黃智瀛，白錫添，杜安靜

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518038）

0 引言

5G有非獨(dú)立組網(wǎng)（Non-Stand Alone，NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)（Stand Alone，SA）兩種組網(wǎng)方式[1]。5G NSA網(wǎng)絡(luò)語音主要采用VoLTE的解決方案，由4G LTE網(wǎng)絡(luò)承載。5G SA網(wǎng)絡(luò)的語音解決方案主要有VoNR（Voice over NR）和EPS FB（EPS Fallback）兩種。VoNR是由5G網(wǎng)絡(luò)（無線網(wǎng)+核心網(wǎng)）和IMS系統(tǒng)承載語音業(yè)務(wù)。EPS Fallback主要指從NR回落到4G LTE通過VoLTE的方式實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)[2]。在當(dāng)前5G SA階段，主要采用EPS Fallback方式。在EPS Fallback通話結(jié)束后，為保障用戶感知，終端需要快速返回5G NR，即快速回落（Fast Return，F(xiàn)R）。5G SA組網(wǎng)與NSA組網(wǎng)的語音業(yè)務(wù)差異明顯，信令承載在NR側(cè)，信令面（接入、切換和掉話）優(yōu)化分析需基于NR網(wǎng)絡(luò)，無法繼承NSA網(wǎng)絡(luò)LTE信令面優(yōu)化，因而需要全新的信令面分析方法來應(yīng)對(duì)語音體驗(yàn)的挑戰(zhàn)。5G SA路測(cè)優(yōu)化中，語音業(yè)務(wù)相關(guān)的指標(biāo)主要有EPS FB和FR的成功率與時(shí)延等。本文結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)剖析5G SA語音端到端信令流程，總結(jié)出5G SA語音端到端的信令分析與優(yōu)化方法。

1 EPS FB和Fast Return的業(yè)務(wù)流程與策略

當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)還沒有部署VoNR時(shí)（即NR還無法提供語音業(yè)務(wù)承載時(shí)），語音業(yè)務(wù)采用回落的方式，即EPS FB的方式承載到LTE[3]。EPS FB按照?qǐng)?zhí)行方式分為基于重定向和基于切換兩種方式。同時(shí)，F(xiàn)ast Return也分為基于重定向和基于切換兩種方式。EPS FB和Fast Return業(yè)務(wù)判決流程分別如圖1所示。

圖1 EPS FB與Fast Return的業(yè)務(wù)流程

EPS FB和FR的業(yè)務(wù)流程主要通過制定對(duì)應(yīng)的策略實(shí)現(xiàn)。制定策略時(shí)需要綜合考慮語音業(yè)務(wù)建立時(shí)延和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中斷時(shí)延等因素。

深圳移動(dòng)5G SA語音策略如下：

（1）EPS FB回落LTE頻點(diǎn)只配置錨點(diǎn)FDD 1800和室分的E/F頻點(diǎn)，同時(shí)通過優(yōu)先級(jí)+連接態(tài)頻率偏置的設(shè)置，確保只有在室內(nèi)區(qū)域回落到室分的E頻段；

（2）FR策略基于最佳性能考慮，F(xiàn)R返回策略選擇“切換”模式，由于NR4.9主要用于熱點(diǎn)，覆蓋不連續(xù)，F(xiàn)ast Return只返回到2.6 GHz覆蓋層。

2 EPS FB路測(cè)信令分析與優(yōu)化

5G SA語音路測(cè)優(yōu)化時(shí)如果發(fā)現(xiàn)EPS FB問題，則進(jìn)入路測(cè)信令分析過程。該過程主要是根據(jù)路測(cè)信令對(duì)比EPS FB正常流程進(jìn)行分析，從而確認(rèn)導(dǎo)致EPS FB失敗的場(chǎng)景和原因，并解決出現(xiàn)的問題[4]。基于切換的EPS FB信令流程如圖2所示。

EPS FB的具體分析信令過程和對(duì)應(yīng)的分析與優(yōu)化方法如下。

步驟1：當(dāng)UE發(fā)起EPS FB呼叫時(shí)，主叫UE發(fā)送ESR后，NR側(cè)核實(shí)是否成功建立RRC。若未成功，則確認(rèn)當(dāng)前NR覆蓋情況。如果覆蓋正常且RRC建立失敗或無響應(yīng)，則依據(jù)NR隨機(jī)接入失敗的定位方法分析NR側(cè)問題。

