姜盼盼 孟凡強 曹潔 曹正潔 李亞鵬 孫浩
摘要:針對5G語音接續(xù)高時延問題,本文從TOP小區(qū)和TOP區(qū)域入手,通過前臺路測和后臺分析相結(jié)合的方式,深入分析5G語音回落、接通以及分段信令流程,使用對比分析法定位出影響5G語音接續(xù)時延的四種關(guān)鍵因素,接著從回落策略、4/5G多網(wǎng)多頻協(xié)同、功能部署三個方面研究出5G語音時延優(yōu)化措施,總結(jié)形成了5G語音時延優(yōu)化策略體系,最終在現(xiàn)網(wǎng)得到合理的效果驗證并推廣使用。
關(guān)鍵詞:5G語音;端到端接續(xù)時延;回落策略;4G/5G多頻協(xié)同;功能部署
一、引言
3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定5G語音沿用4G VoLTE的語音架構(gòu)[1],5G作為IMS網(wǎng)絡(luò)的一種接入方式存在。介于當(dāng)前5G覆蓋薄弱、技術(shù)支持、終端功能等因素,當(dāng)前5G SA網(wǎng)絡(luò)語音有兩種解決方案——過渡方案EPS FB (EPS Fallback)和成熟方案VoNR(Voice over NR)[2],圖1是4G語音VoLTE、5G語音EPS FB以及VoNR的實現(xiàn)方式。其中,VoNR與VoLTE均是由單一網(wǎng)絡(luò)完成;EPS FB是從5G發(fā)起回落4G進(jìn)行通話。
EPS FB是5G用戶在進(jìn)行語音業(yè)務(wù)時回落到4G網(wǎng)絡(luò),使用VoLTE繼續(xù)語音業(yè)務(wù)的一種方式,是綜合考慮語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性需求、5G網(wǎng)絡(luò)部署的不連續(xù)性、終端功能等因素制定出的一種過渡方案,同時也是當(dāng)前語音的主要承載方案。
VoNR是通過5G網(wǎng)絡(luò)(“無線網(wǎng)+核心網(wǎng)”)和IMS網(wǎng)絡(luò)對接,制定的5G時代的全I(xiàn)P化語音方案,同時也是5G 網(wǎng)絡(luò)語音目標(biāo)建設(shè)方案。
自5G SA網(wǎng)絡(luò)商用以來,用戶在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的體驗得到質(zhì)的飛躍。然而,鑒于5G覆蓋不連續(xù)性和VoNR終端支持率低的問題,在語音方面,80%以上的5G用戶仍采用EPS FB,接續(xù)時延從普通VoLTE的2.5s增加至5s,嚴(yán)重影響了用戶感知和滿意度。
二、5G語音端到端接續(xù)時延影響因素
5G語音端到端呼叫時延是指從主叫發(fā)送Invite到收到180 Ringing之間的時延[3]。為了精準(zhǔn)定位5G語音端到端接續(xù)時延長的原因,本文從高時延質(zhì)差小區(qū)和TOP區(qū)域的入手,協(xié)同無線和核心網(wǎng)兩個專業(yè),通過前臺拉網(wǎng)測試和后臺信令對比分析,總結(jié)出以下影響接續(xù)時延的4條主要原因。
(一)切換轉(zhuǎn)重定向
EPS FB功能支持“測量切換”“測量重定向”“盲重定向”三種回落方式,基于測量切換的EPS FB需要進(jìn)行B1測量和4G鄰區(qū),通過切換的形式回落4G;基于測量重定向的EPS FB需要進(jìn)行B1測量和配置4G鄰區(qū),通過回落頻點重定向至4G;基于盲重定向的EPS FB不需要進(jìn)行B1測量,也不需要配置4G鄰區(qū),直接通過回落頻點重定向至4G。
為了提高EPS FB的回落接通成功率,需要選擇最優(yōu)小區(qū)進(jìn)行回落,現(xiàn)網(wǎng)主要以“測量切換”為主,“盲重定向”為輔。在語音回落過程中,如果4G側(cè)存在門限設(shè)置較高、鄰區(qū)漏配、弱覆蓋等問題,UE則不能及時上報測試報告MR或者切換失敗,定時器超時后觸發(fā)切換轉(zhuǎn)重定向流程,時延將增加約1000ms。
