4G終端語音無法回落問題的分析及處理

紀純妹

4G終端語音無法回落問題的分析及處理

紀純妹

（中國移動通信集團廣東有限公司汕頭分公司，廣東 汕頭 515041）

為解決4G語音終端無法回落的投訴問題，從具體案例出發，對移動通信網絡的無線側和核心側進行分析，用排除法進行問題定位研究，得出問題是由RFSIM卡通道無法切換引起的結論，并對具體問題提出解決方案，形成相關方法論用于指導實際工作。

信令跟蹤 CSFB RFSIM

1 引言

當前LTE網絡采用的語音業務解決方案有CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）[1]、單卡雙待[2]、多卡多待、VoLTE等[3-5]。目前主流的終端廠商主要采用CSFB方式解決語音通話問題，CSFB要求有LTE網絡的地方一定要有2G/3G網絡，同時需要在MME（Mobility Management Entity，移動管理實體）和MSC（Mobile Switching Center，移動交換中心）之間建立接口，一旦發起語音業務請求，則通過回落到2G/3G網絡來實現語音通話[6]。

由于CSFB涉及多網絡、多模塊，所以任意一個模塊存在問題都有可能導致CSFB失敗。對問題的定位需要遵循以下原則，如果只是單一的用戶投訴，則先從用戶行為、終端等方面入手排查問題；如果是局部區域用戶投訴，且只是位于單一小區下方，則需要遵循4G無線側、4G核心側、2G核心側、2G無線側、終端（卡）等這樣的排查順序對問題進行定位。本文將對4G終端語音無法回落問題的排查思路進行探討。

2 問題分析

2015年5月，澄海移動綜合樓里的4G用戶投訴，在公司辦公區域內，每天均會出現多個4G終端首撥失敗，且作為主叫時首撥無法呼出，作為被叫時對方電話無法呼入，但重撥或重啟手機后故障現象消失的問題。

對于所有涉及通信的投訴，運營商無線部門均作為第一受理單位對問題進行處理，若確認為非無線網絡問題，則需要提交網絡管理中心或者其他第三方單位進行處理。本文從無線網絡入手，分析通話失敗的原因，通過分析排除了無線網絡和核心網絡端的問題，最終定位為RFSIM卡問題導致。本案例的投訴用戶集中在某個區域，且所用終端均為只支持CSFB的終端。對于該通話異常問題的判斷，首先確定是否為某一個小區CSFB失敗問題，從CSFB的方向進行問題定位。從三個方面考慮導致CSFB失敗的原因：網絡配置、終端、SIM卡。網絡配置方面有CSFB的相關開關未開啟，2G網絡異常或2G鄰區配置問題，TAC與LAC不對應等。如果配置正常，則需要通過信令跟蹤和測試手段定位是終端問題還是SIM卡問題。

2.1 網絡配置分析

采用CSFB方案解決語音通話問題時，需要在基站同時開啟“基于覆蓋的異頻切換算法開關”和“GERAN CSFB開關”，而后終端才能對2G鄰區頻點進行測量并順利回落到GSM網絡。同時，為了使4G和GSM的核心網的版本一致，在基站和核心網的接口配置中，過高的版本MSC無法解析，所以MME協議版本號需配置為版本8。經核查，CSFB相關配置參數均已開啟，基站是允許CSFB操作的，故排除由于基站CSFB的相關開關未開啟導致語音通話失敗。

通過對4G室分系統和周圍2G小區進行核查發現，位于4G小區周圍的2G小區均已添加為鄰區，未出現漏配情況。

在當前網絡中，存在4G的TAC（Tracking Area Code，跟蹤區碼）與LAC（Location Area Code，位置區碼）不對應的問題，所以需要確定該問題點是否在LTE網絡的TAC邊界。在跟蹤區邊界，當用戶正在做TAU（Tracking Area Update，跟蹤區更新）時，MME將尋呼消息往原先的TAC下發，但終端已經到新的TAC，這會導致尋呼消息沒有被正確收到，CSFB失敗。由地圖可見，該投訴地點確實靠近TAC邊界（圖1中藍線部分即為TAC邊界），但是根據現場測試結果并結合用戶的描述發現，問題用戶都是在樓內辦公，現場測試室內信號穩定，該站的TAC配置正確，因此排除TAC邊界問題。

