4G網絡中VoLTE超頻注冊用戶的優化研究

孔慶軍（中國移動通信集團遼寧有限公司，遼寧沈陽110179）

0 引言

LTE網絡不斷發展，語音由基于雙待終端解決方案逐步被CSFB解決方案所代替，語音承載在2G/3G網絡CS域。目前中國移動LTE網絡已部署IMS域并進入成熟期，采用基于IMS域VoLTE解決方案，語音承載在LTE網絡PS域上。2016年遼寧移動LTE網絡VoLTE語音正式商用，伴隨VoLTE百日會戰和用戶不斷增加，發現部分VoLTE終端用戶在IMS域中頻繁注冊，加重IMS域信令負荷，同時對用戶感知和終端待機時長也有較大影響，由于觸發用戶注冊原因復雜，終端、無線、EPC、IMS、異系統問題都有可能觸發頻繁注冊，為此需要開展VoLTE用戶超頻注冊分析與優化的研究課題，并基于現有平臺開發超頻注冊分析系統，落地分析方法，提升VoLTE語音運行維護的科學管理水平。

1 什么是超頻注冊

開啟VoLTE語音功能的LTE用戶在進入LTE網絡或變更IMS域時要發起IMS域注冊，以獲取IMPU。注冊后用戶間可以使用IMPU通信，建立用戶當前IP與其IMPU對應關系，網絡可以知道用戶當前位置信息和業務能力，同時也保證了網絡安全。注冊流程涉及初始注冊/重注冊、二次注冊、第三方注冊、訂閱共4個階段。初始注冊/重注冊和二次注冊過程稱為基本注冊，基本注冊由用戶終端發起，基本注冊成功后，用戶就擁有了基本呼叫權限。第三方注冊由S-CSCF代替用戶終端發起，第三方注冊成功后，用戶就擁有了AS提供的相關業務權限。具體見圖1。

網絡中的超頻注冊分析和優化需要重點從超頻注冊用戶和超頻注冊小區2個方向進行分析。超頻注冊用戶是指網絡中的VoLTE用戶在網絡中頻繁重注冊，通過統計1 h內注冊超過一定門限（10次）的VoLTE用戶，需要研究關連接口信令，查找超頻注冊用戶所在LTE小區的分析方法。超頻注冊小區為1 h內有超過5個超頻注冊用戶注冊過的LTE小區，需要重點分析優化這些小區。VoLTE用戶頻繁注冊導致網絡VoLTE端到端接通率低，增加IMS域信令負荷，降低用戶終端待機時長。

2 超頻注冊問題分析和優化方案

2.1 超頻注冊現狀和原因分析

2017年1月VoLTE超頻注冊用戶占比指標全國平均值為5.05%，而遼寧為7.06%，全國排名第25位，影響網絡客戶感知和網絡負荷，需要針對超頻注冊用戶和超頻注冊小區進行分析和優化。由于VoLTE功能剛剛開啟不久，對于VoLTE超頻注冊用戶和超頻注冊小區分析與優化的方法論甚少，所以有待于針對超頻注冊問題開展分析方法論的研究。通過對全省超頻注冊小區的分析，發現超頻注冊小區主要分布于郊區和農村，占所有超頻注冊小區的65.89%。超頻用戶行動軌跡不定，有69.07%的用戶僅1天為超頻注冊用戶，多為流動用戶，至少有45%以上用戶是快速移動用戶，應針對超頻注冊小區進行重點分析優化，開展分析優化方案的研究和現場整治工作。通過端到端信令XDR采集和現場測試等多維數據分析，超頻注冊用戶在IMS域頻繁注冊行為主要原因有：