(二)頻點優(yōu)先級不合理
由于4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,每個小區(qū)配置10個左右的回落頻點及相應(yīng)的優(yōu)先級。在進(jìn)行測量切換的EPS FB時,若由于最高優(yōu)先級頻點弱覆蓋、故障等原因?qū)е聸]有測量到信號,終端將繼續(xù)測量第二優(yōu)先級頻點,每增加一個頻點測量回落時延增加約400ms。對于盲重定向的EPS FB,若終端向最高優(yōu)先級頻點回落失敗,則會發(fā)起重新搜尋,導(dǎo)致呼叫時延增加。
(三)二次回落
為了保障語音的接通率,當(dāng)手機發(fā)起EPS FB呼叫之后,若在6s內(nèi)IMS沒有收到主叫SBC響應(yīng)或6S~20S主叫沒有收到被叫發(fā)送的183響應(yīng)或10s內(nèi)沒有完成建立語音業(yè)務(wù)承載,則會自動觸發(fā)CSFB二次回落,比正常的回落增加6~10s的接續(xù)時延。由于回落期間主叫收不到任何響應(yīng),經(jīng)常誤認(rèn)為無法接通,嚴(yán)重影響用戶感知。
(四)IMS核心網(wǎng)處理流程不合理
語音呼叫接通需要核心網(wǎng)處理和轉(zhuǎn)發(fā),通過對比不同5GC、IMS網(wǎng)元的信令流程,可以發(fā)現(xiàn)核心網(wǎng)網(wǎng)元之間的時延差異較大。其中,在“主叫Gm接口與主叫Mw接口”分段時延階段[4],主叫SBC轉(zhuǎn)發(fā)處理時延相差約270ms。接著,繼續(xù)深入分析SIP信令話單,定位到“INVITE到183”階段域選和位置更新時延差異約190ms。通過IMS核心網(wǎng)協(xié)助分析,可以發(fā)現(xiàn)部分IMS網(wǎng)元未開啟預(yù)尋呼pre-paging、RX并行等功能[5],導(dǎo)致時延差異呈現(xiàn)出區(qū)域性。
三、5G語音端到端接續(xù)時延優(yōu)化策略及現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用效果
針對上述影響5G接續(xù)時延的因素,通過信令分析和拉網(wǎng)測試,本文從回落策略、4/5G多頻協(xié)同、功能部署三個方面進(jìn)行接續(xù)時延壓降策略研究,總結(jié)了回落策略、4/5G多頻協(xié)同、功能部署等多項優(yōu)化措施,并在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行了試點及推廣使用。
(一)回落策略優(yōu)化
1.回落方式優(yōu)化
針對5G站間距大、有5G無4G區(qū)域、4/5G弱覆蓋等接續(xù)時延大于5s的小區(qū)1935處,將回落方式從“測量切換”變更為“盲重定向”,避免因過覆蓋、鄰區(qū)漏配等觸發(fā)切換轉(zhuǎn)重定向流程引入額外時延。經(jīng)過優(yōu)化后,平均接續(xù)從6403ms降低為5941ms,時延改善462ms。
2.回落頻點優(yōu)先級
回落頻點優(yōu)先級配置不合理會導(dǎo)致用戶在回落時因沒有測量最優(yōu)頻點而進(jìn)行多次頻點測量、切換轉(zhuǎn)重定向、二次回落等,增加時延約400ms~6000ms。根據(jù)頻點優(yōu)先級配置“三步法”,梳理全網(wǎng)EPS FB高時延質(zhì)差小區(qū)1197處調(diào)整頻點優(yōu)先級,主叫EPS FB接續(xù)時延降低179ms,同時EPS FB回落成功率提升0.07%。
3.精簡冗余頻點
4G回落頻點過多會導(dǎo)致測量時間增加,而通過優(yōu)化4G組網(wǎng)結(jié)構(gòu),組建城區(qū)FDD1800和農(nóng)村FDD900打底網(wǎng)結(jié)構(gòu),根據(jù)回落頻點頻次,精簡現(xiàn)網(wǎng)冗余頻點3186個小區(qū),可以將時延降低至96ms。
(二)4G/5G多頻協(xié)同優(yōu)化