圖1 中國移動澄海綜合樓站點位置圖

對相關設置進行核查，發現網絡側開關、參數基本配置均正常，故接下來需通過信令跟蹤，判斷語音通話失敗是網絡側問題還是終端或SIM卡問題。

2.2 網絡流程跟蹤

在2015年4月24日下午14:02問題復現時進行信令跟蹤[7]。對被叫用戶在4G核心側處進行信令跟蹤，確認被叫用戶正常收到“用戶上下文釋放完成”等信令消息，該信令屬于正常的語音業務回落流程，如圖2所示。

對主叫用戶的4G核心側進行信令跟蹤，確認用戶正常收到“暫時掛起通知”，表明終端正常回落到2G網絡，如圖3所示。

查看主、被叫用戶的4G無線側信令，終端發起用戶上下文釋放請求，并收到核心網發回的上下文釋放申請，最終完成上下文釋放，說明在無線側4G也是正常回落到2G網絡，如圖4所示。

從信令上看，4G側信令完整，終端正常回落到2G系統。需要在2G側進行信令跟蹤，以確定回落是否存在問題[10]。

從2G核心側信令中發現被叫鑒權沒響應，所以系統重發一次鑒權，但是仍未收到終端的鑒權響應消息，導致定時器超時從而釋放鏈接。其后再次進行呼叫，雙方的信令消息和業務情況均恢復正常。主叫2G核心網側信令兩次均為正常的信令消息。

圖2 被叫4G核心側信令

圖3 主叫4G核心側信令

跟蹤另外三個出現故障的用戶號碼，他們在4G核心側和無線側的信令也均為正常信令消息。對問題區域周邊進行拉網測試，測試數據顯示CSFB前后TAC和LAC相同，且網絡質量均不存在問題。CSFB測試過程中2G側的情況如圖5所示。

信令跟蹤和測試數據均表明網絡側不存在問題。為進一步定位故障所在，需要對終端和SIM卡進行分析，確定具體問題所在。對終端型號進行調查后發現，該投訴地點有多部iPhone5s（以下簡稱“5s”）和一部三星Note3終端。

2.3 終端、SIM卡分析

三星Note3是單卡雙待手機，SIM卡同時駐留在4G和2G網絡，不存在CSFB的過程，且所處網絡均有2G和4G室分系統，信號質量好。該用戶出現2次撥打不成功的問題，測試人員協助重啟手機后通話恢復正常，故判斷該問題屬于終端個例問題。

圖4 被叫4G無線側信令

圖5 CSFB測試正常回落2G圖

對于iPhone5s用戶，現場撥打一個投訴用戶的號碼，存在多次撥打該用戶號碼均無法撥通的問題。將客戶的SIM卡放到測試人員的5s手機上，同時將測試人員自帶的SIM卡放到客戶的5s手機上進行測試，均能夠正常通話，通過此分析過程可以判定，終端不存在問題。

查詢近期用戶所執行的操作，發現3月17日該辦公樓用戶將SIM卡更換成了可刷門禁的RFSIM卡，且出現通話問題的時間點均為上午和下午的上/下班時。經驗證確認每次刷完門禁后均出現了通話問題。

RFSIM（Radio Frequency Subscriber Identity Model，射頻客戶識別模塊）技術是通過將射頻芯片嵌入標準的客戶識別模塊卡中來發揮作用與進行通信，并可利用SIM卡商的CPU進行運算功能。RFSIM的工作頻率在2.4 GHz，它不采用通用的13.56 MHz頻率，所以通信距離最遠達50 m，具有傳輸速率高、穿透性強等優點。

RFSIM卡在邏輯上分為標準SIM功能（GSM11.11, 11.14）部分組件和模擬邏輯加密卡的數據機制（符合PBOC2.0以及EMV電子信用卡的規范要求）組件[8]（以下簡稱為“非接應用組件”）。