步驟2：檢查主叫NR gNodeB側(cè)是否發(fā)送測(cè)量控制，若未下發(fā)B1測(cè)控，則：

（1）檢查對(duì)應(yīng)小區(qū)的移動(dòng)性開關(guān)和EPS FB開關(guān)是否開啟；

（2）核查該站點(diǎn)4G鄰區(qū)是否添加；

（3）檢查外部鄰區(qū)頻點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)是否為推薦的優(yōu)先級(jí)策略。

步驟3：UE是否上報(bào)B1測(cè)量報(bào)告，若未上報(bào)，則：

（1）檢查小區(qū)的B1測(cè)量報(bào)告上報(bào)的判決周期設(shè)置是否正常；

（2）查詢EPS FB門限配置是否合理，避免周邊無符合條件的LTE小區(qū)；

（3）檢查對(duì)應(yīng)LTE小區(qū)是否存在弱覆蓋或者小區(qū)故障。

步驟4：檢查NR側(cè)是否觸發(fā)NR至LTE的切換或者重定向，若未觸發(fā)，則：

圖2 基于切換的EPS FB流程

（1）檢查此小區(qū)是否配置正確的鄰區(qū)；

（2）檢查L(zhǎng)TE的鄰區(qū)是否存在PCI沖突；

（3）在gNodeB進(jìn)行信令跟蹤，檢查是否5GC核心網(wǎng)導(dǎo)致的切換命令未下發(fā)；

（4）如果所有的鄰區(qū)切換準(zhǔn)備都失敗，則根據(jù)頻點(diǎn)優(yōu)先級(jí)盲重定向至LTE小區(qū)。

步驟5：檢查主叫UE是否在LTE發(fā)起RRC接入，并且成功建立RRC。若未成功，則從LTE側(cè)分析RRC接入失敗的具體原因。LTE側(cè)的分析方法已較成熟，此處不再贅述。

步驟6：檢查主叫UE是否發(fā)起并完成TAU流程，UE若收到TAU Reject消息，則需要在核心網(wǎng)MME側(cè)進(jìn)行信令跟蹤，判斷TAU Reject的原因。

步驟7：檢查被叫UE是否收到Paging消息，若未收到，則分析此時(shí)被叫UE是否有其他流程。如果被叫沒有其他流程但仍舊未收到Paging消息，則需要跟蹤核心網(wǎng)AMF和gNodeB側(cè)的信令來定位問題。

步驟8：檢查主叫UE是否成功收到Update/180 ring消息，若未收到，則基于IMS側(cè)返回的錯(cuò)誤碼判斷失敗原因。比如，返回錯(cuò)誤代碼487，表示IMS側(cè)存在異常。

3 Fast Return路測(cè)信令分析與優(yōu)化

5G SA語音路測(cè)優(yōu)化時(shí)如果發(fā)現(xiàn)FR問題，則進(jìn)入路測(cè)信令分析過程。該過程主要是根據(jù)路測(cè)信令對(duì)比FR正常流程進(jìn)行分析，從而確認(rèn)導(dǎo)致FR失敗的場(chǎng)景和原因，并解決出現(xiàn)的問題。基于切換方式的Fast Return流程如圖3所示。

圖3 基于切換方式的Fast Return流程

Fast Return的具體分析信令過程和對(duì)應(yīng)的分析與優(yōu)化方法如下。

步驟1：當(dāng)EPS FB呼叫結(jié)束后，檢查主叫LTE側(cè)是否發(fā)送B1測(cè)量控制。若未下發(fā)，則：

（1）檢查對(duì)應(yīng)LTE小區(qū)的移動(dòng)性開關(guān)和Fast Return開關(guān)是否打開；

（2）核查站點(diǎn)的5G鄰區(qū)是否添加；

（3）檢查5G鄰區(qū)的異頻頻點(diǎn)和外部鄰區(qū)頻點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)是否正確配置；

（4）檢查UE的切換策略，即對(duì)于存在的QCI，有無設(shè)置為必須切換且沒有不能切換的承載。

步驟2：檢查UE是否上報(bào)B1測(cè)量報(bào)告，若未上報(bào)，則：

（1）查詢EPS FB門限配置是否合理，避免周邊無符合條件的5G小區(qū)；

（2）檢查周邊NR小區(qū)是否弱覆蓋或者小區(qū)故障；

（3）排查UE是否存在問題。

步驟3：檢查L(zhǎng)TE側(cè)是否觸發(fā)LTE至NR的切換或者重定向流程，若沒有觸發(fā)，則：

（1）檢查小區(qū)是否配置外部鄰區(qū)；

（2）檢查小區(qū)是否配置鄰區(qū)關(guān)系；

（3）檢查NR的鄰區(qū)是否存在PCI沖突；

（4）在eNodeB側(cè)進(jìn)行信令跟蹤，排查是否為5GC核心網(wǎng)導(dǎo)致的切換命令未下發(fā)。

步驟4：檢查主叫UE是否在NR發(fā)起RRC接入，并且成功建立RRC。若未成功，分析此時(shí)NR側(cè)的覆蓋、干擾以及容量等情況，按常規(guī)流程分析NR側(cè)的RRC接入問題。

