5G語(yǔ)音端到端接續(xù)時(shí)延優(yōu)化策略研究與應(yīng)用

姜盼盼 孟凡強(qiáng) 曹潔 曹正潔 李亞鵬 孫浩

摘要：針對(duì)5G語(yǔ)音接續(xù)高時(shí)延問(wèn)題，本文從TOP小區(qū)和TOP區(qū)域入手，通過(guò)前臺(tái)路測(cè)和后臺(tái)分析相結(jié)合的方式，深入分析5G語(yǔ)音回落、接通以及分段信令流程，使用對(duì)比分析法定位出影響5G語(yǔ)音接續(xù)時(shí)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(gè)方面研究出5G語(yǔ)音時(shí)延優(yōu)化措施，總結(jié)形成了5G語(yǔ)音時(shí)延優(yōu)化策略體系，最終在現(xiàn)網(wǎng)得到合理的效果驗(yàn)證并推廣使用。

關(guān)鍵詞：5G語(yǔ)音；端到端接續(xù)時(shí)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(yǔ)音沿用4G VoLTE的語(yǔ)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(yǔ)音有兩種解決方案——過(guò)渡方案EPS FB （EPS Fallback）和成熟方案VoNR（Voice over NR）[2]，圖1是4G語(yǔ)音VoLTE、5G語(yǔ)音EPS FB以及VoNR的實(shí)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(huà)。

EPS FB是5G用戶(hù)在進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)回落到4G網(wǎng)絡(luò)，使用VoLTE繼續(xù)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的一種方式，是綜合考慮語(yǔ)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(guò)渡方案，同時(shí)也是當(dāng)前語(yǔ)音的主要承載方案。

VoNR是通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)（“無(wú)線(xiàn)網(wǎng)+核心網(wǎng)”）和IMS網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，制定的5G時(shí)代的全I(xiàn)P化語(yǔ)音方案，同時(shí)也是5G 網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音目標(biāo)建設(shè)方案。

自5G SA網(wǎng)絡(luò)商用以來(lái)，用戶(hù)在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的體驗(yàn)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(wèn)題，在語(yǔ)音方面，80%以上的5G用戶(hù)仍采用EPS FB，接續(xù)時(shí)延從普通VoLTE的2.5s增加至5s，嚴(yán)重影響了用戶(hù)感知和滿(mǎn)意度。

二、5G語(yǔ)音端到端接續(xù)時(shí)延影響因素

5G語(yǔ)音端到端呼叫時(shí)延是指從主叫發(fā)送Invite到收到180 Ringing之間的時(shí)延[3]。為了精準(zhǔn)定位5G語(yǔ)音端到端接續(xù)時(shí)延長(zhǎng)的原因，本文從高時(shí)延質(zhì)差小區(qū)和TOP區(qū)域的入手，協(xié)同無(wú)線(xiàn)和核心網(wǎng)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)，通過(guò)前臺(tái)拉網(wǎng)測(cè)試和后臺(tái)信令對(duì)比分析，總結(jié)出以下影響接續(xù)時(shí)延的4條主要原因。

（一）切換轉(zhuǎn)重定向

EPS FB功能支持“測(cè)量切換”“測(cè)量重定向”“盲重定向”三種回落方式，基于測(cè)量切換的EPS FB需要進(jìn)行B1測(cè)量和4G鄰區(qū)，通過(guò)切換的形式回落4G；基于測(cè)量重定向的EPS FB需要進(jìn)行B1測(cè)量和配置4G鄰區(qū)，通過(guò)回落頻點(diǎn)重定向至4G；基于盲重定向的EPS FB不需要進(jìn)行B1測(cè)量，也不需要配置4G鄰區(qū)，直接通過(guò)回落頻點(diǎn)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(cè)量切換”為主，“盲重定向”為輔。在語(yǔ)音回落過(guò)程中，如果4G側(cè)存在門(mén)限設(shè)置較高、鄰區(qū)漏配、弱覆蓋等問(wèn)題，UE則不能及時(shí)上報(bào)測(cè)試報(bào)告MR或者切換失敗，定時(shí)器超時(shí)后觸發(fā)切換轉(zhuǎn)重定向流程，時(shí)延將增加約1000ms。