RFSIM卡作為用戶在移動通信網絡中的唯一身份識別依據，其SIM功能組件將存儲用戶的所有信息。在網絡進行相關認證后，終端就能與網絡建立連接，接入網絡使用通信相關功能。RFSIM卡擴展傳統SIM卡的功能，額外內置了RFID（Radio Frequency identity，無線射頻標識）芯片，該芯片通過RFID這個內部模塊進行充電，使用微型RF模塊并通過芯片內置的天線與外部設備進行通訊，通過芯片的內置軟件對相關業務進行管理[9]。內置軟件用于管理高安全度的RF-ID、基于模擬邏輯加密卡、可內置電子信用卡、電子錢包等業務。RFSIM卡工作流程圖如圖6所示：

圖6 RFSIM卡工作流程圖

對現場測試的跟蹤數據進行分析可知，手機在發送鑒權指令時，卡片返回了6E00，此為程序內部識別，表示鑒權失敗。

RFSIM的應用分為GSM應用和移動支付應用，如電子錢包、一卡通、移付易等。由于RFSIM的CLA（Communication Link Analyzer，通訊連接分析器）和移動支付相關的業務同為0x00，故無法通過CLA來區分指令是發給終端接入語音業務還是發給移動支付應用。卡片通過選擇應用來區分指令是PBOC的指令還是GSM的指令，如果選擇了PBOC，接下來的指令就發給PBOC來處理，如果是選擇了GSM的應用，接下來的指令就發給GSM處理。由于用戶在澄海移動綜合樓內用手機刷門禁時，卡片選擇了PBOC應用，卡片走的是PBOC的流程，當有話音接入或要撥打電話時，網絡會向終端下發鑒權指令，手機返回鑒權響應，但是指令仍然由PBOC通道處理，并未發送到2G網絡，從而導致了通話異常。經過驗證，刷卡后，如果終端用戶觸發相關通信操作，比如打電話、發短信等，第一次會失敗，失敗后終端會觸發非接通道切換到通信通道的操作，進而后續的通話能夠正常運行。如果用戶一直不觸發相關通信操作，則終端會一直保持在非接通道上，從而出現了其他用戶撥打該用戶均無法接通的情況。

針對其他各類終端進行分析，三星Note3刷卡后，并不是100%會出現問題，但是如果有一次語音回落失敗，即使通過開啟/關閉飛行模式的方式，終端仍無法切換回通信通道，則只能通過關開機操作讓終端重新附著到移動通信網絡上。索尼等其他CSFB的4G終端在用戶刷卡后，由于終端本身的機制，能夠將RFSIM卡自動切換回通信通道，所以不會出現通話異常等問題。

2.4 問題解決方法

針對用戶投訴問題，需從無線網絡側、核心網絡側、終端側等多個維度進行排查。對于非接通道通信問題的定位，通過接觸式腳本測試的方法得出刷卡后鑒權失敗的結論。鑒權失敗的原因是，刷卡后RFSIM卡沒有由非接通道自動切換回通信通道。通過分析發現，部分終端能夠自動進行通道切換，但為避免其他終端通話問題的出現，RFSIM卡商增加了RFSIM卡自適應切換處理的機制，將通信通道和非接通道的處理流程分開，有效解決了用戶模式下的雙通道切換問題。

3 結束語

本文對CSFB進行分析并對依附于SIM卡的非接觸應用原理進行研究，將具體工作中的故障定位過程形成系統的理論方法，用于指導實際工作。

RFSIM卡建立了兩條通道來分別對接標準SIM功能部分組件和非接應用組件，但是通道之間不能及時切換，所以導致用戶無法正常進行語音通話。由于該問題的用戶是使用移動網絡進行通信，且問題集中在某一個小區內，所以容易被誤判為無線側的網絡問題。

隨著網絡技術的發展，各種制式的移動通信網絡同時并存，依托于網絡的應用數量巨大，分散于各地的網絡優化人員遇到的問題越發紛雜，后續將考慮通過大數據研究，保存用戶信令面數據，建立模型用于記錄用戶行為，并形成專家知識庫，將問題輸入后，直接由大數據分析形成解決方案，從而快速高效地解決用戶的投訴問題。

[1] 魏克軍. LTE語音業務解決方案——CS Fallback技術分析與探討[J]. 電信技術, 2011(8): 23-25.

[2] 宋麗娜,李文宇,王小旭,等. TD-LTE單卡多模雙待終端技術方案[J]. 電信網技術, 2011(8): 34-37.

