单树莓派/双树莓派+USRP+srsLTE分布式搭建4G LTE微基站

前言

阅读本文前请确保UHD和srsLTE已经正确安装，安装教程：
树莓派3B安装Ubuntu Server 18.04 + UHD + GNU Radio，其中GNU Radio对于本文不是必须的，可以不安装。
树莓派Ubuntu18.04安装srsLTE

实验环境：

2020.08.10 修改srsLTE版本，从20_04_01降级到19_12。
测试了20_04_01和19_12两个版本，灌包测得的最大基本一致，均为上行36Mbps，下行13Mbps，但是在手机上用测速软件测得的实际速率却不一样。
使用20_04_01版本，在手机上用测网速app测得的最大上行速率为5.8Mbps，下行速率为9.8Mbps，与灌包测得的速率相差较大；
而使用19_12版本，在手机上用测网速app测得的最大上行速率为12.8Mbps，下行速率为34.7Mbps，基本达到了灌包的速率。
测试手机Redmi 4，eNB参数设置dl_earfcn = 1500、n_prb = 50，测试平台PC（eNB）+树莓派3B（EPC）

一、添加SIM卡的配置信息

使用SIM卡写卡读卡器修改SIM卡的信息如下：

修改~/.config/srslte/user_db.csv文件：

格式为(ue_name),(imsi),(K),(OP/OPc_type),(OP/OPc_value),(AMF),(SQN),(QCI)，仿照原文件中的例子进行修改，最后两项保持不变。倒数第三项被红色画笔涂亮的部分一开始我设置的是1234，后来在运行过程中被程序自动修改，保持程序自动修改后的数值即可。

二、修改enb配置信息

sudo vim ~/.config/srslte/enb.conf
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其中mcc为手机卡IMSI的前三位，mnc为IMSI的4、5位；mme_addr设置为树莓派（EPC）的IP地址；gtp_bind_addr和s1c_bind_addr改为（eNB）的IP地址，s1c_bind_addr为eNb发送的SCTP消息的源地址，因此在分布式部署时应该改为真实IP地址；dl_earfcn为频点号，与频率、频段的关系见第七节；n_prb = 50表示带宽为10MHz，该参数与带宽的对应关系如下：

三、修改epc配置信息

需要注意的是EPC设备需要能正常连接外网并且执行网口伪装sudo srsepc_if_masq.sh eth0，这样手机连上LTE信号后才能正常上网。eNB设备可以不连接外网，只要和EPC设备在同一局域网（能相互ping通）即可。

sudo vim ~/.config/srslte/epc.conf
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其中mcc为手机卡IMSI的前三位，mnc为IMSI的4、5位，mme_addr设置为树莓派（EPC）的IP地址，gtpu_bind_addr改为树莓派上可以上网的IP地址。这里我通过sudo ifconfig eth0:gtp 192.168.2.111/24 up开启了一个虚拟网口，gtpu_bind_addr也可以直接改为与mme_bind_addr相同的IP地址。

四、修改手机SIM卡配置信息

此处以小米手机为例，进入设置->双卡和移动网络->选择对应的SIM卡->接入点名称(APN)->新建APN，名称和APN都改为srsapn，MCC 改为460， MNC改为 11，修改完成后返回保存即可。

五、树莓派运行srsepc，电脑1运行srsenb

进行灌包测试，必要的设置如下：

#在树莓派（运行srsepc）上设置手机上网的接口
ifconfig  #查看网络接口
sudo srsepc_if_masq.sh eth0  #选择能上网的接口进行伪装，此处为eth0
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#在电脑1（运行srsenb）上设置路由信息使得电脑1能ping到测试手机
sudo route add -host 172.16.0.2 gw 192.168.2.104  #临时添加路由信息，其中172.16.0.2为测试手机的IP地址，192.168.2.104为树莓派的IP地址
route -n #查看路由信息
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永久添加路由信息需要修改/etc/network/interfaces，添加以下内容：

