TD-LTE網絡CSFB時延優化研究

李卓,戴雅偉（中國移動通信集團河北有限公司石家莊分公司，石家莊 050011）

TD-LTE網絡CSFB時延優化研究

李卓,戴雅偉
（中國移動通信集團河北有限公司石家莊分公司，石家莊 050011）

摘 要TD-LTE建網初期，話音業務目前使用CSFB方式，存在的主要問題為時延較長。優化前石家莊TD-LTE網絡CSFB時延為11.08 s，通過詳細分析CSFB信令流程，找出非重要信令開關、TCH立即指配、UE不活動定時器、被叫選擇性鑒權等4類可優化參數，分別進行對比驗證，時延縮短效果明顯，并通過總結優化成果，綜合調整網絡參數。通過優化調整，石家莊CSFB時延已縮短至10 s以內，優化效果顯著，有效提升網絡運行質量與客戶感知。

關鍵詞TD-LTE網絡；CSFB；時延優化

在TD-LTE網絡建設初期，出于對CS投資的保護，結合TD-LTE網絡的部署策略，話音業務利用成熟的2G/3G網絡，而TD-LTE網絡僅處理數據業務（包括IMS數據業務）。這種情況下，采用CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落（話音回落））技術，即TD-LTE覆蓋下的UE在處理話音業務時，終端先回退到CS（電路域）網絡，在CS網絡處理話音業務；這樣就實現了使用現有的CS域設備來為TD-LTE網絡中的用戶提供傳統的話音業務的目的。同時CSFB的使用是有前提條件的，那就是只有在TD-LTE與2G/3G的重疊覆蓋區域，并且用戶具有CSFB功能的時候，才能使用電路域回落。鑒于現網2G網絡覆蓋率較3G網絡更為成熟，重疊覆蓋區域更廣泛，同時為降低方案實施代價，避免現網改造，因此現網CSFB策略采用回落到2G小區。

因為TD-LTE終端使用CSFB方式進行話音業務時需從TD-LTE回落到2G，涉及大量的信令交互與判決，目前存在的主要問題為時延較長，優化前石家莊TD-LTE網絡CSFB時延為11.08 s，時延較長，影響客戶感知，因此需要進行流程研究與參數優化以縮短時延，提升感知。

1　CSFB流程分析

通過分析，CSFB主叫及被叫通話的建立流程大致相同，只是被叫通話多了一步尋呼UE的過程，具體詳細流程如圖1所示，其中流程（1）到流程（5）即為CSFB額外引入的流程， 流程（6）同GSM現網基本一致，下面詳細介紹具體流程。

圖1　CSFB流程

1.1UE接收TD-LTE尋呼

CSFB被叫UE流程，首先在GSM核心網側分配MSRN和接收IAM（MSRN），其過程與現網相同，隨后MSC將通過CSFB新建的SGs接口把尋呼下發給MME，MME收到后，在TD-LTE側尋呼UE，待UE回落至GSM后，發送尋呼響應至MSC，空口信令為Paging，目前未發現可優化參數。

1.2UE起呼

CSFB主被叫UE流程，UE在TD-LTE側發起呼叫，發送Extended Service Request消息給網絡側MME，消息中攜帶Type指示呼叫為MO CSFB或MT CSFB，空口信令流程如表1所示，目前發現可以通過優化UE不活動定時器縮短RRC連接時延。

表1　UE起呼信令流程圖

1.3TD-LTE指引UE回落

CSFB主被叫UE流程，MME在用戶連接態時給eNode B下發UE Context Modification Request，在用戶空閑態時給eNode B下發Initial Context Setup Request，均攜帶CSFB標識，根據此標識eNode B下發R8重定向命令（RRC Connection Release）給UE，其中攜帶GSM鄰區頻點信息，指引UE回落至GSM網絡，空口信令流程如表2所示，目前未發現可優化參數。