（二）頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)不合理

由于4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每個(gè)小區(qū)配置10個(gè)左右的回落頻點(diǎn)及相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)。在進(jìn)行測(cè)量切換的EPS FB時(shí)，若由于最高優(yōu)先級(jí)頻點(diǎn)弱覆蓋、故障等原因?qū)е聸](méi)有測(cè)量到信號(hào)，終端將繼續(xù)測(cè)量第二優(yōu)先級(jí)頻點(diǎn)，每增加一個(gè)頻點(diǎn)測(cè)量回落時(shí)延增加約400ms。對(duì)于盲重定向的EPS FB，若終端向最高優(yōu)先級(jí)頻點(diǎn)回落失敗，則會(huì)發(fā)起重新搜尋，導(dǎo)致呼叫時(shí)延增加。

（三）二次回落

為了保障語(yǔ)音的接通率，當(dāng)手機(jī)發(fā)起EPS FB呼叫之后，若在6s內(nèi)IMS沒(méi)有收到主叫SBC響應(yīng)或6S～20S主叫沒(méi)有收到被叫發(fā)送的183響應(yīng)或10s內(nèi)沒(méi)有完成建立語(yǔ)音業(yè)務(wù)承載，則會(huì)自動(dòng)觸發(fā)CSFB二次回落，比正常的回落增加6～10s的接續(xù)時(shí)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(wú)法接通，嚴(yán)重影響用戶(hù)感知。

（四）IMS核心網(wǎng)處理流程不合理

語(yǔ)音呼叫接通需要核心網(wǎng)處理和轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)對(duì)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(shí)延差異較大。其中，在“主叫Gm接口與主叫Mw接口”分段時(shí)延階段[4]，主叫SBC轉(zhuǎn)發(fā)處理時(shí)延相差約270ms。接著，繼續(xù)深入分析SIP信令話(huà)單，定位到“INVITE到183”階段域選和位置更新時(shí)延差異約190ms。通過(guò)IMS核心網(wǎng)協(xié)助分析，可以發(fā)現(xiàn)部分IMS網(wǎng)元未開(kāi)啟預(yù)尋呼pre-paging、RX并行等功能[5]，導(dǎo)致時(shí)延差異呈現(xiàn)出區(qū)域性。

三、5G語(yǔ)音端到端接續(xù)時(shí)延優(yōu)化策略及現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用效果

針對(duì)上述影響5G接續(xù)時(shí)延的因素，通過(guò)信令分析和拉網(wǎng)測(cè)試，本文從回落策略、4/5G多頻協(xié)同、功能部署三個(gè)方面進(jìn)行接續(xù)時(shí)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(xiàng)優(yōu)化措施，并在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行了試點(diǎn)及推廣使用。

（一）回落策略?xún)?yōu)化

1.回落方式優(yōu)化

針對(duì)5G站間距大、有5G無(wú)4G區(qū)域、4/5G弱覆蓋等接續(xù)時(shí)延大于5s的小區(qū)1935處，將回落方式從“測(cè)量切換”變更為“盲重定向”，避免因過(guò)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(shí)延。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，平均接續(xù)從6403ms降低為5941ms，時(shí)延改善462ms。

2.回落頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)

回落頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)配置不合理會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)在回落時(shí)因沒(méi)有測(cè)量最優(yōu)頻點(diǎn)而進(jìn)行多次頻點(diǎn)測(cè)量、切換轉(zhuǎn)重定向、二次回落等，增加時(shí)延約400ms～6000ms。根據(jù)頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)配置“三步法”，梳理全網(wǎng)EPS FB高時(shí)延質(zhì)差小區(qū)1197處調(diào)整頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)，主叫EPS FB接續(xù)時(shí)延降低179ms，同時(shí)EPS FB回落成功率提升0.07%。

3.精簡(jiǎn)冗余頻點(diǎn)

4G回落頻點(diǎn)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間增加，而通過(guò)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(diǎn)頻次，精簡(jiǎn)現(xiàn)網(wǎng)冗余頻點(diǎn)3186個(gè)小區(qū)，可以將時(shí)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(shí)延的主要因素之一，通過(guò)EPS FB B1門(mén)限下探、4G語(yǔ)數(shù)分層等4G/5G多頻協(xié)同，可以降低EPS FB接續(xù)時(shí)延。

