基于時延的CSFB端到端質量優化

郭寶+張陽

【摘要】目前中國移動CSFB策略為在TD-LTE系統發起的語音呼叫回落到2G網絡，通話結束后終端通過自主FR或重選返回4G網絡，CSFB過程的時延主要體現在語音建立時的回落時延，掛機后重選回TD-LTE系統的時延，這也是需要網絡協同優化的關鍵。主要針對CSFB終端在發生通話業務過程中與用戶感知密切相關的時延，從通話建立過程和返回4G過程來開展CSFB端到端的質量優化分析。

【關鍵詞】CSFB 通話建立 FR 端到端

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-16-

[Abstract]At present， the CSFB strategy of China Mobile is responsible for the fallback of speech calls initiated in TD-LTE system to 2G network. When a call terminates， terminal returns to 4G network through independent FR or reselection. Since the delay of CSFB process mainly lies in the fallback delay in the stage of call establishment， as well as the delay after call ending and returning to TD-LTE system， they are the key factors which should be co-optimized. In this paper， the optimization analysis of CSFB end-to-end quality in the processes from call establishment to returning to 4G network are conducted according to the delay of CSFB terminal related to the users perception during call process.

[Key words]CSFB call establishment FR end to end

1 引言

當前TD-LTE系統有3種語音解決方案，包括：CSFB（Circuit Switch Fall Back，語音回落）、單卡雙待、單次無線話音呼叫連續IMS/SRVCC。目前使用較多的是CSFB（蘋果、Sony終端）與單卡雙待（三星、華為、中興等終端）。

CSFB方案為：LTE終端空閑態下駐留在LTE網絡上，用戶發起呼叫或收到呼叫時，回落到2G/3G網絡，呼叫結束后，再返回到LTE網絡。目前中國移動CSFB策略為在TD-LTE系統發起的語音呼叫回落到2G網絡，在超出4G覆蓋區域優先駐留到3G網絡。2G核心網的VMSC需采用Pool組網，Pool內所有VMSC均按照標準CSFB方式提供服務。

單卡雙待方案為：單卡雙待終端空閑態下同時駐留在2G/3G和LTE網絡上，用戶通過2G/3G的CS網絡發起語音呼叫，用戶通過LTE網絡發起數據業務呼叫。

IMS/SRVCC方案為：LTE終端在同一時刻只能駐留在一個網絡上（LTE或者2G/3G），在LTE覆蓋區，數據和語音業務都承載在LTE網絡中，離開LTE覆蓋區，由2G/3G網絡為其服務，支持LTE到2G/3G切換等互操作。

2 用戶感知的CSFB時延

CSFB作為TD-LTE語音解決方案，業務過程共4個步驟：LTE/GSM網絡聯合附著；通話建立過程回落到GSM；在GSM發起語音呼叫；結束后返回LTE網絡。用戶能感知到的時延體現在兩方面：語音建立時的回落時延；掛機后重選回TD-LTE系統的時延。這兩個過程都屬于UE在兩網間跨越過程，是CSFB關注的重點，也是2G/4G兩網協同優化的重點。

2.1 語音建立時延

當UE駐留在TD-LTE網絡，需要發起語音主叫或者被叫過程時，網絡會通過RRC重定向過程，將CS語音業務回落到GSM網絡中來完成，而正在進行的PS域數據業務需要暫時掛起。CSFB語音回落過程包括3個步驟：通過重定向回落至GSM；在GSM中讀取系統消息；在GSM中進行語音呼叫。其中，最后一步與2G流程一致，新增額外呼叫時延產生于前兩個步驟，時延具體可以劃分為以下3個部分：

（1）LTE側時延

UE語音撥打時，會發一條Extend Service Request，消息里會包括CSFB信息，之后在網絡協助下回落GSM。回落時，網絡會下發RRC Connection Release，告知UE需要測量的GSM頻點，至此完成LTE側流程。根據實際測試，此部分時延波動范圍為150～300ms。

（2）同步GSM時延

UE根據RRC Connection Release消息中的GSM頻點搜索FCCH信道，使得UE的頻率與之同步，之后讀取SCH信道完成幀同步，然后開始讀取BCCH信道上的系統消息。根據實際測試，此部分時延波動范圍為500～1 000ms。

