趙琳+李燕+曹蕾

【摘 要】VoLTE商用初期，SRVCC性能指標(biāo)對(duì)用戶體驗(yàn)至關(guān)重要。以LTE SRVCC到GSM網(wǎng)絡(luò)為例，主要探討VoLTE終端SRVCC測(cè)量機(jī)制對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)間的影響，提出了“利用CDRX休眠期進(jìn)行異頻異系統(tǒng)測(cè)量”和“GSM優(yōu)先測(cè)量”聯(lián)合優(yōu)化方案，并成功應(yīng)用到主流芯片，提升了SRVCC切換成功率，保障了VoLTE商用初期的用戶體驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】VoLTE SRVCC LTE連接態(tài)

Optimization and Application of SRVCC Measurement Mechanism for VoLTE Device

[Abstract] In the early stage of VoLTE commercial applications， SRVCC performance metrics are important to the user experience. Based on LTE SRVCC and GSM networks， impacts of SRVCC measurement mechanism of VoLTE terminal on the measurement time were discussed. The joint optimization scheme combined ‘disparate frequency and system measurement using CDRX inactivity period with ‘GSM priority measurement was proposed which was applied to the mainstream chip. It not only enhances SRVCC handover success rate， but guarantees the user experience in the early stage of VoLTE commercial applications as well.

[Key words]VoLTE SRVCC LTE connection mode

1 引言

在VoLTE覆蓋邊緣或者弱覆蓋區(qū)域，3GPP引入SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）特性將VoLTE話音切換到2G/3G電路域保證話音連續(xù)性。因此，在VoLTE商用初期，由于LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完整，SRVCC切換性能對(duì)用戶在小區(qū)邊緣掉話率有著決定性影響。

本文將介紹終端LTE連接態(tài)異頻異系統(tǒng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)方案，分析并驗(yàn)證終端SRVCC測(cè)量性能與網(wǎng)絡(luò)配置異頻異系統(tǒng)頻點(diǎn)的關(guān)系。給出VoLTE終端SRVCC測(cè)量時(shí)間優(yōu)化目標(biāo)，提出VoLTE終端SRVCC測(cè)量機(jī)制優(yōu)化方向及方案，并在典型SRVCC場(chǎng)景下對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試。

2 終端SRVCC測(cè)量機(jī)制3GPP標(biāo)準(zhǔn)方案

2.1 3GPP標(biāo)準(zhǔn)方案介紹

終端在VoLTE通話過(guò)程中移動(dòng)到LTE弱覆蓋區(qū)域時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過(guò)下發(fā)A測(cè)量事件配置終端對(duì)服務(wù)小區(qū)異頻鄰區(qū)列表進(jìn)行測(cè)量。如果有滿足條件的LTE異頻鄰區(qū)，終端將會(huì)通過(guò)測(cè)量報(bào)告上報(bào)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)起LTE系統(tǒng)內(nèi)切換。

如果服務(wù)小區(qū)信號(hào)繼續(xù)減弱，且沒(méi)有合適LTE異頻目標(biāo)小區(qū)上報(bào)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)繼續(xù)下發(fā)B測(cè)量事件配置服務(wù)小區(qū)的異系統(tǒng)鄰區(qū)列表作為測(cè)量對(duì)象，終端同時(shí)對(duì)LTE異頻鄰區(qū)以及異系統(tǒng)鄰區(qū)進(jìn)行測(cè)量。如果有滿足條件的LTE異頻鄰區(qū)或者異系統(tǒng)鄰區(qū)，終端將會(huì)通過(guò)測(cè)量報(bào)告上報(bào)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)起LTE系統(tǒng)內(nèi)切換或SRVCC切換。

定義終端在收到配置異系統(tǒng)鄰區(qū)的B測(cè)量事件到終端發(fā)送滿足條件異系統(tǒng)鄰區(qū)的測(cè)量報(bào)告之間的時(shí)間為終端的SRVCC測(cè)量時(shí)間。下文將以LTE連接態(tài)測(cè)量GSM小區(qū)為例探討終端SRVCC測(cè)量機(jī)制對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)間的影響。

（1）GSM幀結(jié)構(gòu)及小區(qū)搜索

GSM空中接口以幀為單位，一個(gè)幀的長(zhǎng)度4.615 ms。

51個(gè)GSM復(fù)幀組成了一個(gè)GSM超幀。用于頻率同步的FCCH包含在Frequency Burst（FB）中，F(xiàn)B出現(xiàn)在51個(gè)復(fù)幀中的0、10、20、30、40復(fù)幀的第一個(gè)時(shí)隙。用于幀同步的SCH包含在Synchronization Burst（SB）中，SB出現(xiàn)在FB之后第一個(gè)復(fù)幀。GSM幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