EPS FB流程涉及4G/5G網(wǎng)絡(luò),4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是影響EPS FB時延的主要因素之一,通過EPS FB B1門限下探、4G語數(shù)分層等4G/5G多頻協(xié)同,可以降低EPS FB接續(xù)時延。
1.EPS FB門限下探
針對4G弱覆蓋區(qū)域,根據(jù)覆蓋率和覆蓋場景,在不影響回落成功率的前提下,將EPS FB B1事件RSRP門限下探3-5dbm,增加回落至最高優(yōu)先級頻點的概率,以減少多個頻點測量時間。同時,匹配4G MR覆蓋率<90%且回落方式為“測量切換”的高時延小區(qū)4557處,門限下探后EPS FB主叫接續(xù)時改善102ms。
2.4G語數(shù)分層策略優(yōu)化
為了避免F和FDD900同覆蓋場景下EPS FB回落到F頻點之后,又觸發(fā)語數(shù)分層策略切換至FDD增加時延,梳理接續(xù)時延>6s且共站4G存在F和FDD900場景小區(qū)214處,將FDD900與F回落優(yōu)先級均設(shè)置為最高,并將語數(shù)分層A4門限由-106至-100dbm,經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)時延降低96ms。
(三)功能部署
1.EPS FB回落頻點提前測量功能部署
由于空閑態(tài)起呼語音承載建立時間較長,需要聚焦EPS FB切換回落場景測控任務(wù)下發(fā)時機。首先,當(dāng)空閑態(tài)EPS FB起呼原因為Voice或Video時,打開EPS FB回落提前測量開關(guān)EPSFallbackCtrl.EPS FBEarlyMeasSwch,提前下發(fā)語音回落B1測量任務(wù)。接著,在5QI1專載拒絕后,可以發(fā)起EPS FB處理流程,同時基站并行處理測量下發(fā)和5QI1拒絕流程,以縮短EPS FB語音回落的時延開銷。最后,選取一個網(wǎng)格為驗證目標(biāo),對網(wǎng)格中的127個站點全部開啟EPS FB回落,并提前測量開關(guān)。經(jīng)過對比,功能開啟前后EPS FB主叫平均接續(xù)時改善186ms。
2.IMS核心網(wǎng)流程優(yōu)化
通過對比不同5GC、IMS網(wǎng)元的信令流程,可以發(fā)現(xiàn)在“sip invite 183”信令前,高時延區(qū)域較低時延區(qū)域多出3條“ModifyEPSBearerContextRequest”消息,增加時延200ms左右。
針對多出的“ModifyEPSBearerContextRequest”消息進(jìn)行詳細(xì)地分析對比,可以發(fā)現(xiàn)高時延區(qū)域的UE連接態(tài)占比僅為30%,而低時延區(qū)域的UE連接態(tài)占比高達(dá)90%,UE空閑態(tài)下會增加域選和位置更新階段的時延。因此,IMS核心網(wǎng)元開啟預(yù)尋呼pre-paging功能和RX并行功能,通過提前尋呼空閑態(tài)下的被叫用戶,多流程并行執(zhí)行。經(jīng)過對比,在開啟前后,EPS接續(xù)時延從3978ms降低至3641ms,改善337ms。
經(jīng)過上述多種策略逐層優(yōu)化,5G語音EPS FB端到端時延從5180ms下降至2985ms,VoNR端到端時延從2436ms下降至2087ms,有效提升了5G用戶感知。
四、結(jié)束語
本文以高時延TOP小區(qū)和TOP區(qū)域為抓手,通過前臺測試和后臺分析相結(jié)合的方式,由點到面研究出5G語音時延優(yōu)化策略并在現(xiàn)網(wǎng)實施應(yīng)用,大幅度降低了5G語音接續(xù)時延,有效解決了回落異常問題,并提升了5G語音用戶感知。本文提出的策略實施簡單且流程清晰,可以廣泛推廣應(yīng)用。
作者單位:姜盼盼 孟凡強 曹潔 曹正潔 李亞鵬
孫浩 中國移動通信集團(tuán)山東有限公司濟(jì)寧分公司
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