表2　LTE指引UE回落信令流程圖

1.4終端模式轉換、搜索指定2G頻點、與2G小區同步

CSFB主被叫UE流程，UE接收到重定向命令后，將進行模式轉換（由4G模式轉換為2G模式），并根據重定向命令中指定的2G頻點搜索并與回落目標2G小區完成同步，無空口信令，目前未發現可優化參數。

1.5UE讀取2G廣播消息

UE若支持緩讀GSM系統消息System Information 13功能，則讀全SystemInformation1和SystemInformation3后即可建立GSM通話，空口信令為系統消息，目前未發現可優化參數。

1.6建立GSM通話

CSFB主被叫UE流程，該過程可同現網流程，包括尋呼響應、終端多模能力上報、網絡要求終端上報IMEI/IMSI、鑒權、信道指派并建立通話等。空口信令交互最為頻繁，流程如表3所示，目前發現可以優化的參數有6個，分別是：優化TCH立即支配縮短信道分配時延、優化被叫選擇性鑒權縮短鑒權時延、優化IDRQ縮短身份驗證時延、優化3G ClassMark縮短3G手機能力查詢時延、優化ECSC縮短手機能力查詢時延和優化SDCCH等待測量報告縮短測量報告時延。

2　流程優化

CSFB主叫及被叫通話的6步驟建立流程共涉及35條空口信令交互，可細化為20個子流程，如表1所示，其中信令交互最為頻繁的是（5）建立GSM通話步驟，對比普通GSM話音業務，CSFB業務較為特殊，首先其駐留TD-LTE網絡時已經發生的鑒權等流程可簡化，

其次CSFB業務結束后立即返回TD-LTE網絡，不涉及本次話音業務和返回作用的能力查詢可簡化，分析（5）建立GSM通話步驟共找到可優化的參數3類，分別是：非重要信令開關（包括：IDRQ+3G ClassMark +ECSC+SDCCH等待測量報告功能）、TCH立即支配、被叫選擇性鑒權，此外UE起呼階段可通過修改UE不活動定時器時長縮短時延。

表3　建立GSM通話信令流程圖

綜上所述，整體時延優化參數共涉及4類參數，分別是：非重要信令開關（包括：IDRQ+3G ClassMark +ECSC+ SDCCH等待測量報告功能），TCH立即支配與被叫選擇性鑒權與UE不活動定時器，根據每類參數的功能進行優化調整并觀察時延縮短效果，甄選出有效優化參數進行組合，以達到整體時延縮短的目的。

2.1非重要信令開關優化

2.1.1 功能介紹

（1）IDRQ：在GSM網絡是為了記錄呼叫話單，需要查詢用戶的IMSI信息，是BSC自己構造的直傳消息。

（2）3G ClassMark：是網絡為了獲取終端的Utran能力，向終端下發的Utran能力查詢功能，以判斷終端是否支持3G網絡，是否允許終端發起向3G網絡的切換。由于目前不支持GSM到TD-SCDMA的切換，所以網絡可以不用獲取信息。

（3）ECSC：配置為中高度時，當MSC查詢UE 的2G類標時，BCS用已獲取的類標直接反饋給MSC，避免了再次查詢終端類標的流程。

（4）SDCCH等待測量報告功能開關：當打開SDCCH等待測量報告功能后，呼叫會在SDCCH信道上達到一定的駐留時長再進行指配流程，如有2～3個測量報告的延遲，就會導致信道激活時長增加，最終使整個呼叫建立的時長增加，關閉可以減少呼叫延時。

2.1.2 實施方案

非重要信令開關（包括IDRQ+3G ClassMark +ECSC+ SDCCH等待測量報告功能）時延優化因為不涉及切換重選，因此采用定點CQT測試方式進行，選取一個與GSM網同覆蓋的TD-LTE網站點，分別在參數實施前與實施后采用PROBE+D2進行10次CQT定點CSFB測試。實施后對網絡進行監控比對測試結果進行分析。

2.1.3 方案總結

參數修改后該站下CSFB平均時延為10.043 s，較參數修改前CSFB時延11.024 s有近1 s的時延縮短，優化措施有效。在對時延要求較高的場景下，可以關閉IDRQ、Utran ClassMark功能， 優化ECSC和跳頻方式，可有效縮短話音時延，提升客戶感知。