GSM小區(qū)搜索主要分為兩大步驟：RSSI檢測(cè)和BSIC識(shí)別確認(rèn)。

其中，RSSI檢測(cè)步驟中，終端需要在一定的測(cè)量時(shí)長(zhǎng)內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)配置的所有GSM鄰區(qū)列表中的載波RSSI進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)所有GSM載波RSSI檢測(cè)完成后，應(yīng)按照RSSI強(qiáng)弱降序排列最強(qiáng)的N個(gè)小區(qū)。

BSIC識(shí)別確認(rèn)應(yīng)該按照降序順序來(lái)對(duì)N個(gè)最強(qiáng)的GSM載波進(jìn)行BSIC識(shí)別。包含如下步驟：

GSM FCCH檢測(cè)：為了檢測(cè)到FB，終端必須將射頻調(diào)到GSM頻點(diǎn)并且對(duì)包含在FB中的信號(hào)進(jìn)行持續(xù)的相關(guān)檢測(cè)。FB在51個(gè)復(fù)幀中的0、10、20、30、40幀的第一個(gè)時(shí)隙。所以在網(wǎng)絡(luò)情況比較好的情況下，對(duì)于GSM FCCH的連續(xù)檢測(cè)最多不超過(guò)11個(gè)GSM幀，也就是11×60/13=11×4.61 ms。

GSM SCH檢測(cè)：GSM SB是由GSM SCH來(lái)承載，緊跟在FB之后的幀。GSM SCH解碼需要在FB檢測(cè)之后進(jìn)行。

（2）LTE連接態(tài)對(duì)GSM測(cè)量機(jī)制

上節(jié)描述了對(duì)GSM進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)的小區(qū)搜索機(jī)制，而終端SRVCC測(cè)量受限于終端處于LTE連接態(tài)。按照3GPP標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，終端在LTE連接態(tài)時(shí)采用基于MeasurementGAP的測(cè)量方式進(jìn)行異頻以及異系統(tǒng)的測(cè)量，如圖2所示（以MGRP=40 ms為例）。

終端收到包含異頻以及異系統(tǒng)鄰區(qū)列表測(cè)控事件后，按照網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)MeasurementGAP的配置來(lái)進(jìn)行測(cè)量。MeasurementGAP周期可以配置為40 ms或者80 ms，MeasurementGAP時(shí)長(zhǎng)為6 ms。

終端嘗試在LTE配置的MeasurementGAP中對(duì)所有的LTE異頻鄰區(qū)及異系統(tǒng)鄰區(qū)頻點(diǎn)進(jìn)行輪詢的測(cè)量。LTE/TDS/WCDMA頻點(diǎn)可以在一次MeasurementGAP中完成測(cè)量，而GSM頻點(diǎn)需要多個(gè)MeasurementGAP才能完成一次測(cè)量。由圖2可以看出，終端嘗試對(duì)GSM頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行BSIC識(shí)別時(shí)，具體時(shí)延依賴于LTE服務(wù)小區(qū)配置的MeasurementGAP與GSM時(shí)隙的匹配情況。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)方案性能分析

終端在VoLTE通話時(shí)移動(dòng)到LTE小區(qū)覆蓋邊緣時(shí)，處于LTE連接態(tài)。如上所述LTE連接態(tài)的終端需要基于MeasurementGAP來(lái)進(jìn)行異頻和異系統(tǒng)的測(cè)量。

由于GSM幀結(jié)構(gòu)的特殊性，終端無(wú)法在一個(gè)MeasurementGAP周期內(nèi)完成對(duì)GSM載波的測(cè)量，需要多個(gè)MeasurementGAP周期才能完成。

由于LTE與GSM空中接口并沒(méi)有嚴(yán)格同步對(duì)齊機(jī)制，終端需要多少個(gè)MeasurementGAP周期才能完成對(duì)單個(gè)GSM載波的測(cè)量是無(wú)法預(yù)計(jì)的，其會(huì)呈現(xiàn)概率性分布。