步驟5：檢查主叫UE是否發(fā)起注冊(cè)更新流程和注冊(cè)更新消息是否完成。UE若收到注冊(cè)更新失敗消息，則需要在核心網(wǎng)AMF側(cè)進(jìn)行信令跟蹤，判斷更新失敗的原因。

4 EPS FB接入時(shí)延信令分析與優(yōu)化

5G SA語音EPS FB流程復(fù)雜，涉及終端、4G基站、5G基站、4G核心網(wǎng)、5G核心網(wǎng)以及IMS域等。EPS FB接入時(shí)延分析主要基于終端側(cè)信令流程分為多個(gè)不同階段。信令包含SIP消息和L3信令部分。EPS FB接入時(shí)延分段及各段的典型值如圖4所示，分為T1～T7共7個(gè)階段，總典型值為4 s左右。

圖4 EPS FB時(shí)延流程分段

針對(duì)呼叫建立時(shí)延問題，采用流程分段來分析。

（1）T1段（起呼），從主叫起呼到B1測(cè)量控制下發(fā)。

主要信令過程包括：

①NR側(cè)RRC Request到NR側(cè)Invite，主要為UE在idle狀態(tài)下發(fā)起業(yè)務(wù)，先進(jìn)行RRC建鏈過程。它主要核查是否存在空口覆蓋或者干擾等原因?qū)е驴湛趤G包等。

②SIP消息Invite到SIP消息100 Trying。該過程在P_CSCF收到主叫的invite消息后，先給UE發(fā)送100 Trying，然后再與PCF交互。

③SIP消息100 Trying到B1測(cè)量控制下發(fā)RRCReconfiguration。主叫側(cè)收到100 Trying后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)P_CSCF（SBC）向5GC、gNodeB請(qǐng)求專有承載的建立。gNodeB根據(jù)配置，拒絕QCI=1的建立并觸發(fā)EPS FB的流程。此時(shí)gNodeB向UE發(fā)送B1測(cè)量控制消息，若該過程時(shí)延較大，主要在P_CSCF（SBC）、SMF、AMF以及gNodeB上進(jìn)行抓包分析，重點(diǎn)關(guān)注SMF與AMF處理流程。

（2）T2段（測(cè)量），從B1測(cè)量控制下發(fā)RRCReconfiguration到B1測(cè)量上報(bào)Measurement Report。如果此段時(shí)延比較大，主要原因?yàn)閁E內(nèi)部對(duì)外部信號(hào)測(cè)量機(jī)制導(dǎo)致，包括終端原因、無線覆蓋弱以及異頻頻點(diǎn)配置不合理等[5]。

（3）T3段（切換判決），從B1測(cè)量上報(bào)MeasurementReport到切換命令MobilityFromNRCommand。該段時(shí)延主要涉及gNodeB收到B1測(cè)量報(bào)告后選擇切換目標(biāo)小區(qū)，通過AMF、N26接口、MME以及eNodeB預(yù)留切換資源，且可通過單用戶抓包分析定位處理過程中時(shí)延較長(zhǎng)的點(diǎn)。

（4）T4段（回落），從收到切換命令Mobility FromNRCommand到發(fā)送TAU請(qǐng)求。

①切換命令到切換完成RRCConnectionReconfigurationComplete，主要是切換執(zhí)行階段。如果時(shí)延較長(zhǎng)，主要考慮空口因素導(dǎo)致的時(shí)延增加，如覆蓋陡降等場(chǎng)景。

②切換完成到TAU Request，此段主要為UE在LTE側(cè)入網(wǎng)過程中接入、UE能力查詢階段。此過程要考慮空口的覆蓋、干擾影響的時(shí)延，還需要考慮無線與核心網(wǎng)交互之間是否帶來額外時(shí)延。