1.EPS FB門(mén)限下探

針對(duì)4G弱覆蓋區(qū)域，根據(jù)覆蓋率和覆蓋場(chǎng)景，在不影響回落成功率的前提下，將EPS FB B1事件RSRP門(mén)限下探3-5dbm，增加回落至最高優(yōu)先級(jí)頻點(diǎn)的概率，以減少多個(gè)頻點(diǎn)測(cè)量時(shí)間。同時(shí)，匹配4G MR覆蓋率<90%且回落方式為“測(cè)量切換”的高時(shí)延小區(qū)4557處，門(mén)限下探后EPS FB主叫接續(xù)時(shí)改善102ms。

2.4G語(yǔ)數(shù)分層策略?xún)?yōu)化

為了避免F和FDD900同覆蓋場(chǎng)景下EPS FB回落到F頻點(diǎn)之后，又觸發(fā)語(yǔ)數(shù)分層策略切換至FDD增加時(shí)延，梳理接續(xù)時(shí)延>6s且共站4G存在F和FDD900場(chǎng)景小區(qū)214處，將FDD900與F回落優(yōu)先級(jí)均設(shè)置為最高，并將語(yǔ)數(shù)分層A4門(mén)限由-106至-100dbm，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)時(shí)延降低96ms。

（三）功能部署

1.EPS FB回落頻點(diǎn)提前測(cè)量功能部署

由于空閑態(tài)起呼語(yǔ)音承載建立時(shí)間較長(zhǎng)，需要聚焦EPS FB切換回落場(chǎng)景測(cè)控任務(wù)下發(fā)時(shí)機(jī)。首先，當(dāng)空閑態(tài)EPS FB起呼原因?yàn)閂oice或Video時(shí)，打開(kāi)EPS FB回落提前測(cè)量開(kāi)關(guān)EPSFallbackCtrl.EPS FBEarlyMeasSwch，提前下發(fā)語(yǔ)音回落B1測(cè)量任務(wù)。接著，在5QI1專(zhuān)載拒絕后，可以發(fā)起EPS FB處理流程，同時(shí)基站并行處理測(cè)量下發(fā)和5QI1拒絕流程，以縮短EPS FB語(yǔ)音回落的時(shí)延開(kāi)銷(xiāo)。最后，選取一個(gè)網(wǎng)格為驗(yàn)證目標(biāo)，對(duì)網(wǎng)格中的127個(gè)站點(diǎn)全部開(kāi)啟EPS FB回落，并提前測(cè)量開(kāi)關(guān)。經(jīng)過(guò)對(duì)比，功能開(kāi)啟前后EPS FB主叫平均接續(xù)時(shí)改善186ms。

2.IMS核心網(wǎng)流程優(yōu)化

通過(guò)對(duì)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(shí)延區(qū)域較低時(shí)延區(qū)域多出3條“ModifyEPSBearerContextRequest”消息，增加時(shí)延200ms左右。

針對(duì)多出的“ModifyEPSBearerContextRequest”消息進(jìn)行詳細(xì)地分析對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)高時(shí)延區(qū)域的UE連接態(tài)占比僅為30%，而低時(shí)延區(qū)域的UE連接態(tài)占比高達(dá)90%，UE空閑態(tài)下會(huì)增加域選和位置更新階段的時(shí)延。因此，IMS核心網(wǎng)元開(kāi)啟預(yù)尋呼pre-paging功能和RX并行功能，通過(guò)提前尋呼空閑態(tài)下的被叫用戶(hù)，多流程并行執(zhí)行。經(jīng)過(guò)對(duì)比，在開(kāi)啟前后，EPS接續(xù)時(shí)延從3978ms降低至3641ms，改善337ms。

經(jīng)過(guò)上述多種策略逐層優(yōu)化，5G語(yǔ)音EPS FB端到端時(shí)延從5180ms下降至2985ms，VoNR端到端時(shí)延從2436ms下降至2087ms，有效提升了5G用戶(hù)感知。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文以高時(shí)延TOP小區(qū)和TOP區(qū)域?yàn)樽ナ?，通過(guò)前臺(tái)測(cè)試和后臺(tái)分析相結(jié)合的方式，由點(diǎn)到面研究出5G語(yǔ)音時(shí)延優(yōu)化策略并在現(xiàn)網(wǎng)實(shí)施應(yīng)用，大幅度降低了5G語(yǔ)音接續(xù)時(shí)延，有效解決了回落異常問(wèn)題，并提升了5G語(yǔ)音用戶(hù)感知。本文提出的策略實(shí)施簡(jiǎn)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(qiáng) 曹潔 曹正潔 李亞鵬

孫浩 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)山東有限公司濟(jì)寧分公司

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