一般而言，VoLTE商用后SRVCC發(fā)生場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò)會(huì)同時(shí)配置多個(gè)LTE異頻及異系統(tǒng)頻點(diǎn)，比如外場(chǎng)典型配置LTE 3個(gè)異頻頻點(diǎn)，32個(gè)GSM頻點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)配置后，終端對(duì)異頻及異系統(tǒng)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行輪詢測(cè)量，進(jìn)一步降低了終端能夠?qū)SM頻點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間以及連續(xù)性，引起終端SRVCC測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，容易導(dǎo)致高速及快衰環(huán)境下SRVCC切換失敗。

3 標(biāo)準(zhǔn)方案測(cè)試結(jié)果

3.1 測(cè)試方案

為了弄清SRVCC測(cè)量期間異頻異系統(tǒng)鄰頻個(gè)數(shù)對(duì)終端SRVCC測(cè)量時(shí)間的影響，以及SRVCC測(cè)量時(shí)長(zhǎng)的概率分布情況，設(shè)計(jì)的測(cè)試方案如下：

（1）測(cè)試場(chǎng)景A：保持網(wǎng)絡(luò)配置GSM鄰區(qū)頻點(diǎn)為16個(gè)時(shí)，測(cè)試配置0、1、2、3個(gè)不同LTE頻點(diǎn)對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)長(zhǎng)的影響。異系統(tǒng)測(cè)量控制事件采用B1事件。

（2）測(cè)試場(chǎng)景B：保持LTE異頻頻點(diǎn)為3個(gè)時(shí)，測(cè)試配置8、16、32個(gè)不同GSM頻點(diǎn)對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)長(zhǎng)的影響。異系統(tǒng)測(cè)量控制事件采用B1事件。

3.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

由于SRVCC測(cè)量時(shí)間具備概率分布性，按照對(duì)所有測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均的方法無(wú)法反映真實(shí)的測(cè)試結(jié)果，所以本文對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)間的測(cè)試數(shù)據(jù)均按照CDF（概率分布曲線）方式進(jìn)行處理。CDF圖橫軸為SRVCC測(cè)量時(shí)間，單位為s；縱軸為概率。主要關(guān)注80%以內(nèi)概率分布區(qū)間的測(cè)試數(shù)據(jù)。

廠商1在測(cè)試場(chǎng)景A，即不同LTE異頻頻點(diǎn)和16個(gè)GSM頻點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如圖3所示：

廠商2在測(cè)試場(chǎng)景A，即不同LTE異頻頻點(diǎn)和16個(gè)GSM頻點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如圖4所示：

綜合廠商1和廠商2在場(chǎng)景A下的測(cè)試數(shù)據(jù)可知：

（1）0個(gè)LTE異頻時(shí)SRVCC測(cè)量時(shí)間大約為3 s左右；

（2）1個(gè)LTE異頻時(shí)SRVCC測(cè)量時(shí)間大約為8 s左右；

（3）2個(gè)LTE異頻時(shí)SRVCC測(cè)量時(shí)間大約為12 s左右；

（4）3個(gè)LTE異頻時(shí)SRVCC測(cè)量時(shí)間大約為15 s左右。

廠商1在測(cè)試場(chǎng)景B，即3個(gè)LTE異頻頻點(diǎn)和不同GSM頻點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如圖5所示：

廠商2在測(cè)試場(chǎng)景B，即3個(gè)LTE異頻頻點(diǎn)和不同GSM頻點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比如圖6所示：

3.3 測(cè)試結(jié)論

綜合兩個(gè)終端廠商在測(cè)試場(chǎng)景A和B的測(cè)試數(shù)據(jù)，分析結(jié)論如下：

（1）在終端SRVCC測(cè)量過(guò)程中，配置LTE異頻頻點(diǎn)的個(gè)數(shù)對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)間影響較大，成正比關(guān)系。

（2）配置相同LTE異頻，不同GSM頻點(diǎn)數(shù)對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)間無(wú)明顯影響。

而且，在外場(chǎng)典型配置3個(gè)LTE異頻頻點(diǎn)場(chǎng)景下，本次測(cè)試在步行環(huán)境下終端SRVCC切換成功率僅有60%。通過(guò)分析log發(fā)現(xiàn)主要原因?yàn)镾RVCC測(cè)量時(shí)間太長(zhǎng)，終端在發(fā)送測(cè)量報(bào)告之前LTE已掉話。因此，本次測(cè)試驗(yàn)證了3GPP標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方案無(wú)法滿足SRVCC性能商用要求，需要對(duì)終端SRVCC測(cè)量機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。

