑名單小區(qū)。所以，可使用LTE基站的黑名單功能，將仿真基站小區(qū)PCI加入黑名單，使用戶無法重選到仿真基站。黑名單小區(qū)包括同頻和異頻兩種。在SIB4消息中下發(fā)同頻黑名單小區(qū)；在SIB5中消息下發(fā)異頻黑名單小區(qū)。

圖2 MRO數(shù)據(jù)判定仿真基站流程圖

這種規(guī)避方式會讓公安仿真基站失去其功能，從而降低用戶捕獲率。然而，可以有效地防止用戶駐留在不法分子所用的仿真基站中。

5.3 仿真基站側(cè)規(guī)避措施

LTE仿真基站側(cè)規(guī)避措施包括參數(shù)、頻率、帶寬、幀偏置、功率和TAU拒絕Cause設(shè)置6個方面，也是當(dāng)前LTE仿真基站的主要規(guī)避方法。

●參數(shù)規(guī)劃。仿真基站的TAC與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)正常TAC均不一致，因此可固化仿真站的TAC，設(shè)置在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)正常TAC范圍之外，方便識別。同時，將仿真基站PCI進(jìn)行固化，如固定為503，避免產(chǎn)生同PCI的MOD3干擾。

●頻率規(guī)劃。協(xié)調(diào)公安系統(tǒng)對仿真基站配置為異頻頻點(diǎn)，優(yōu)先級與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)頻率優(yōu)先級等同。

●帶寬設(shè)置。公安仿真基站僅用于捕捉用戶信息，帶寬需求很小。因此，可將仿真基站帶寬設(shè)置為1.4MHz，并統(tǒng)一固定在固定范圍內(nèi)，徹底規(guī)避對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的干擾。

●幀偏置設(shè)置。F雙模區(qū)域，需要避免仿真基站下行信號干擾運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)上行信號保證幀同步，因此要合理設(shè)置LTE仿真基站的幀偏置。

●功率設(shè)置。為滿足捕捉率要求，公安仿真基站的覆蓋范圍一般在30～50m左右，相對較小，因此可以降低發(fā)射功率。

●TAU拒絕Cause設(shè)置。針對當(dāng)前用戶從LTE仿真基站被重選到2G后不能及時回到4G網(wǎng)絡(luò)問題，將TAU拒絕Cause設(shè)置為Code15。在UE收到原因值為Cause15的響應(yīng)消息后，會保存當(dāng)前的LAI/TAI信息到禁止漫游列表中直到重新開關(guān)機(jī)，可適當(dāng)減少仿真基站對其信息采集，進(jìn)而防止用戶反復(fù)重選入仿真基站；同時，UE回到空閑態(tài)后可以在同一PLMN下選擇一個不同TAC區(qū)內(nèi)小區(qū)進(jìn)行重選，便于快速回到4G網(wǎng)絡(luò)。

5.4 協(xié)議流程的改進(jìn)

對3GPP協(xié)議流程進(jìn)行改進(jìn)，新增加密解密流程，保護(hù)用戶隱私和安全。具體方法為在Identity Request請求中增加UE和HSS的共享密鑰K。新增的加密解密流程包括：第一步，當(dāng)用戶在收到鑒權(quán)請求后，首先解析出請求信息中的密鑰數(shù)據(jù)；第二步，將解析出的密鑰數(shù)據(jù)與共享密鑰進(jìn)行比較；第三步，根據(jù)對比結(jié)果響應(yīng)或拒絕鑒權(quán)請求。如果解析出的密鑰數(shù)據(jù)與共享密鑰一致，則響應(yīng)并回復(fù)信息；如果不一致或鑒權(quán)請求中沒有密鑰信息，則拒絕響應(yīng)鑒權(quán)請求。

6 仿真基站排查和規(guī)避策略研究實(shí)踐

將仿真基站排查與規(guī)避策略試點(diǎn)于山東德州，在用戶感知、成本節(jié)約等方面獲得顯著收益。試點(diǎn)期間利用基于KPI指標(biāo)及MRO與S1接口數(shù)據(jù)的仿真基站排查定位方法共排查出仿真基站135個，網(wǎng)絡(luò)干擾排查定位效率提升10倍，所需人工數(shù)量減少7成。同時，全網(wǎng)的高干擾小區(qū)占比由3.1%改善至1.5%，大大提高了用戶的網(wǎng)絡(luò)感知，用戶網(wǎng)絡(luò)滿意度顯著提升。

圖3 武城氣象局-1小區(qū)RRC釋放次數(shù)圖

圖3為仿真基站排查定位典型實(shí)例。首先，通過實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)LFT0460451R1_武城氣象局（進(jìn)修學(xué)校）-1LTE小區(qū)出現(xiàn)RRC釋放告警，隨提取統(tǒng)計該小區(qū)此時段前后RRC釋放情況。該區(qū)域RRC釋放次數(shù)明顯多于其他區(qū)域，且該區(qū)域掉話率、接通率、速率等指標(biāo)較差；同時，提取LFT0460451R1_武城氣象局（進(jìn)修學(xué)校）-1小區(qū)干擾情況，小區(qū)周邊系統(tǒng)外干擾較為嚴(yán)重，初步判定存在仿真基站干擾。其次，通過MRO數(shù)據(jù)和S1-U口數(shù)據(jù)、S1-MME口數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域終端上報的TAC信息為0，與現(xiàn)網(wǎng)所有TAC信息均不一致，進(jìn)一步判定為仿真基站。最后，通過現(xiàn)場排查確認(rèn)干擾源為公安仿真基站。經(jīng)過與公安人員溝通，仿真基站帶寬由20M調(diào)整到1.4M，干擾強(qiáng)度降低明顯。

7 結(jié)束語

隨著LTE用戶快速發(fā)展，公安仿真基站部署越來越多，加之仿真基站一般都設(shè)置在大的交通路口、人流量較大的廣場等場景，對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶感知影響越來越大，而傳統(tǒng)的外場掃頻排查定位方法成本投入也越來越大，公安仿真基站排查定位面臨著巨大挑戰(zhàn)。本文深入分析了LTE仿真基站的工作原理，結(jié)合LTE網(wǎng)絡(luò)信令及大數(shù)據(jù)分析，創(chuàng)新利用RRC釋放信令、OMC網(wǎng)管告警、MRO數(shù)據(jù)與LTE網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，提出了基于KPI指標(biāo)及MRO與S1接口數(shù)據(jù)的LTE仿真基站排查定位方法；深入探討了仿真基站的參數(shù)配置等規(guī)避策略，并在實(shí)踐中證明了方法的有效性。