2.2TCH立即指配優化

2.2.1 功能介紹

TCH立即指配功能是終端在建立信令時就建立在TCH上，而不建立在SD上，網絡直接在TCH信道上完成鑒權、加密以及其他一些信令交互，并完成后續的呼叫建立過程（此時的TCH信道是被當作信令信道使用的）。當收到MSC下發的Assignment Request消息，BSC通過模式修改命令將用于信令交互的TCH信道修改為真正的業務信道；在業務指派時不需要更新無線信

道，只需要更新無線信道標識，改善了指派過程的時間。優點：通過開啟TCH立即指配功能，可以提高CSFB業務的接續速度。缺點：使用TCH會占用更多的信道，增加了無線資源利用率，易造成GSM網絡擁塞。

2.2.2 實施方案

TCH立即指配開啟后，對于縮短呼叫業務時延起到了積極的正向增益，但是對GSM網絡也帶來了負面的影響，極大的增加了G網小區網絡擁塞的風險。根據GSM優化經驗：無線利用率低于100%時開啟TCH立即指配開關對小區擁塞率沒有明顯影響；當小區負荷超過100%時小區開始出現輕微擁塞的情況；當在無線利用率達到150%時開啟TCH立即指配功能小區擁塞率會有明顯上升，為保障網絡安全選取了無線利用率低于75%以下的小區進行驗證。同時TCH立即指配開關時延優化因為涉及切換重選，所以采用道路DT測試及定點CQT測試方式進行，選取5個與GSM網同覆蓋的TD-LTE網站點，分別在參數實施前與實施后采用PROBE+D2進行10次CQT定點CSFB測試與DT道路CSFB測試，實施后對網絡進行監控比對測試結果進行分析。

2.2.3 方案總結

（1）定點CQT，對選擇的5個小區開啟TCH立即指配功能驗證，功能開啟前后各進行10次定點測試，刪除回落到未做立即指配的小區，CSFB平均時延從功能開啟前的11.38 s下降到8.13 s，時延減少了3.25 s，時延降低明顯，優化措施有效。

（2）道路DT，功能開啟前后分別采用鼎利+索尼M35T和Probe+D2對周圍涉及道路進行DT拉網測試，保持修改前后測試路線、車速相同。通過統計發現，CSFB主叫約有45%的幾率回落至已開啟TCH立即指配小區，CSFB主叫平均時延縮短了0.4 s左右，優化措施有效。

（3）為網絡安全考慮，GSM開啟TCH立即指配功能的無線利用率門限可以定在75%以下。

（4）為網絡安全考慮，建議該功能嚴格評估小區無線資源利用率，做為臨時的保障手段使用。

（5）開啟該功能，需要提前進行GSM無線利用率門限的驗證，開啟效果和開啟的GSM小區比例強相關。2.3 UE不活動定時器優化

2.3.1 功能介紹

UE不活動定時器用于指示eNode B對UE是否發送和接收數據進行監測，如果UE一直都沒有接收和發送數據，并且持續時間超過該定時器時長，則釋放該UE。增大該參數的配置，在沒有業務的情況下，UE會保持更長的在線時間，占用無線資源，減少正常釋放次數。增加UE不活動定時器，當終端處于連接態發起CSFB業務時，不需要進行RRC連接過程，理論值可以節約時間150 ms。目前CSFB測試呼叫間隔為30 s，只需要將不活動定時器設置為大于等于30 s就可保證終端處于連接態。

2.3.2 實施方案

UE不活動定時器主要涉及切換重選時延，因此采用道路DT測試進行驗證，選取一塊區域進行UE不活動定時器調整實驗。區域內58個基站的UE不活動定時器由10 s修改為35 s。分別在參數實施前與實施后采用PROBE+D2進行DT道路CSFB測試，實施后對網絡進行監控比對測試結果進行分析。