（3）讀取GSM廣播時延

UE在隨機接入GSM網絡之前，需要在BCCH信道上讀取系統消息。SI1，2每8個51個復幀周期中（8*51*4.615ms）發1次。SI3，4每8個51復幀周期中（8*51*4.615ms）發2次。現網設置中關于GPRS的SI13是在BCCH Norm中TC=4下發。根據51復幀結構計算，完成讀取完成系統消息的時延波動范圍為1 176～1 882ms。最理想情況是在TC 0～4連續讀取完SI1～4，SI13，耗時1 176ms；在無線環境較差的環境下，需等待8個復幀才讀取完成，耗時1 882ms。根據51復幀結構計算，完成讀取完成系統消息的時延波動范圍為940～1 882ms。endprint

綜上所述，CSFB新增的額外時延（單端TD-LTE至GSM）范圍為1 630～3 180ms，但如果UE在讀取完系統消息后發生小區重選或位置區更新，則時延將會疊加，此部分不確定因素也是影響時延波動的主要因素。若呼叫為雙端（TD-LTE至TD-LTE），則主叫的呼叫延時感知將翻倍。現場測試的CSFB標準方案（R8重定向）呼叫時延以及與2G網絡發起呼叫的時延對比如圖1所示：

2.2 通話結束自主FR返回LTE時延

目前TD-LTE網絡支持的返回方案比較如下：

（1）重選：手機通過讀取SI2quater消息（與SI13輪流發送，目前在華為設備下分4段，無SI2bis情況下每段之間間隔為3.766s）中的重選信息發起GSM→LTE測量；

（2）Fast Return：手機根據GSM網絡的Channel Release消息中攜帶的頻點對LTE網絡進行脫網重搜，如果搜索不到目標LTE頻點，將開始全頻段搜索，可能帶來30s以上的不可及時間；

（3）終端自主的Fast Return：目前部分芯片廠家已經實現終端級別的FR，手機掛機之后優先返回之前駐留的頻點，如果超過一定時間（比如2s）未接入LTE網絡，手機將駐留在GSM網絡上，避免不可及時間過長。

終端在2G側掛機后，根據之前芯片記憶的LTE頻點，在2s之內直接返回LTE網絡。如果2s超時，則駐留2G網絡，之后可通過標準的2G→3G→4G橋接重選方式返回4G網絡。3G側需開通空閑態下重選以及連接態下重定向功能。在TD-LTE現網測試2G→3G→4G橋接重選方式返回4G網絡的時間較長，其中2G→3G需41.6s，3G→4G需35.3s。終端自主FR方案無需現網2G設備升級，iPhone 5s在2G/3G網絡起呼不會觸發終端自主FR。

3 CSFB通話建立過程的時延優化

3.1 CSFB回落不成功導致的時延長或接不通

如果CSFB回落不成功，用戶的終端在4G網絡脫網，發起重新駐留流程，將會選擇優先級較高的3G網絡，再發起語音呼叫。也就是說，如果CSFB回落到3G網絡，就表示本次CSFB回落不成功。實地測試顯示，當CSFB終端發起語音呼叫時，回落不成功將導致本次主叫聽到回鈴音需22s。按照目前的呼叫設置，若CSFB終端做被叫時回落不成功，本次電話將無法接通。

在CSFB優化前期，如果MME或eNB沒有打開CSFB功能，那么CSFB必然回落不成功，這個問題可以通過參數核查來規避。若MME配置的參數TAC與LAC未一一對應，也將導致CSFB回落不成功。實地測試分析如下：

用戶反映在絳縣部分LTE站點iPhone 5s無法撥打電話。經過實地測試發現，以三星為主的單卡雙待終端可以正常撥打電話，也可以正常上網；iPhone 5s可以正常上網，但是撥打電話經常打不通，能撥通的情況也需要等很長時間（約30s），做被叫時也經常提示“被叫無法接通”。經過多個點測試，發現該問題只在部分點出現，其他區域iPhone 5s撥打、接聽電話一切正常。

使用CDS儀表進行CSFB業務測試，無法正常進行，而離開問題區域，在其他站點下CSFB業務恢復正常，因此基本把問題鎖定在個別站點。同時，還對全網其他同一TAC號下的站點進行了測試，發現所有TAC為13 727的站點都無法做CSFB業務，而TAC為13 717的則一切正常，所以估計為MME配置問題導致。