a）LTE弱覆蓋：弱覆蓋導致終端脫網、重選、重定向到異系統，返回LTE時重注冊。

b）異系統互操作參數問題：終端在LTE和異系統頻繁重選，返回LTE時重注冊。

c）終端類問題：終端類型、終端與網絡交互異常等。

d）VoLTE呼叫失敗：VoLTE用戶呼叫未成功，TCALL或TQoS計時器超時轉CSFB，返回LTE時重注冊。

e）IMS pool邊界：用戶處于IMS pool邊界，發生頻繁重選、切換導致在2個IMS間頻繁注冊。

f）周期注冊時長問題：用戶注冊時長大于T3412，UE向網絡側發起重新注冊請求，當參數設置不合理會增加注冊次數。

g）用戶行為：頻繁開關機、SIM卡接觸不良、用戶頻繁關閉LTE網絡等。

h）頻繁注冊不成功：用戶數據問題、手機不定時脫網、手機頻繁注冊進入了SBC的黑名單、漫入用戶注冊太頻繁都會造成超頻注冊。

2.2 超頻注冊問題定位與優化方案

通過對超頻注冊用戶問題原因和現網信令數據進行綜合分析，現網中網絡弱覆蓋問題、異系統互操作參數設置問題、終端問題和插花式基站未開通VoLTE功能是引起VoLTE用戶頻繁注冊的主要原因，需針對這些問題開展專題研究和分析優化。

2.2.1 LTE弱覆蓋導致超頻注冊問題定位和優化方案

VoLTE用戶在LTE網絡無線信號弱是引起頻繁注冊最重要原因，導致脫網、重選、重定向、eSRVCC切換未返回，當LTE無線信號變好且用戶業務結束后，會重選LTE網絡，同時在IMS域頻繁注冊。超頻注冊用戶和超頻注冊小區70%以上都位于郊區和農村，城市小區也是由于室內弱覆蓋引起，超頻注冊小區中MR統計覆蓋率低的小區占比超過50%。

根據S1-MME AP信令采集可精確判斷重定向和eSRVCC切換頻繁發生的弱覆蓋區域，3GPP TS 36.413中 HANDOVER REQUIRED 和 UE CONTEXT RE?LEASE REQUEST對這2種行為進行了規定。重定向至2G/3G時S1-MME接口信令UE CONTEXT RE?LEASE REQUEST中CAUSE為 Inter-RAT Redirec?tion，eSRVCC，切換至2G/3G時S1-MME接口信令HANDOVER REQUIRED中HANDOVER TYPE為LTE TO UTRAN或LTE TO GERAN。

重選至異系統會在離開IMS域時進行去注冊，去注冊SIP信令中會包含重選的異系統網絡類型。注冊過程VoLTE用戶完成初始注冊或重注冊，但由于LTE弱覆蓋導致QCI5承載重定向至2G/3G網絡，沒有后續二次注冊等過程，一段時間后用戶從2G/3G返回LTE后重新發起新的初始注冊，同樣會導致注冊次數過多，當間隔時間較長時不會有錯誤碼返回，可通過UE CONTEXT RELEASE REQUEST信令發現問題區域。

當間隔時間為幾秒時，由于手機IP地址更換了，不符合S-CSCF的預期，于是S-CSCF報400 bad re?quest，攜帶原因值“Sip key parameter invalid”。

現網通過信令分析平臺進行小區級分析，覆蓋原因導致的超頻注冊問題，但超頻注冊小區未必為本小區弱覆蓋導致，也與其上次駐留的LTE小區相關，通過現場測試和信令追溯分析共同鎖定問題小區。對超頻注冊用戶所在區域內eSRVCC切換占比高，所在區域內4G流量占比低，同覆蓋區域2G/3G網絡利用率高的區域，遼寧移動通過重點以LTE覆蓋規劃為主，射頻調整為輔的策略，同時也通過保持站間距降低干擾，開展室內弱覆蓋優化調整，實現優化整改。

2.2.2 異系統互操作參數設置問題導致超頻注冊問題的定位和優化方案

部分超頻注冊小區因異系統間互操作參數配置有誤，小區信令跟蹤發現終端在異系統間頻繁互操作，用戶重回LTE網絡在IMS域頻繁注冊。部分區域為提升4G駐留比，將2G→4G重選異系統門限設置的很低，甚至低于4G→2G互操作本系統門限，導致用戶在4G和2G間乒乓互操作，用戶IMS注冊域頻繁注冊。部分區域的2G→4G重選異系統門限雖高于4G→2G互操作本系統門限，但兩者之間的GAP差值較小，也會導致終端在用戶非強場下，由于終端測量存在3～5 dB差異，導致用戶在4G和2G間乒乓互操作，用戶IMS注冊域頻繁注冊。

圖2給出了LTE網絡異系統互操作參數設置。

現網針對頻繁異系統互操作區域進行參數設置優化，2G→4G異系統門限設置高于4G→2G本系統門限，且門限之間GAP為4～6 dB。同時關注用戶投訴，部分LTE弱場區域導致用戶駐留不到4G，該種區域的用戶即使駐留在4G，感知也很差，遼寧移動通過解決弱覆蓋解決問題。