[3] 朱斌,文濤,符剛,等. VoLTE部署關鍵問題研究[J]. 郵電設計技術, 2014(2): 1-5.

[4] 毛聰杰,李英奇. LTE網絡語音解決方案分析[J]. 電信技術, 2015(2): 37-42.

[5] 張佰林. LTE網絡語音業務解決方案研究[D]. 長春: 吉林大學, 2014.

[6] 杜建俊,郭寶,張陽. CSFB無線優化中面臨的問題與解決方案[J]. 電信工程技術與標準化, 2014(9): 1-5.

[7] 3GPP TS36.331.2011. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification(Release 9)[S]. 2011.

[8] 單承贛,單玉峰,姚磊,等. 射頻識別（RFID）原理與應用[M]. 北京: 電子工業出版社, 2008.

[9] 祁貴寶,甘云燕. 企業RFSIM一卡通系統的應用研究[J].內蒙古科技與經濟, 2011(10): 95-96.

[10] 3GPP TS36.304.2011. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) procedures in idle mode (Release 9)[S]. 2011.

[11] 李翠,石林. 基于射頻識別的安全認證協議設計[J]. 計算機工程, 2016,42(3): 172-176.

[12] 史長瓊,吳丹,肖瑞強. 能抵抗拒絕服務攻擊且高效的RFID安全認證協議[J]. 計算機工程與應用, 2016, 52(2): 105-111.

[13] 肖紅光,陳蓉,巫小蓉,等. 基于動態密鑰的移動RFID安全認證協議[J]. 計算機工程與應用, 2016,52(22): 113-117. ★

雄安領跑5G，Qualcomm和中國電信攜手建設5G創新示范網

8月9日，中國電信雄安國家骨干網暨5G創新示范網啟動大會在雄縣舉行。期間，中國電信正式宣布5G創新示范網啟動建設，并發布了《中國電信5G創新示范網白皮書》，力促2020年實現5G規模商用。河北雄安新區臨時黨委副書記黨曉龍、中國電信集團公司董事長楊杰出席大會并講話。Qualcomm中國區董事長孟樸作為受邀企業代表參加了啟動儀式。

中國電信表示，其未來將充分發揮5G網絡超高帶寬、超大連接、超低時延的特性，重點推動如基于5G的無人駕駛示范、5G網絡環境下的移動遠程醫療、5G支撐的城市級別物聯網等應用的發展，促進網絡技術與產業應用的緊密結合，使5G創新示范網不僅服務于雄安新區智慧城市的建設，更能夠引領全國甚至全球的產業發展趨勢，踐行創新發展示范區的歷史使命。

作為受邀企業之一，Qualcomm在現場演示了6GHz以下5G NR（新空口）原型，以及5G技術在智慧城市、智能汽車等多個場景下的應用，引起參會者高度關注。目前，Qualcomm已推出了針對6GHz以下頻段、毫米波頻段及頻譜共享技術的“全覆蓋”5G NR原型系統，以支持測試、展示及驗證5G設計，推動和追蹤3GPP 5G新空口標準化進程，加速5G新空口大規模試驗和商用部署。（C114中國通信網）

Analysis and Solution of Unsuccessful Voice Fallback for 4G Terminal

JI Chunmei
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Shantou Branch, Shantou 515041, China)

In order to deal with the complaints on the unsuccessful fallback for 4G voice terminals, the wireless side and the core side in mobile communication networks were analyzed according to the specific cases. The exclusive method was used to localize and analyze that the crux is results from the unsuccessful handover of RFSIM card channel. The corresponding solution to the specific problems was presented and related methodology can be used to guide the practical work.

signaling tracking CSFB RFSIM

紀純妹：工程師，碩士畢業于華南理工大學通信與信息系統專業，現任中國移動通信集團廣東有限公司汕頭分公司中級網絡優化管理人員，主要研究方向為無線通信、4G、模擬退火算法等，共發表4篇文章。

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.15.006

TN914

A

1006-1010(2017)15-0029-06

紀純妹. 4G終端語音無法回落問題的分析及處理[J]. 移動通信, 2017,41(15): 29-34.

2017-07-31

責任編輯：文竹 liuwenzhu@mbcom.cn