5G SA語音端到端信令面分析與優(yōu)化方法*

黃智瀛，白錫添，杜安靜

（中國移動通信集團廣東有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518038）

0 引言

5G有非獨立組網（Non-Stand Alone，NSA）和獨立組網（Stand Alone，SA）兩種組網方式[1]。5G NSA網絡語音主要采用VoLTE的解決方案，由4G LTE網絡承載。5G SA網絡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網絡（無線網+核心網）和IMS系統(tǒng)承載語音業(yè)務。EPS Fallback主要指從NR回落到4G LTE通過VoLTE的方式實現(xiàn)語音業(yè)務[2]。在當前5G SA階段，主要采用EPS Fallback方式。在EPS Fallback通話結束后，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組網與NSA組網的語音業(yè)務差異明顯，信令承載在NR側，信令面（接入、切換和掉話）優(yōu)化分析需基于NR網絡，無法繼承NSA網絡LTE信令面優(yōu)化，因而需要全新的信令面分析方法來應對語音體驗的挑戰(zhàn)。5G SA路測優(yōu)化中，語音業(yè)務相關的指標主要有EPS FB和FR的成功率與時延等。本文結合實際網絡優(yōu)化經驗，詳細剖析5G SA語音端到端信令流程，總結出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)務流程與策略

當5G網絡還沒有部署VoNR時（即NR還無法提供語音業(yè)務承載時），語音業(yè)務采用回落的方式，即EPS FB的方式承載到LTE[3]。EPS FB按照執(zhí)行方式分為基于重定向和基于切換兩種方式。同時，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)務判決流程分別如圖1所示。

圖1 EPS FB與Fast Return的業(yè)務流程

EPS FB和FR的業(yè)務流程主要通過制定對應的策略實現(xiàn)。制定策略時需要綜合考慮語音業(yè)務建立時延和數(shù)據業(yè)務中斷時延等因素。

深圳移動5G SA語音策略如下：

（1）EPS FB回落LTE頻點只配置錨點FDD 1800和室分的E/F頻點，同時通過優(yōu)先級+連接態(tài)頻率偏置的設置，確保只有在室內區(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，覆蓋不連續(xù)，F(xiàn)ast Return只返回到2.6 GHz覆蓋層。

2 EPS FB路測信令分析與優(yōu)化

5G SA語音路測優(yōu)化時如果發(fā)現(xiàn)EPS FB問題，則進入路測信令分析過程。該過程主要是根據路測信令對比EPS FB正常流程進行分析，從而確認導致EPS FB失敗的場景和原因，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應的分析與優(yōu)化方法如下。

步驟1：當UE發(fā)起EPS FB呼叫時，主叫UE發(fā)送ESR后，NR側核實是否成功建立RRC。若未成功，則確認當前NR覆蓋情況。如果覆蓋正常且RRC建立失敗或無響應，則依據NR隨機接入失敗的定位方法分析NR側問題。

步驟2：檢查主叫NR gNodeB側是否發(fā)送測量控制，若未下發(fā)B1測控，則：

（1）檢查對應小區(qū)的移動性開關和EPS FB開關是否開啟；

（2）核查該站點4G鄰區(qū)是否添加；

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

步驟3：UE是否上報B1測量報告，若未上報，則：

（1）檢查小區(qū)的B1測量報告上報的判決周期設置是否正常；

（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）檢查對應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LTE的鄰區(qū)是否存在PCI沖突；

（3）在gNodeB進行信令跟蹤，檢查是否5GC核心網導致的切換命令未下發(fā)；

（4）如果所有的鄰區(qū)切換準備都失敗，則根據頻點優(yōu)先級盲重定向至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側分析RRC接入失敗的具體原因。LTE側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MME側進行信令跟蹤，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AMF和gNodeB側的信令來定位問題。

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側返回的錯誤碼判斷失敗原因。比如，返回錯誤代碼487，表示IMS側存在異常。

3 Fast Return路測信令分析與優(yōu)化

5G SA語音路測優(yōu)化時如果發(fā)現(xiàn)FR問題，則進入路測信令分析過程。該過程主要是根據路測信令對比FR正常流程進行分析，從而確認導致FR失敗的場景和原因，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應的分析與優(yōu)化方法如下。

步驟1：當EPS FB呼叫結束后，檢查主叫LTE側是否發(fā)送B1測量控制。若未下發(fā)，則：

（1）檢查對應LTE小區(qū)的移動性開關和Fast Return開關是否打開；

（2）核查站點的5G鄰區(qū)是否添加；

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

（4）檢查UE的切換策略，即對于存在的QCI，有無設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B1測量報告，若未上報，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LTE側是否觸發(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)關系；

