中國聯(lián)通天津市分公司 天津 300052

引言

在LTE(Long Term Evolution，長期演進(jìn))網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，由于LTE只支持分組域業(yè)務(wù)，通常采用原有網(wǎng)絡(luò)的CS域語音方案來提供語音服務(wù)。3GPP R8提出了CSFB(Circuit Switched Fallback，電路域回落)：LTE終端駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)需要完成語音業(yè)務(wù)時再回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)的CS域。另一方面，為提供更好的用戶體驗，CSFB回落用戶在3G的語音業(yè)務(wù)結(jié)束后，如果需要實時快速返回LTE，則采用Fast Return(快速返回，F(xiàn)R)功能。理論上若不采用Fast Return功能，UE從3G返回LTE時間需8秒以上；若采用Fast Return則時延下降到500ms，用戶感知提升明顯。

目前，天津聯(lián)通3G網(wǎng)絡(luò)針對CSFB用戶側(cè)已開啟Fast Return功能，CSFB用戶在3G語音業(yè)務(wù)結(jié)束后會通過Fast Return功能快速返回LTE網(wǎng)絡(luò)。如果用戶在3G通話結(jié)束后進(jìn)入到?jīng)]有LTE覆蓋的區(qū)域，受Fast Return功能的影響，用戶還會按照其要求搜索LTE網(wǎng)絡(luò)，搜索不到后才會去3G駐留，這段時間屬于“踏空”期，手機(jī)是無法進(jìn)行此業(yè)務(wù)的。本文主要就特定場景下Fast Return功能開啟后對CSFB用戶的踏空時延影響進(jìn)行闡述和分析，為后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供支撐[1]。

1 研究背景

1.1 LTE與G/W網(wǎng)絡(luò)互操作

顧名思義，互操作即終端可以跨系統(tǒng)重選和切換，使用戶可以占用更好的網(wǎng)絡(luò)。1)對于PS業(yè)務(wù)，需要分別解決LTE與GSM/WCDMA之間的互操作；2)對于CS業(yè)務(wù)，需要分析LTE提供/不提供語音業(yè)務(wù)的切換方案。本文著重關(guān)注CS域互操作策略。對于語音業(yè)務(wù)的切換，LTE分兩個階段來實現(xiàn)，當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)階段不能提供語音業(yè)務(wù)時，通過電路域語音回退和雙待機(jī)功能實現(xiàn)；當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)能夠提供語音業(yè)務(wù)時，通過單射頻語音連續(xù)控制(SR-VCC)和通用接入承載語音(VoLGA)功能來實現(xiàn)[1]。

1.2 CSFB

若手機(jī)終端在LTE網(wǎng)絡(luò)駐留，此時撥打語音電話，需網(wǎng)絡(luò)輔助回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)的電路域上。LTE和GSM/WCDMA雙模終端采用Single-Radio單射頻模式，接入LTE后，無法再同時收、發(fā)GSM/WCDMA電路域信號。為保證終端在LTE下能夠收/發(fā)語音等CS業(yè)務(wù)，所以產(chǎn)生了CSFB技術(shù)。該CSFB功能需要在核心網(wǎng)MME(Mobility Managenent Entity，移動性管理實體)和MSC(Mobile Switching Center，移動交換中心)服務(wù)器之間引入SGs(SGs應(yīng)用協(xié)議)接口，一個終端附著在LTE網(wǎng)的同時，通過SGs也附著在CS域上，這樣一來，終端就可以優(yōu)先駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)享受高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，當(dāng)需要語音業(yè)務(wù)時才回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)。

CSFB作為LTE語音解決方案，業(yè)務(wù)過程共4個步驟。1)LTE/UMTS(通用移動通訊系統(tǒng))網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合附著；2)通話建立過程回落到UMTS；3)在UMTS發(fā)起語音呼叫；4)結(jié)束后返回LTE網(wǎng)絡(luò)。用戶能感知到的時間長短體現(xiàn)在兩個階段，即語音建立時的回落3G時延和掛機(jī)后返回LTE系統(tǒng)的時延。這兩個過程都需要UE在兩網(wǎng)間跨越，是CSFB技術(shù)以及3G/4G兩網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化的重點。