4 SRVCC測(cè)量機(jī)制優(yōu)化方案

為了縮短SRVCC測(cè)量時(shí)間，主要從以下兩個(gè)優(yōu)化方向考慮：

（1）優(yōu)化方向1：增加終端在LTE連接態(tài)能夠用于異頻異系統(tǒng)測(cè)量的時(shí)間。

（2）優(yōu)化方向2：由于SRVCC測(cè)量時(shí)間主要與配置LTE異頻頻點(diǎn)個(gè)數(shù)成正比，減少LTE異頻頻點(diǎn)可以大幅縮短SRVCC測(cè)量時(shí)延。

同時(shí)對(duì)標(biāo)3G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化指標(biāo)，確定SRVCC測(cè)量時(shí)間優(yōu)化目標(biāo)為3 s左右。

4.1 利用CDRX休眠期進(jìn)行異頻異系統(tǒng)測(cè)量?jī)?yōu)化方案

（1）方案介紹

根據(jù)優(yōu)化方向1，終端在VoLTE通話期間，在網(wǎng)絡(luò)下發(fā)B1/B2測(cè)量控制事件后，利用CDRX休眠期的空閑時(shí)間來(lái)進(jìn)行異頻異系統(tǒng)測(cè)量。終端實(shí)現(xiàn)本優(yōu)化方案能夠最大限度地增長(zhǎng)異頻異系統(tǒng)測(cè)量時(shí)間并降低對(duì)終端功耗的影響。利用CDRX休眠期進(jìn)行異頻異系統(tǒng)測(cè)量方案如圖7所示。

本優(yōu)化方案的實(shí)現(xiàn)需要改變目前終端在CDRX休眠期進(jìn)入淺睡眠的狀態(tài)機(jī)制，用于進(jìn)行異頻異系統(tǒng)頻點(diǎn)的測(cè)量。而且，終端能否進(jìn)入CDRX休眠期以及進(jìn)入休眠期的時(shí)長(zhǎng)取決于終端在VoLTE通話期間的話音模式、是否并發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、CDRX周期等相關(guān)參數(shù)配置，所以本優(yōu)化方案在各種場(chǎng)景下終端能夠利用CDRX休眠期進(jìn)行測(cè)量的時(shí)間也不相同，性能增益無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)。

（2）測(cè)試數(shù)據(jù)

某廠商在CDRX周期配置為40 ms，異系統(tǒng)測(cè)量控制事件采用B1事件。保持網(wǎng)絡(luò)配置GSM鄰區(qū)頻點(diǎn)為16個(gè)時(shí)，測(cè)試配置不同LTE頻點(diǎn)對(duì)SRVCC測(cè)量時(shí)長(zhǎng)的影響的測(cè)試。

對(duì)該優(yōu)化方案進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，在3個(gè)LTE異頻配置下，終端SRVCC測(cè)量時(shí)間80%概率小于7 s左右。如理論分析預(yù)計(jì)，利用CDRX休眠期增加了終端能夠用于異頻異系統(tǒng)測(cè)量的時(shí)間，提升了終端SRVCC測(cè)量性能，且對(duì)終端功耗影響較小。但7 s左右的SRVCC測(cè)量時(shí)間仍然無(wú)法滿足VoLTE商用要求，且此優(yōu)化方案受到CDRX周期配置、話音模式、并發(fā)業(yè)務(wù)等因素影響，性能進(jìn)一步提升的空間有限，所以需要聯(lián)合考慮其他優(yōu)化方案。

4.2 GSM優(yōu)先測(cè)量方案

（1）方案介紹

根據(jù)優(yōu)化方向2，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)配置B1/B2事件后，終端分配更多連續(xù)的MeasurementGAP用于GSM頻點(diǎn)的測(cè)量，來(lái)提高GSM BSIC同步的概率，縮短SRVCC測(cè)量時(shí)延。GSM優(yōu)先測(cè)量?jī)?yōu)化方案如圖8所示。

（2）聯(lián)合優(yōu)化方案測(cè)試數(shù)據(jù)

終端采用CDRX休眠期測(cè)量及GSM優(yōu)先測(cè)量聯(lián)合優(yōu)化方案，保持網(wǎng)絡(luò)配置3個(gè)LTE異頻鄰區(qū)，測(cè)試不同CDRX周期對(duì)終端SRVCC測(cè)量時(shí)間的影響。異系統(tǒng)測(cè)量控制事件采用B1事件。在不同CDRX周期參數(shù)對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)如圖9所示。