2.2.3 終端類問題導致超頻注冊問題定位和優化方案

通過超頻注冊用戶終端IMEI的“單款終端占比”和“單款終端所在的超頻小區數量”2個維度進行分析，選取2個維度均較高的終端。

圖2 LTE網絡異系統互操作參數設置

現網測試發現7款低價位、低檔芯片終端在-105～-110 dBm區間內觸發4G-2G的頻繁互操作，易發生超頻注冊問題，從信令分析來看，EPC核心網信令特征為4G-2G-4G反復重選，IMS核心網的信令特征表現為注冊-注銷-再注冊。通過分析測試發現不同品牌和型號終端，由于其射頻單元的接收靈敏度不同，其在強場和弱場情況下測量RSRP電平強度也存在差異，差值在5～10 dB，導致這部分終端容易產生頻繁互操作。通過統計發現遼寧問題終端產生的超頻注冊用戶數占所有超頻注冊用戶的19.72%，其中對于超頻注冊指標和用戶感知影響最大，其占比接近超頻注冊小區內的1/4超頻注冊用戶，遼寧移動通過市場途徑降低這種低檔芯片終端發售量，從而降低其對網絡影響。

2.2.4 插花式的未開通VoLTE功能導致超頻注冊問題定位和優化方案

現網優化中發現部分特殊場景如高鐵基站，沒有開通VoLTE功能，導致高鐵用戶在專網覆蓋弱場區域占用公網小區，高鐵用戶在公網小區上注冊頻繁，成為超頻注冊用戶。同時高鐵專網周邊普通用戶誤入專網，頻繁在公、專網之間互操作導致普通用戶成為超頻注冊用戶。高速公路部分基站與高鐵基站共享使用時，用戶頻繁穿越高鐵基站和公網基站后，導致高速公路用戶成為超頻注冊用戶。上述這些未開通VoLTE功能基站的周邊基站小區很可能就變成超頻注冊小區。

遼寧某地（市）超頻注冊用戶比例高達11.22%，高出健康度8%標準。通過對連續5天超頻用戶進行分析發現，連續5天超頻用戶占所有超頻用戶的0.89%，超頻用戶中有55.9%在1 h內移動跨越3個超頻小區，并且有9.8%跨越其他城市。通過以上數據分析可以得到結論：超頻用戶行動軌跡不定，為流動用戶；至少有55%以上用戶是快速移動用戶。超頻小區基本都受干線沒有開通VoLTE功能基站和部分弱覆蓋區域基站影響，遼寧移動針對干線進行補點建設和優化調整，并擇機開通高鐵專網基站VoLTE功能開關，問題得以解決。

2.2.5 其他導致超頻注冊問題定位和優化方案

VoLTE用戶在LTE網絡發起語音呼叫時，由于某些原因，例如呼叫流程中發生切換、SRVCC切換、QCI5重定向、SIP信令丟失等，導致用戶終端定時器TCALL或TQoS超時，主叫用戶終端發送CANCEL，并轉CSFB再次發起語音呼叫。當語音通話結束后，用戶終端再次返回LTE發生注冊。遼寧移動通過延緩呼叫時發生切換，關閉QCI5重定向，降低端到端丟包率，避免發生CSFB，使得該類問題得以解決。

3 效果驗證

通過超頻注冊分析和現場優化方案實施，從超頻注冊用戶和超頻注冊小區2個維度開展全網級優化提升。重點提升LTE網絡覆蓋，核查并矯正異系統間互操作參數，減少問題終端入網發放，規范VoLTE開戶數據，降低遼寧移動LTE網絡超頻注冊VoLTE用戶占比，減少超頻注冊小區個數，全省超頻注冊用戶占比由16.7%優化至7.27%，同時eSRVCC切換占比也優化至3.72%，達到集團的考核要求，提升了全網質量和客戶感知。

4 結束語

近2年是中國移動發展LTE網絡業務最重要的2年，VoLTE和載波聚合功能商用標志著中國移動進入4G+時代，同時中國移動開展物聯網業務試驗，中國移動發出了正向5G時代邁開步伐的信號。本文針對LTE網絡中VoLTE用戶超頻注冊問題進行分析與研究，定界問題原因，給出解決建議，將方法論固化至系統中，助力日常優化，實踐表明應用效果頗佳。