進一步分析CSFB回落不成功的信令流程，發現都是在進行聯合附著時出現問題，Attach Request攜帶了聯合附著的IE，但是Attach Accept僅完成LTE側的附著，附著成功的消息中顯示只有在EPS系統附著成功。也就是說，CSFB終端并未完成聯合附著。

聯系核心網MME側進行核查，發現MME側未添加GSM側LAC 13717、LAC 13727的CSFB功能，上述兩個2G LAC與TD-LTE側的TAC號也未一一對應。將MME添加上述兩個LAC后，并把LAC與TAC添加一一對應關系，問題得到解決。

3.2 LTE小區添加2G BCCH頻點數量的測試

CSFB終端語音回落過程是4G終端在發起語音呼叫時，會發起一個由4G向2G網絡的盲重定向過程，此時會選擇一個合適的2G頻點進行回落，回落成功后在2G小區發起呼叫。由此看來，CSFB的關鍵是在4G小區上對GSM鄰區（即2G的BCCH頻點）的規劃。

從CSFB流程上看，Extended Service Request到RRC Connection Release屬于CSFB流程中LTE側流程，其他信令屬于GSM流程。選取LTE某小區添加GSM外部鄰區頻點，分別添加1個和28個進行CSFB時延測試。

LTE小區添加不同個數GSM外部頻點的CSFB回落時延統計如表1所示：

從表1可知，兩種配置下，從Extended Service Request到RRC Connection Release的CSFB時延差50ms，所以LTE添加多少個GSM頻點對時延影響不大，可以全網進行統一的30頻點配置。

完成LTE小區添加不同GSM鄰區頻點個數的語音回落時延測試，為4G小區如何添加2G鄰區做出了明確的指導。如GSM網絡BCCH頻點已實現分層管理，假設室分BCCH頻點為21—24，宏站BCCH頻點為25—50，共30個頻點，按照上述CSFB時延測試，可以為每個LTE小區添加30個GSM900M BCCH頻點，大大簡化LTE添加GSM頻點的優化工作量。需要關注的是：在GSM MSC Pool邊界，由于存在跨Pool邊界CSFB終端收不到尋呼消息的問題，相應LTE小區的GSM頻點需精細做個性化設置。endprint

3.3 無線側2G/4G小區TAC與LAC未對齊的時延

LTE和GSM小區的TAC、LAC要求對齊，CSFB終端回落到GSM后，UE首先完成在GSM小區的廣播消息的讀取和駐留，而后才發起語音呼叫。如果回落到GSM測量到GSM小區和LTE的側聯合登記的LAC不一致，UE首先完成位置更新，而后繼續進行語音業務（不跨Pool的情況下）。從CSFB正常回落的信令流程中看到，如果回落后未發生位置更新，從擴展服務請求到Setup的時間僅為3.7s。但是，如果無線側2G/4G小區的TAC與LAC未對齊，CSFB回落后發生位置更新導致CSFB接通時延增加1s左右，如圖2所示：

TA和LA的部署不當，導致CSFB性能會大幅下降，主叫流程中增加位置更新流程，被叫流程中增加Roaming Retry流程，從而增加尋呼的時延。為避免UE回落到GSM發生位置更新，減少呼叫時延，需要保障相同覆蓋范圍的LTE和GSM小區的TAC、LAC配置一致。

4 CSFB通話結束后返回LTE的時延

如CSFB終端支持自主FR功能，通話結束后掛機由2G重選回4G僅0.5～1s；如終端不支持FR功能，從2G重選回LTE的試驗將遵循空閑態GSM網絡重選至TD-LTE的參數設置。若現網2G小區已添加4G鄰區，則不支持自主FR功能的終端將遵循從2G重選入4G的重選參數；若2G小區未添加4G鄰區，則將通過3G小區橋接重選回到4G網絡。在沒有3G基站共址的情況下，2G小區必須添加4G鄰區。

在現網優化中，發現支持自主FR的CSFB終端在室內通話結束后，先返回室外比較弱的LTE小區，然后再由室外小區重選回室內LTE小區，相當于返回一個合理的LTE小區的時延增大。在某辦公樓，終端呼叫結束后自主FR功能由2G返回4G時，都是先自主FR選回頻點38 350（F頻段，室外小區），PCI 141小區，再由PCI 141小區重選到頻點38 950（E頻段，室分小區），PCI 486小區。此時兩小區RSRP相差49.6dB，重選的過程中發起的業務請求可能得不到質量保證。