2.3.3 方案總結

道路DT，功能開啟前后分別采用鼎利+索尼M35T和Probe+D2，對區域內基站涉及道路進行DT拉網測試，保持修改前后測試路線、車速相同。通過統計發現，CSFB平均時延從修改前的11.352 s下降到11.094 s，時延減少258 ms，優化措施有效。

2.4被叫選擇性鑒權優化

2.4.1 功能介紹

被叫選擇性鑒權是針對CSFB用戶，回落2G時，對被叫進行鑒權調整，因此CSFB用戶在前期已經在TD-LTE網絡內進行鑒權，因此在CSFB回落過程中重新在GSM鑒權為重復鑒權，影響時延，通過對被叫1/16鑒權和1/4鑒權參數調整，在保障網絡安全的前

提下，可有效減少信令交互，達到縮短CSFB時延的目的。2.4.2 實施方案

被叫選擇性鑒權時延優化因為不涉及切換重選，所以采用定點CQT測試方式進行，選取一個市區MSC Pool進行試驗，分別開啟被叫1/4和1/16鑒權功能。并挑選Pool站點分別在參數實施前與實施后采用PROBE+D2進行20次CQT定點CSFB測試。實施后對網絡進行監控比對測試結果進行分析。

2.4.3 方案總結

選取區域內兩個地點做定點測試，分別在功能開啟前、開啟1/4鑒權和開啟1/16鑒權時各進行20次CSFB呼叫。為排除其他因素對實驗效果的影響，只統計被叫RR Paging Response至RR Assignment Complete的時延。時延從全鑒權的3 287.995 ms，縮短到1/4鑒權的2 778.805 ms與1/16鑒權的2 730.715 ms，達到預期的目的，優化措施有效。

3　總結

通過對非重要信令開關，TCH立即支配，UE不活動定時器時長與被叫選擇性鑒權等四類可優化的參數的優化實施，CSFB時延均得到明顯縮短。

3G ClassMark +ECSC+ SDCCH等待測量報告功能與被叫選擇性鑒權等無負面影響參數今后定為長期優化措施，IDRQ，TCH立即支配與UE不活動定時器時長等存在負面影響參數今后將定為應急優化措施。

目前基于CSFB感知的優化工作已經成為石家莊移動網優日常工作的重要部分，根據實際情況將應急優化措施與長期優化措施組合使用，在持續的優化過程中，2015年省巡檢測試中，石家莊CSFB時延已經穩定縮短至10 s內，網絡運營質量與客戶感知有了明顯提升。

參考文獻

[1] 王映民， 孫韶輝. TD-LTE技術原理與系統設計[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[2] 張燕，彭鵬，黃曉弟. 4G網絡中位置服務業務解決方案[J].電信工程技術與標準化，2015(6).

[3] 王首峰，唐顯莉，程楠. TD-SCDMA向TD-LTE平滑演進的關鍵技術措施[J]. 電信工程技術與標準化，2013(9).

Time-delayoptimization research Of CSFB in TD-LTE network

LI Zhuo, DAI Ya-wei
(China Mobile Group Hebei Co., Ltd. Shijiazhuang Branch, Shijiazhuang 050011, China)

AbstractDuring the early state of TD-LTE network, the voice service is using CSFB method, which has the main defect of long time delay. In 2014 the time-delay of Shijiazhuang TD-LTE network is 11.08 seconds, through a detailed analysis of CSFB signaling processto fi nd out the followingfour categoriesparameters whichcan be optimized ,such as non-critical signaling switches, TCH immediate assignment, UE inactivity timer, called selective authentication .wecompared and found out the shorten of the CSFB delay effect is obvious, by summarizing the results of optimization, comprehensive adjustment of network parameters.The time delay of Shijiazhuang TD-LTE network has been reduced to 10 seconds in 2015. The optimizing effect is signifi cant and effectively improve the network operating quality and customer perception.

KeywordsTD-LTE network； CSFB； time-delay optimization

收稿日期：2015-07-28

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2015）11-0032-05