1.3 FastReturn(FR)

如上文所述，LTE語音業(yè)務(wù)通過CSFB實現(xiàn)，當(dāng)終端掛機(jī)后如何返回LTE網(wǎng)絡(luò)呢？為確保用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)盡量在LTE網(wǎng)絡(luò)提供，用戶呼叫結(jié)束后需返回LTE網(wǎng)絡(luò)。返回LTE網(wǎng)絡(luò)過程中，將引入一段無法被網(wǎng)絡(luò)尋呼的時間，即用戶不可及時間，此時用戶無法收到任何尋呼消息也無法建立任何業(yè)務(wù)。根據(jù)其他區(qū)域的實測結(jié)果：靜止時掛機(jī)返回LTE(FDD)約15秒，移動狀態(tài)下返回LTE時延平均值增加至20～30秒。由于終端的不同及用戶的使用情況(是否仍有后臺數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))存在差異，該時延可能延長至1～3分鐘。在此期間用戶均無法返回LTE網(wǎng)絡(luò)。

FR功能即在G/W網(wǎng)掛機(jī)時的信道釋放消息中攜帶LTE鄰區(qū)信息，終端收到該消息后不再發(fā)送廣播消息、LAU、RAU等操作，直接測量選擇信號最好的LTE鄰區(qū)并返回LTE網(wǎng)絡(luò)。通過FR方案優(yōu)化，用戶不可及的時間理論上僅為1～2秒，大大提升了用戶感知[2]。

2 踏空現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

通過對新入網(wǎng)LTE基站的單站優(yōu)化工作以及少量的用戶投訴，發(fā)現(xiàn)某些特定場景存在如上所述的踏空現(xiàn)象，因此，決定對此現(xiàn)象進(jìn)行捕捉、分析和解決。

2.1 時延統(tǒng)計方法

統(tǒng)計FR時延指標(biāo)的方法：語音業(yè)務(wù)掛機(jī)后Fast Return命令開始，從RRC Connection Release(無線資源控制協(xié)議連接釋放)到UE在4G網(wǎng)絡(luò)注冊完成位置區(qū)更新 (Location Area Update Complete)之間的時間差，即為FR時延。

2.2 實驗條件

測試軟件：HUAWEI GENEX Probe V3R005。

測試設(shè)備：HUAWEI P1 U9202L，SAMSUNG GALAXY S4。

測試方法：用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)通過CSFB回落到3G網(wǎng)絡(luò)，在3G通話過程中移動到無LTE覆蓋的區(qū)域，語音業(yè)務(wù)掛機(jī)后，受Fast Return功能影響，手機(jī)會先按照Fast Return指令對LTE頻點進(jìn)行搜索，搜索無果后重新發(fā)起在3G的注冊過程，在3G注冊完成后才能繼續(xù)進(jìn)行業(yè)務(wù)。分別采用不同終端進(jìn)行FR踏空測試，分析不同終端的表現(xiàn)。

2.3 實驗結(jié)果

HUAWEI P1 U9202L測試踏空時延統(tǒng)計如表1所示。

表1 西青區(qū)華為終端測試結(jié)果

SAMSUNG GALAXY S4踏空測試時延統(tǒng)計如表2所示。

表2 西青區(qū)三星終端測試結(jié)果

測試綜合了多種變量進(jìn)行統(tǒng)計，分別采用了HUAWEI和SAMAUNG兩款廣泛使用的終端；分別在市區(qū)和郊區(qū)測試；分別采集了終端僅做CS業(yè)務(wù)和CS/PS業(yè)務(wù)并發(fā)時的踏空時延。通過比較多次測試得出的平均時延，可以發(fā)現(xiàn)這兩款終端的表現(xiàn)相當(dāng)，在3G側(cè)僅有CS業(yè)務(wù)和CS+PS業(yè)務(wù)并發(fā)的情況下發(fā)生踏空的時延均為20秒以上[3]。