#其中`enp5s0`需要根据`ifconfig`给出的信息进行选择
up route add -net xxx.xxx.xxx.xxx netmask xxx.xxx.xxx.xxx gw xxx.xxx.xxx.xxx enp5s0
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#在测试手机上
设置->双卡和移动网络->SIM卡信息.中国电信->运营商网络设置.接入点名称(APN)->新建APN，名称：srsapn，APN:srsapn，MCC：460，MNC：11，设置好后保存，然后选择此APN。
在epc和enb建立连接后，打开飞行模式再关闭飞行模式，再打开数据流量。
测试手机和电脑2通过USB连接，需要在手机上开启USB网络共享，或者开启热点无线连接，只要电脑2能ping通电脑1就行。
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1.下行灌包测试

电脑1选择Client模式，Server address填手机的IP，传输时间选择60s，传输层选择UDP，带宽100MB/s，包尺寸1KB。

本来应该是电脑1作为CLient，电脑2作为Server。然后手机连电脑2并且开启USB网络共享，然后电脑1的Server address填电脑2的IP，电脑2开启软件选择Server模式。这里由于电脑2驱动无法安装的问题无法通过USB共享网络，只能通过测试手机的热点进行连接。但是这样连接电脑2可以ping到电脑1，但是电脑1 ping不到电脑2，暂未解决。

2.上行灌包测试

电脑2作为Client，电脑1作为Server。

电脑2配置与下行灌包的Client设置相同；

电脑1选择Server模式，Output Format选择MBits，传输层选择UDP。

经测试，对于同一个手机Redmi 4，在电脑运行srsenb，树莓派运行srsepc的情况下，树莓派3B与4B的效果相同，在手机上测得的最高速率均为下行36.52Mbps，上行13.42Mbps。

六、树莓派4B运行srsenb，树莓派3B运行srsepc

参考：SRSLTE树莓派4应用说明

在运行eNB的树莓派4B上开启性能模式：

sudo systemctl disable ondemand
nano /sys/devices/system/cpu/cpu*/cpufreq/scaling_governor  #查看是否进入性能模式，若都为performance则成功
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修改enb.conf：

sudo nano /root/.config/srslte/enb.conf
[enb]

mcc = 460  #IMSI的前三位

mnc = 11  #IMSI的第4、5位

mme_addr = 192.168.2.101  #EPC的IP地址

gtp_bind_addr = 192.168.2.104  #eNB的IP地址

s1c_bind_addr = 192.168.2.104  #eNB的IP地址

n_prb = 15

tm = 2

nof_ports = 2
[rf]

dl_earfcn = 1934

tx_gain = 80               ## this power seems to work best

rx_gain = 40

device_name = UHD

device_args = auto
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修改epc.conf：

sudo nano /root/.config/srslte/epc.conf
[mme]

mcc = 460  #IMSI的前三位

mnc = 11  #IMSI的第4、5位

mme_bind_addr = 192.168.2.101  #EPC的IP地址
[spgw]

gtpu_bind_addr   = 192.168.2.101  #EPC的IP地址
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修改user_db.csv：参考第一节。

运行epc的设备需要打开进入防火墙的端口以允许srsenb进行S1-MME和S1-U连接：

S1-MME = sctp, port 36412 || S1-U = udp, port 2152

或者使用iptables命令：

sudo iptables -A INPUT -p sctp -m sctp --dport 36412 -j ACCEPT
sudo iptables -A INPUT -p udp -m udp --dport 2152 -j ACCEPT
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这套设置频段为B3，频点1934，带宽3MHz。

1.下行灌包测试

图片误删…

2.上行灌包测试

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七、LTE载波频率和载波频点号

参考：LTE Carrier Frequency and EARFCN

• Fdownlink=FDLLow+0.1(NDL−NDLOffset)Fdownlink=FDLLow+0.1(NDL-NDLOffset)
• Fuplink=FULLow+0.1(NUL−NULOffset)

where,

NDL = downlink EARFCN
NUL = uplink EARFCN
NDLoffset = offset used to calculate downlink EARFCN
NULoffset = offset used to calculate uplink EARFCN

EARFCN of carrier frequency can be calculated with Eq-(1) or Eq-(2) using FDL_low, NOffs-DL, FUL_low and NOffs-UL given in table below.