通過對問題小區進行測試分析，發現在CSFB通話結束后，下發的Channel Release信息里攜帶了LTE頻點（F頻段），但未帶GSM同覆蓋下的最強RSCP小區頻點（E頻段），核查周邊其他小區，發現部分LTE，其Channel Release未攜帶LTE頻點信息。對GSM配置LTE重選參數及LTE頻段進行修改，選擇未配置頻點。修改完成后，實測發現終端在CSFB通話結束后自主FR返回LTE網絡時，可以選擇為最強信號的LTE頻點。

通過分析可以得出，終端在自主FR返回LTE時，受GSM參數配置影響來確定回落后的小區。如果配置2G至4G重選參數及頻段，需要準確配置同覆蓋小區頻點；如果2G不配置4G頻點，也可以正常回落到LTE最強覆蓋小區。

5 總結

CSFB是LTE語音解決方案的一種方式，由于起呼過程中涉及到4G網絡的RRC Release以及2G的語音接入流程，接續時延會比2G通話接續略長，所以CSFB終端的語音通話接入時延是需要重點關注的優化內容。影響CSFB接續及返回4G時延的原因有很多，需關注CSFB終端聯合附著LTE/GSM網絡、MME/eNB關鍵CSFB參數核查以及LTE小區添加GSM BCCH頻點的合理性。除此之外，CSFB過程對GSM的語音通話建立過程也提出了明確的要求。總體來說，CSFB過程涉及LTE與GSM兩網，對2G/4G網絡互操作、兩網協同優化提出了更高的要求。

參考文獻：

[1] 徐德平，耿魯靜. 淺析LTE系統CSFB話音解決方案[J]. 電信工程技術與標準化， 2013（1）： 55-59.

[2] 劉宇，李赟，聶永霞，等. LTE網絡部署CSFB話音時MSC改造范圍分析[J]. 廣東通信技術， 2012（12）： 36-39.

[3] 許鵬飛，蔡玉坤，曹云娣，等. 淺談CSFB方案在LTE中的應用[J]. 科技創新與應用， 2014（12）： 43-44.

[4] 周彥，武欣. TD-LTE CSFB話音解決方案研究[J]. 移動通信， 2011（19）.

[5] 胡英，強宇紅，湯凱. LTE話音業務解決方案分析與探討[A]. 中國通信學會信息通信網絡技術委員會2009年年會論文集（下冊）[C]. 2009.

作者簡介

郭寶：工程師，工程碩士，現任職于中國移動通信集團山西有限公司，主要研究方向為TD-SCDMA、TD-LTE無線網絡優化，出版專著1本，發表論文60余篇。

張陽：工程師，博士，現任職于中國移動通信集團公司網絡部，主要研究方向為TD-SCDMA無線網絡優化、TD-LTE無線網絡新技術，擁有多項國家發明專利，發表論文數十篇。endprint

3.3 無線側2G/4G小區TAC與LAC未對齊的時延

LTE和GSM小區的TAC、LAC要求對齊，CSFB終端回落到GSM后，UE首先完成在GSM小區的廣播消息的讀取和駐留，而后才發起語音呼叫。如果回落到GSM測量到GSM小區和LTE的側聯合登記的LAC不一致，UE首先完成位置更新，而后繼續進行語音業務（不跨Pool的情況下）。從CSFB正常回落的信令流程中看到，如果回落后未發生位置更新，從擴展服務請求到Setup的時間僅為3.7s。但是，如果無線側2G/4G小區的TAC與LAC未對齊，CSFB回落后發生位置更新導致CSFB接通時延增加1s左右，如圖2所示：

TA和LA的部署不當，導致CSFB性能會大幅下降，主叫流程中增加位置更新流程，被叫流程中增加Roaming Retry流程，從而增加尋呼的時延。為避免UE回落到GSM發生位置更新，減少呼叫時延，需要保障相同覆蓋范圍的LTE和GSM小區的TAC、LAC配置一致。

