5G語音端到端接續(xù)時延優(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5G語音接續(xù)高時延問題，本文從TOP小區(qū)和TOP區(qū)域入手，通過前臺路測和后臺分析相結(jié)合的方式，深入分析5G語音回落、接通以及分段信令流程，使用對比分析法定位出影響5G語音接續(xù)時延的四種關(guān)鍵因素，接著從回落策略、4/5G多網(wǎng)多頻協(xié)同、功能部署三個方面研究出5G語音時延優(yōu)化措施，總結(jié)形成了5G語音時延優(yōu)化策略體系，最終在現(xiàn)網(wǎng)得到合理的效果驗證并推廣使用。

關(guān)鍵詞：5G語音；端到端接續(xù)時延；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語音沿用4G VoLTE的語音架構(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)語音有兩種解決方案——過渡方案EPS FB （EPS Fallback）和成熟方案VoNR（Voice over NR）[2]，圖1是4G語音VoLTE、5G語音EPS FB以及VoNR的實現(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。

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

VoNR是通過5G網(wǎng)絡(luò)（“無線網(wǎng)+核心網(wǎng)”）和IMS網(wǎng)絡(luò)對接，制定的5G時代的全I(xiàn)P化語音方案，同時也是5G 網(wǎng)絡(luò)語音目標(biāo)建設(shè)方案。

自5G SA網(wǎng)絡(luò)商用以來，用戶在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)方面的體驗得到質(zhì)的飛躍。然而，鑒于5G覆蓋不連續(xù)性和VoNR終端支持率低的問題，在語音方面，80%以上的5G用戶仍采用EPS FB，接續(xù)時延從普通VoLTE的2.5s增加至5s，嚴(yán)重影響了用戶感知和滿意度。

二、5G語音端到端接續(xù)時延影響因素

5G語音端到端呼叫時延是指從主叫發(fā)送Invite到收到180 Ringing之間的時延[3]。為了精準(zhǔn)定位5G語音端到端接續(xù)時延長的原因，本文從高時延質(zhì)差小區(qū)和TOP區(qū)域的入手，協(xié)同無線和核心網(wǎng)兩個專業(yè)，通過前臺拉網(wǎng)測試和后臺信令對比分析，總結(jié)出以下影響接續(xù)時延的4條主要原因。

（一）切換轉(zhuǎn)重定向

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

（二）頻點(diǎn)優(yōu)先級不合理

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

（三）二次回落

為了保障語音的接通率，當(dāng)手機(jī)發(fā)起EPS FB呼叫之后，若在6s內(nèi)IMS沒有收到主叫SBC響應(yīng)或6S～20S主叫沒有收到被叫發(fā)送的183響應(yīng)或10s內(nèi)沒有完成建立語音業(yè)務(wù)承載，則會自動觸發(fā)CSFB二次回落，比正常的回落增加6～10s的接續(xù)時延。由于回落期間主叫收不到任何響應(yīng)，經(jīng)常誤認(rèn)為無法接通，嚴(yán)重影響用戶感知。

（四）IMS核心網(wǎng)處理流程不合理

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

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

針對上述影響5G接續(xù)時延的因素，通過信令分析和拉網(wǎng)測試，本文從回落策略、4/5G多頻協(xié)同、功能部署三個方面進(jìn)行接續(xù)時延壓降策略研究，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）回落策略優(yōu)化

1.回落方式優(yōu)化

針對5G站間距大、有5G無4G區(qū)域、4/5G弱覆蓋等接續(xù)時延大于5s的小區(qū)1935處，將回落方式從“測量切換”變更為“盲重定向”，避免因過覆蓋、鄰區(qū)漏配等觸發(fā)切換轉(zhuǎn)重定向流程引入額外時延。經(jīng)過優(yōu)化后，平均接續(xù)從6403ms降低為5941ms，時延改善462ms。

2.回落頻點(diǎn)優(yōu)先級

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

3.精簡冗余頻點(diǎn)

4G回落頻點(diǎn)過多會導(dǎo)致測量時間增加，而通過優(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，精簡現(xiàn)網(wǎng)冗余頻點(diǎn)3186個小區(qū)，可以將時延降低至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時延的主要因素之一，通過EPS FB B1門限下探、4G語數(shù)分層等4G/5G多頻協(xié)同，可以降低EPS FB接續(xù)時延。

1.EPS FB門限下探

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

2.4G語數(shù)分層策略優(yōu)化

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

（三）功能部署

1.EPS FB回落頻點(diǎn)提前測量功能部署

由于空閑態(tài)起呼語音承載建立時間較長，需要聚焦EPS FB切換回落場景測控任務(wù)下發(fā)時機(jī)。首先，當(dāng)空閑態(tài)EPS FB起呼原因為Voice或Video時，打開EPS FB回落提前測量開關(guān)EPSFallbackCtrl.EPS FBEarlyMeasSwch，提前下發(fā)語音回落B1測量任務(wù)。接著，在5QI1專載拒絕后，可以發(fā)起EPS FB處理流程，同時基站并行處理測量下發(fā)和5QI1拒絕流程，以縮短EPS FB語音回落的時延開銷。最后，選取一個網(wǎng)格為驗證目標(biāo)，對網(wǎng)格中的127個站點(diǎn)全部開啟EPS FB回落，并提前測量開關(guān)。經(jīng)過對比，功能開啟前后EPS FB主叫平均接續(xù)時改善186ms。

2.IMS核心網(wǎng)流程優(yōu)化

通過對比不同5GC、IMS網(wǎng)元的信令流程，可以發(fā)現(xiàn)在“sip invite 183”信令前，高時延區(qū)域較低時延區(qū)域多出3條“ModifyEPSBearerContextRequest”消息，增加時延200ms左右。

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

經(jīng)過上述多種策略逐層優(yōu)化，5G語音EPS FB端到端時延從5180ms下降至2985ms，VoNR端到端時延從2436ms下降至2087ms，有效提升了5G用戶感知。

四、結(jié)束語

本文以高時延TOP小區(qū)和TOP區(qū)域為抓手，通過前臺測試和后臺分析相結(jié)合的方式，由點(diǎn)到面研究出5G語音時延優(yōu)化策略并在現(xiàn)網(wǎng)實施應(yīng)用，大幅度降低了5G語音接續(xù)時延，有效解決了回落異常問題，并提升了5G語音用戶感知。本文提出的策略實施簡單且流程清晰，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 中國移動通信集團(tuán)山東有限公司濟(jì)寧分公司

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