（3）檢查NR的鄰區(qū)是否存在PCI沖突；

（4）在eNodeB側進行信令跟蹤，排查是否為5GC核心網導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NR側的覆蓋、干擾以及容量等情況，按常規(guī)流程分析NR側的RRC接入問題。

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

4 EPS FB接入時延信令分析與優(yōu)化

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

圖4 EPS FB時延流程分段

針對呼叫建立時延問題，采用流程分段來分析。

（1）T1段（起呼），從主叫起呼到B1測量控制下發(fā)。

主要信令過程包括：

①NR側RRC Request到NR側Invite，主要為UE在idle狀態(tài)下發(fā)起業(yè)務，先進行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導致空口丟包等。

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測量控制下發(fā)RRCReconfiguration。主叫側收到100 Trying后，網絡側P_CSCF（SBC）向5GC、gNodeB請求專有承載的建立。gNodeB根據配置，拒絕QCI=1的建立并觸發(fā)EPS FB的流程。此時gNodeB向UE發(fā)送B1測量控制消息，若該過程時延較大，主要在P_CSCF（SBC）、SMF、AMF以及gNodeB上進行抓包分析，重點關注SMF與AMF處理流程。

（2）T2段（測量），從B1測量控制下發(fā)RRCReconfiguration到B1測量上報Measurement Report。如果此段時延比較大，主要原因為UE內部對外部信號測量機制導致，包括終端原因、無線覆蓋弱以及異頻頻點配置不合理等[5]。

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

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

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

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

（5）T5段（TAU），從TAU Request到TAU Complete。若此段時延較大，主要在于核心網側，可在5GC核心網的AMF、SMF網元跟蹤數(shù)據包進行分析。

（6）T6段（被叫建立），從TAU Complete到183 Session Progress。若此段時延較大，主要為被叫側引入，可以查看被叫側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。此段弱時延較大，要關注主被叫UE和主被叫P_CSCF（SBC）對編解碼處理的時延，以及排查主被叫空口是否由于覆蓋、干擾、切換等因素導致時延變大。

5 應用效果

在深圳移動SA語音性能攻堅優(yōu)化中，應用SA端到端信令面分析與優(yōu)化的方法，識別出4個維度12類問題，并從語音策略、端到端流程和基礎網絡（鄰區(qū)、NR/FDD1800質差）3個方面進行優(yōu)化提升，使得SA語音整體指標達成目標。

經過11輪測試優(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拒絕導致EPS FB失敗，MME完成升級后已解決；

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

③通過RF調整優(yōu)化FDD1800質差問題點200多個，提升EPS FB回落成功率；

④因5GC、DNS數(shù)據不全導致語音建立失敗，定位核心網問題約10多個。

（2）EPS FB時延達標率從96.46%提升年到98.45%，典型經驗與優(yōu)化措施包括：

①EPS FB由切換模式改為盲重定向模式，時延提升約250 ms，并全網推廣；

②鄰區(qū)乒乓切換優(yōu)化，即全網優(yōu)化乒乓切換問題點150多個，減少切換時延約1 s；

③通過RF調整優(yōu)化回落至FDD1800質差小區(qū)的問題點200多個，降低回落時延；

④升級網絡版本解決流程沖突導致的EPS FB時延大。

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

①2.6 GHz與4.9 GHz多頻組網問題，通過調整策略讓FR不再返回4.9 GHz，降低FR時延；

②NR質差問題，通過RF優(yōu)化解決NR質差和弱覆蓋問題約200多個，降低了FR時延。

深圳示范網格SA語音指標11輪優(yōu)化指標提升過程情況如圖5所示。

圖5 深圳示范網格SA語音11輪優(yōu)化指標提升情況

6 結語

語音業(yè)務是5G SA網絡的基本業(yè)務之一。在SA網絡商用之前，通過遍歷測試充分發(fā)現(xiàn)并解決網絡問題是網絡優(yōu)化的主要手段，有效保障語音“打得通，聽得清，不掉話”體驗，是5G SA語音網絡建設的里程碑。本文介紹了SA語音EPS FB和Fast Return的業(yè)務流程與策略，結合實際網絡優(yōu)化經驗，剖析了EPS FB和Fast Return的端到端信令流程。針對信令過程中的各種失敗問題和時延問題，詳細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。