4 CSFB通話結束后返回LTE的時延

如CSFB終端支持自主FR功能，通話結束后掛機由2G重選回4G僅0.5～1s；如終端不支持FR功能，從2G重選回LTE的試驗將遵循空閑態GSM網絡重選至TD-LTE的參數設置。若現網2G小區已添加4G鄰區，則不支持自主FR功能的終端將遵循從2G重選入4G的重選參數；若2G小區未添加4G鄰區，則將通過3G小區橋接重選回到4G網絡。在沒有3G基站共址的情況下，2G小區必須添加4G鄰區。

在現網優化中，發現支持自主FR的CSFB終端在室內通話結束后，先返回室外比較弱的LTE小區，然后再由室外小區重選回室內LTE小區，相當于返回一個合理的LTE小區的時延增大。在某辦公樓，終端呼叫結束后自主FR功能由2G返回4G時，都是先自主FR選回頻點38 350（F頻段，室外小區），PCI 141小區，再由PCI 141小區重選到頻點38 950（E頻段，室分小區），PCI 486小區。此時兩小區RSRP相差49.6dB，重選的過程中發起的業務請求可能得不到質量保證。

通過對問題小區進行測試分析，發現在CSFB通話結束后，下發的Channel Release信息里攜帶了LTE頻點（F頻段），但未帶GSM同覆蓋下的最強RSCP小區頻點（E頻段），核查周邊其他小區，發現部分LTE，其Channel Release未攜帶LTE頻點信息。對GSM配置LTE重選參數及LTE頻段進行修改，選擇未配置頻點。修改完成后，實測發現終端在CSFB通話結束后自主FR返回LTE網絡時，可以選擇為最強信號的LTE頻點。

通過分析可以得出，終端在自主FR返回LTE時，受GSM參數配置影響來確定回落后的小區。如果配置2G至4G重選參數及頻段，需要準確配置同覆蓋小區頻點；如果2G不配置4G頻點，也可以正常回落到LTE最強覆蓋小區。

5 總結

CSFB是LTE語音解決方案的一種方式，由于起呼過程中涉及到4G網絡的RRC Release以及2G的語音接入流程，接續時延會比2G通話接續略長，所以CSFB終端的語音通話接入時延是需要重點關注的優化內容。影響CSFB接續及返回4G時延的原因有很多，需關注CSFB終端聯合附著LTE/GSM網絡、MME/eNB關鍵CSFB參數核查以及LTE小區添加GSM BCCH頻點的合理性。除此之外，CSFB過程對GSM的語音通話建立過程也提出了明確的要求。總體來說，CSFB過程涉及LTE與GSM兩網，對2G/4G網絡互操作、兩網協同優化提出了更高的要求。

參考文獻：

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[3] 許鵬飛，蔡玉坤，曹云娣，等. 淺談CSFB方案在LTE中的應用[J]. 科技創新與應用， 2014（12）： 43-44.

[4] 周彥，武欣. TD-LTE CSFB話音解決方案研究[J]. 移動通信， 2011（19）.

[5] 胡英，強宇紅，湯凱. LTE話音業務解決方案分析與探討[A]. 中國通信學會信息通信網絡技術委員會2009年年會論文集（下冊）[C]. 2009.

作者簡介

郭寶：工程師，工程碩士，現任職于中國移動通信集團山西有限公司，主要研究方向為TD-SCDMA、TD-LTE無線網絡優化，出版專著1本，發表論文60余篇。

張陽：工程師，博士，現任職于中國移動通信集團公司網絡部，主要研究方向為TD-SCDMA無線網絡優化、TD-LTE無線網絡新技術，擁有多項國家發明專利，發表論文數十篇。endprint

3.3 無線側2G/4G小區TAC與LAC未對齊的時延

LTE和GSM小區的TAC、LAC要求對齊，CSFB終端回落到GSM后，UE首先完成在GSM小區的廣播消息的讀取和駐留，而后才發起語音呼叫。如果回落到GSM測量到GSM小區和LTE的側聯合登記的LAC不一致，UE首先完成位置更新，而后繼續進行語音業務（不跨Pool的情況下）。從CSFB正常回落的信令流程中看到，如果回落后未發生位置更新，從擴展服務請求到Setup的時間僅為3.7s。但是，如果無線側2G/4G小區的TAC與LAC未對齊，CSFB回落后發生位置更新導致CSFB接通時延增加1s左右，如圖2所示：