2.4 多場景驗證

模擬用戶行為在多種網(wǎng)絡(luò)覆蓋場景下進(jìn)行CSFB測試，表3為不同場景下發(fā)生踏空現(xiàn)象的概率統(tǒng)計。其中場景3概率最高，場景1其次。

表3 不同場景下踏空概率統(tǒng)計

現(xiàn)有CSFB踏空問題監(jiān)測評估方法包括：1)UE側(cè)評估。UE側(cè)評估是針對單用戶的，需要利用路測工具，通過路測信令分析進(jìn)行評估。2)客戶化評估?？蛻艋u估主要從用戶體驗角度考慮，從用戶投訴角度進(jìn)行分析[4]。

場景1：用戶駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)下在室外發(fā)起CSFB，通話結(jié)束時移至室內(nèi)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)、弱區(qū)。見圖1。場景2：用戶駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)下在室內(nèi)發(fā)起CSFB，通話結(jié)束時移至室外無LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲區(qū)、弱區(qū)。見圖2。場景3：用戶駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)下高速移動時發(fā)起CSFB，通話結(jié)束后移出LTE覆蓋區(qū)域。見圖3。

3 踏空問題分析及對策

3.1 FR踏空情況分析

圖1 FR踏空場景1

圖2 FR踏空場景2

圖3 FR踏空場景3

當(dāng)出現(xiàn)LTE-FR踏空現(xiàn)象時，是什么原因?qū)е率謾C(jī)在數(shù)秒的時間內(nèi)無法進(jìn)行任何業(yè)務(wù)呢？以某次踏空事件的信令情況為例進(jìn)行說明，如圖4所示，當(dāng)終端完成CSFB釋放后，在3G網(wǎng)絡(luò)下重選完成時間約為5.68秒(終端不再接受3G系統(tǒng)消息)，在7.35秒內(nèi)業(yè)務(wù)無法進(jìn)行。

信令1：14:32:10:859終端在CSFB業(yè)務(wù)完成后，按照常規(guī)處理方式，攜帶3G頻點1875進(jìn)行信令釋放。信令2：14:32:11:039終端在4G網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行同步及網(wǎng)絡(luò)搜索。信令3：14:32:16:339終端在3G下進(jìn)行同步，見圖4。信令4：14:32:16:939終端在3G網(wǎng)絡(luò)下發(fā)起位置區(qū)更新請求。信令5：14:32:18:209終端在3G網(wǎng)絡(luò)下位置區(qū)更新請求完成，TMSI更新完成。見圖5。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，該踏空現(xiàn)象極易發(fā)生在4G覆蓋邊緣區(qū)域，即4G信號較差的地點甚至盲區(qū)。在此區(qū)域進(jìn)行4G業(yè)務(wù)，如終端在4G覆蓋區(qū)域下起呼，移動到無4G覆蓋但3G覆蓋良好區(qū)域，終端會重新在3G網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行附著。但從CSFB結(jié)束后到重新在3G網(wǎng)絡(luò)下附著成功，中間間隔時間內(nèi)無法進(jìn)行任何業(yè)務(wù)。另外，若將FR功能關(guān)閉，終端使用重選方式回到LTE網(wǎng)絡(luò)，時延約為8～15秒不等。

相對密集城區(qū)，各郊區(qū)、郊縣的LTE基站較稀疏，更易出現(xiàn)踏空現(xiàn)象。此類場景將作為今后2G/3G與4G網(wǎng)絡(luò)交界的優(yōu)化重點。在LTE網(wǎng)絡(luò)完成全覆蓋即達(dá)到現(xiàn)網(wǎng)2G/3G的覆蓋水平時，踏空現(xiàn)象將會很少出現(xiàn)，很大可能僅在LTE深度覆蓋較差的區(qū)域偶發(fā)。