綜上所述，可以看出終端在實(shí)現(xiàn)CDRX休眠期以及GSM優(yōu)先測(cè)量聯(lián)合優(yōu)化方案后，CDRX周期配置越長(zhǎng)，對(duì)終端SRVCC測(cè)量性能改善越明顯，符合理論分析預(yù)期。在VoLTE商用參數(shù)CDRX周期參數(shù)配置為40 ms時(shí)，SRVCC測(cè)量時(shí)間80%概率降低到3 s左右，基本滿足VoLTE商用條件。

5 聯(lián)合測(cè)量?jī)?yōu)化多場(chǎng)景驗(yàn)證測(cè)試

5.1 測(cè)試方案

為了驗(yàn)證聯(lián)合優(yōu)化方案在商用典型場(chǎng)景下的SRVCC性能是否能夠滿足商用要求，設(shè)計(jì)多場(chǎng)景驗(yàn)證測(cè)試方案如下：

測(cè)試場(chǎng)景分為電梯間、室內(nèi)外、慢速移動(dòng)及中速移動(dòng)場(chǎng)景。

在各個(gè)場(chǎng)景下，異系統(tǒng)測(cè)量控制事件采用B1事件，保持GSM鄰區(qū)頻點(diǎn)數(shù)一定，分別配置不同LTE異頻鄰區(qū)（8、6、4、3、2、1個(gè)LTE異頻），測(cè)試終端在不同場(chǎng)景下SRVCC測(cè)量時(shí)延。

5.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

廠商1測(cè)試數(shù)據(jù)如圖10所示。

廠商2測(cè)試數(shù)據(jù)如圖11所示。

5.3 測(cè)試結(jié)論

終端在多個(gè)典型商用場(chǎng)景下SRVCC測(cè)量時(shí)延80%概率均在在3 s以內(nèi)，且SRVCC切換成功率可以達(dá)到98%左右，基本滿足VoLTE商用條件。

本文提出的利用CDRX休眠期進(jìn)行異頻異系統(tǒng)測(cè)量及GSM優(yōu)先測(cè)量聯(lián)合優(yōu)化方案性能基本不受到網(wǎng)絡(luò)配置LTE異頻個(gè)數(shù)的影響，將來(lái)運(yùn)營(yíng)商增加LTE部署頻段時(shí)，可以保證現(xiàn)有存量終端SRVCC測(cè)量性能不受影響。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了終端SRVCC測(cè)量機(jī)制3GPP標(biāo)準(zhǔn)方案，分析并驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)方案的SRVCC測(cè)量性能。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方案的不足，給出了終端SRVCC測(cè)量時(shí)間的優(yōu)化目標(biāo)和優(yōu)化方向，提出了“利用CDRX休眠期進(jìn)行異頻異系統(tǒng)測(cè)量”和“GSM優(yōu)先測(cè)量”聯(lián)合優(yōu)化方案，分析并驗(yàn)證了聯(lián)合優(yōu)化方案在不同CDRX參數(shù)下、不同SRVCC場(chǎng)景下以及不同LTE異頻配置情況下的測(cè)量時(shí)延及切換性能，將SRVCC測(cè)量時(shí)間由優(yōu)化前17 s左右控制在3 s左右（3個(gè)LTE異頻，80%概率），提升了SRVCC切換成功率，顯著改善了用戶體驗(yàn)，成功推進(jìn)了VoLTE商用。

參考文獻(xiàn)：

[1] M Poikselk?， H Holma， J Hongisto， et al. Voice Over LTE： VoLTE[Z]. 2012.

[2] GSMA. IR 92 IMS Profile for Voice and SMS[S]. 2013.

[3] 丁美玲. LTE系統(tǒng)中上行協(xié)同技術(shù)及其實(shí)踐[J]. 電訊技術(shù)， 2014，54（10）： 1335-1338.

[4] 田浩，楊霖，李少謙. LTE中一種改進(jìn)的基于探測(cè)參考信號(hào)的定時(shí)估計(jì)算法[J]. 電訊技術(shù)， 2013（11）： 1465-1470.

[5] 顧杰，陳軍. 利用頻率分集實(shí)現(xiàn)子陣的同時(shí)多波束技術(shù)研究[J]. 電子信息對(duì)抗技術(shù)， 2010，25（1）： 32-35.

[6] 劉志強(qiáng)，張治中. LTE網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)識(shí)別方案的研究與實(shí)現(xiàn)[J]. 電視技術(shù)， 2015，39（1）： 99-102.

[7] 鮑偉華，謝志剛. VoLTE網(wǎng)絡(luò)分組域設(shè)備容災(zāi)技術(shù)研究[J]. 電視技術(shù)， 2016，40（2）： 96-102.