TA和LA的部署不當，導致CSFB性能會大幅下降，主叫流程中增加位置更新流程，被叫流程中增加Roaming Retry流程，從而增加尋呼的時延。為避免UE回落到GSM發生位置更新，減少呼叫時延，需要保障相同覆蓋范圍的LTE和GSM小區的TAC、LAC配置一致。

4 CSFB通話結束后返回LTE的時延

如CSFB終端支持自主FR功能，通話結束后掛機由2G重選回4G僅0.5～1s；如終端不支持FR功能，從2G重選回LTE的試驗將遵循空閑態GSM網絡重選至TD-LTE的參數設置。若現網2G小區已添加4G鄰區，則不支持自主FR功能的終端將遵循從2G重選入4G的重選參數；若2G小區未添加4G鄰區，則將通過3G小區橋接重選回到4G網絡。在沒有3G基站共址的情況下，2G小區必須添加4G鄰區。

在現網優化中，發現支持自主FR的CSFB終端在室內通話結束后，先返回室外比較弱的LTE小區，然后再由室外小區重選回室內LTE小區，相當于返回一個合理的LTE小區的時延增大。在某辦公樓，終端呼叫結束后自主FR功能由2G返回4G時，都是先自主FR選回頻點38 350（F頻段，室外小區），PCI 141小區，再由PCI 141小區重選到頻點38 950（E頻段，室分小區），PCI 486小區。此時兩小區RSRP相差49.6dB，重選的過程中發起的業務請求可能得不到質量保證。

通過對問題小區進行測試分析，發現在CSFB通話結束后，下發的Channel Release信息里攜帶了LTE頻點（F頻段），但未帶GSM同覆蓋下的最強RSCP小區頻點（E頻段），核查周邊其他小區，發現部分LTE，其Channel Release未攜帶LTE頻點信息。對GSM配置LTE重選參數及LTE頻段進行修改，選擇未配置頻點。修改完成后，實測發現終端在CSFB通話結束后自主FR返回LTE網絡時，可以選擇為最強信號的LTE頻點。

通過分析可以得出，終端在自主FR返回LTE時，受GSM參數配置影響來確定回落后的小區。如果配置2G至4G重選參數及頻段，需要準確配置同覆蓋小區頻點；如果2G不配置4G頻點，也可以正常回落到LTE最強覆蓋小區。

5 總結

CSFB是LTE語音解決方案的一種方式，由于起呼過程中涉及到4G網絡的RRC Release以及2G的語音接入流程，接續時延會比2G通話接續略長，所以CSFB終端的語音通話接入時延是需要重點關注的優化內容。影響CSFB接續及返回4G時延的原因有很多，需關注CSFB終端聯合附著LTE/GSM網絡、MME/eNB關鍵CSFB參數核查以及LTE小區添加GSM BCCH頻點的合理性。除此之外，CSFB過程對GSM的語音通話建立過程也提出了明確的要求。總體來說，CSFB過程涉及LTE與GSM兩網，對2G/4G網絡互操作、兩網協同優化提出了更高的要求。

參考文獻：

[1] 徐德平，耿魯靜. 淺析LTE系統CSFB話音解決方案[J]. 電信工程技術與標準化， 2013（1）： 55-59.

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[3] 許鵬飛，蔡玉坤，曹云娣，等. 淺談CSFB方案在LTE中的應用[J]. 科技創新與應用， 2014（12）： 43-44.

[4] 周彥，武欣. TD-LTE CSFB話音解決方案研究[J]. 移動通信， 2011（19）.

[5] 胡英，強宇紅，湯凱. LTE話音業務解決方案分析與探討[A]. 中國通信學會信息通信網絡技術委員會2009年年會論文集（下冊）[C]. 2009.

作者簡介

郭寶：工程師，工程碩士，現任職于中國移動通信集團山西有限公司，主要研究方向為TD-SCDMA、TD-LTE無線網絡優化，出版專著1本，發表論文60余篇。

張陽：工程師，博士，現任職于中國移動通信集團公司網絡部，主要研究方向為TD-SCDMA無線網絡優化、TD-LTE無線網絡新技術，擁有多項國家發明專利，發表論文數十篇。endprint