（5）T5段（TAU），從TAU Request到TAU Complete。若此段時(shí)延較大，主要在于核心網(wǎng)側(cè)，可在5GC核心網(wǎng)的AMF、SMF網(wǎng)元跟蹤數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。

（6）T6段（被叫建立），從TAU Complete到183 Session Progress。若此段時(shí)延較大，主要為被叫側(cè)引入，可以查看被叫側(cè)UE是處于Idle狀態(tài)還是處于Connect狀態(tài)，以及被叫P_CSCF與PCF之間的交互時(shí)延等。

（7）T7段（振鈴），從183 Session Progress到180 Ring。它主要為主被叫媒體面編解碼協(xié)商的過程與SIP信令面的交互。此段弱時(shí)延較大，要關(guān)注主被叫UE和主被叫P_CSCF（SBC）對(duì)編解碼處理的時(shí)延，以及排查主被叫空口是否由于覆蓋、干擾、切換等因素導(dǎo)致時(shí)延變大。

5 應(yīng)用效果

在深圳移動(dòng)SA語音性能攻堅(jiān)優(yōu)化中，應(yīng)用SA端到端信令面分析與優(yōu)化的方法，識(shí)別出4個(gè)維度12類問題，并從語音策略、端到端流程和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（鄰區(qū)、NR/FDD1800質(zhì)差）3個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化提升，使得SA語音整體指標(biāo)達(dá)成目標(biāo)。

經(jīng)過11輪測(cè)試優(yōu)化，SA語音信令端到端優(yōu)化效果如下：

（1）EPS FB接通率從81%提升到99.69%，解決的典型問題包括：

①因5G至4G重定向TAU拒絕導(dǎo)致EPS FB失敗，MME完成升級(jí)后已解決；

②修補(bǔ)全網(wǎng)5G至4G鄰區(qū)1萬余條，解決了200多個(gè)由于鄰區(qū)漏配、PCI混淆以及鄰區(qū)一致性等問題導(dǎo)致的EPS FB失敗問題；

③通過RF調(diào)整優(yōu)化FDD1800質(zhì)差問題點(diǎn)200多個(gè)，提升EPS FB回落成功率；

④因5GC、DNS數(shù)據(jù)不全導(dǎo)致語音建立失敗，定位核心網(wǎng)問題約10多個(gè)。

（2）EPS FB時(shí)延達(dá)標(biāo)率從96.46%提升年到98.45%，典型經(jīng)驗(yàn)與優(yōu)化措施包括：

①EPS FB由切換模式改為盲重定向模式，時(shí)延提升約250 ms，并全網(wǎng)推廣；

②鄰區(qū)乒乓切換優(yōu)化，即全網(wǎng)優(yōu)化乒乓切換問題點(diǎn)150多個(gè)，減少切換時(shí)延約1 s；

③通過RF調(diào)整優(yōu)化回落至FDD1800質(zhì)差小區(qū)的問題點(diǎn)200多個(gè)，降低回落時(shí)延；

④升級(jí)網(wǎng)絡(luò)版本解決流程沖突導(dǎo)致的EPS FB時(shí)延大。

（3）Fast Return返回時(shí)延從7 s減少到1.3 s，解決的典型問題包括：

①2.6 GHz與4.9 GHz多頻組網(wǎng)問題，通過調(diào)整策略讓FR不再返回4.9 GHz，降低FR時(shí)延；

②NR質(zhì)差問題，通過RF優(yōu)化解決NR質(zhì)差和弱覆蓋問題約200多個(gè)，降低了FR時(shí)延。

深圳示范網(wǎng)格SA語音指標(biāo)11輪優(yōu)化指標(biāo)提升過程情況如圖5所示。

圖5 深圳示范網(wǎng)格SA語音11輪優(yōu)化指標(biāo)提升情況

6 結(jié)語

語音業(yè)務(wù)是5G SA網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)之一。在SA網(wǎng)絡(luò)商用之前，通過遍歷測(cè)試充分發(fā)現(xiàn)并解決網(wǎng)絡(luò)問題是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的主要手段，有效保障語音“打得通，聽得清，不掉話”體驗(yàn)，是5G SA語音網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的里程碑。本文介紹了SA語音EPS FB和Fast Return的業(yè)務(wù)流程與策略，結(jié)合實(shí)際網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)，剖析了EPS FB和Fast Return的端到端信令流程。針對(duì)信令過程中的各種失敗問題和時(shí)延問題，詳細(xì)分析可能的原因和優(yōu)化措施，提出了一套5G SA語音分析與優(yōu)化方法。