圖4 RRC Connection Release捕獲圖

圖5 RRC Connection Request捕獲圖

通過分析上述信令節(jié)點，自信令1至信令5這7.35秒內(nèi)終端都無法進(jìn)行業(yè)務(wù)。終端在3G網(wǎng)結(jié)束語音通話后，為了能夠快速返回4G網(wǎng)絡(luò)，持續(xù)搜索4G信號失敗，才出現(xiàn)了數(shù)秒至幾十秒的用戶不可及，這就是踏空現(xiàn)象導(dǎo)致返回4G網(wǎng)時延增大的本質(zhì)原因。

3.2 FR踏空的解決方案

為更好地對比FR功能開啟給感知帶來的影響，在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行FR開啟和關(guān)閉的定點測試。

開啟FR功能后，終端會在3G掛機(jī)RRC(無線資源控制)釋放時攜帶4G頻點，語音會在終端掛機(jī)后平均2.12秒后回到LTE網(wǎng)絡(luò)完成TAU(跟蹤區(qū)更新)更新，見表4。

表4 FR功能開啟后時延統(tǒng)計

關(guān)閉FR功能后，終端在3G掛機(jī)RRC釋放時不再攜帶4G頻點，則終端會首先在3G完成LAU，然后重選到4G完成TAU。平均時延為8.124秒。見表5、圖6、圖7。

在3G網(wǎng)通話結(jié)束返回LTE時，目前有兩種解決方案。1)重選。手機(jī)通過讀取系統(tǒng)消息中的重選信息發(fā)起UMTS→LTE測量。2)Fast Return。手機(jī)根據(jù)UMTS網(wǎng)絡(luò)的Channel Release消息中攜帶的頻點對LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行脫網(wǎng)重搜，如果搜索不到目標(biāo)LTE頻點，將開始全頻段搜索，可能帶來30秒以上的不可及時間，見圖8[5]。

在LTE建網(wǎng)初期，UL組網(wǎng)是UMTS和LTE網(wǎng)絡(luò)共同組網(wǎng)，由UMTS作為連續(xù)覆蓋，LTE網(wǎng)絡(luò)作為熱點覆蓋或者數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)話務(wù)吸收進(jìn)行非連續(xù)覆蓋或者部分連片覆蓋，主要應(yīng)用在密集城區(qū)和城區(qū)。見圖9。

表5 FR功能關(guān)閉后時延統(tǒng)計

圖6 FR關(guān)閉后RRC Connection Realsease 捕獲圖

圖7 FR關(guān)閉后RRC Connection Request捕獲圖

圖8 fast return 增益分析圖

圖9 UL組網(wǎng)示意圖

如上所述，通過平均測試時延可以發(fā)現(xiàn)FR功能在現(xiàn)階段的應(yīng)用有利有弊。在3G與4G覆蓋均良好的區(qū)域，F(xiàn)R功能使得用戶可以快速返回4G網(wǎng)絡(luò)；但是一旦出現(xiàn)FR踏空現(xiàn)象，其造成的時延要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通過重選返回的時延(8秒左右)，也易造成投訴。綜上，暫時關(guān)閉4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋邊緣3G基站的FR功能，避免了FR踏空的發(fā)生。

4 結(jié)束語

各運營商LTE網(wǎng)絡(luò)的初期建設(shè)已經(jīng)基本完成，如何在競爭激烈的市場中占得一席之地是各大運營商爭奪的關(guān)鍵。在營銷初期建立良好形象，及時解決LTE凸現(xiàn)的問題，將決定市場的走向。目前，LTE的建設(shè)規(guī)模尚無法達(dá)到連續(xù)覆蓋，仍存在部分覆蓋空洞區(qū)，那么在3G整體覆蓋良好時，這種特殊場景極易出現(xiàn)LTE-FR踏空的現(xiàn)象。本文通過研究分析、多場景測試驗證，充分挖掘踏空問題對客戶感知的惡劣影響，給出了優(yōu)化對策，間接解決了這一問題，切實提升了LTE用戶的感知。

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，下階段將實現(xiàn)VoIP(基于IP的語音傳輸)高清語音通話，將給移動用戶帶來不一般的通話體驗。

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