VoLTE終端SRVCC測量機制優化及應用

趙琳+李燕+曹蕾

【摘 要】VoLTE商用初期，SRVCC性能指標對用戶體驗至關重要。以LTE SRVCC到GSM網絡為例，主要探討VoLTE終端SRVCC測量機制對SRVCC測量時間的影響，提出了“利用CDRX休眠期進行異頻異系統測量”和“GSM優先測量”聯合優化方案，并成功應用到主流芯片，提升了SRVCC切換成功率，保障了VoLTE商用初期的用戶體驗。

【關鍵詞】VoLTE SRVCC LTE連接態

Optimization and Application of SRVCC Measurement Mechanism for VoLTE Device

[Abstract] In the early stage of VoLTE commercial applications， SRVCC performance metrics are important to the user experience. Based on LTE SRVCC and GSM networks， impacts of SRVCC measurement mechanism of VoLTE terminal on the measurement time were discussed. The joint optimization scheme combined ‘disparate frequency and system measurement using CDRX inactivity period with ‘GSM priority measurement was proposed which was applied to the mainstream chip. It not only enhances SRVCC handover success rate， but guarantees the user experience in the early stage of VoLTE commercial applications as well.

[Key words]VoLTE SRVCC LTE connection mode

1 引言

在VoLTE覆蓋邊緣或者弱覆蓋區域，3GPP引入SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）特性將VoLTE話音切換到2G/3G電路域保證話音連續性。因此，在VoLTE商用初期，由于LTE網絡覆蓋不完整，SRVCC切換性能對用戶在小區邊緣掉話率有著決定性影響。

本文將介紹終端LTE連接態異頻異系統測量標準方案，分析并驗證終端SRVCC測量性能與網絡配置異頻異系統頻點的關系。給出VoLTE終端SRVCC測量時間優化目標，提出VoLTE終端SRVCC測量機制優化方向及方案，并在典型SRVCC場景下對優化方案進行驗證測試。

2 終端SRVCC測量機制3GPP標準方案

2.1 3GPP標準方案介紹

終端在VoLTE通話過程中移動到LTE弱覆蓋區域時，網絡會通過下發A測量事件配置終端對服務小區異頻鄰區列表進行測量。如果有滿足條件的LTE異頻鄰區，終端將會通過測量報告上報網絡，發起LTE系統內切換。

如果服務小區信號繼續減弱，且沒有合適LTE異頻目標小區上報，網絡會繼續下發B測量事件配置服務小區的異系統鄰區列表作為測量對象，終端同時對LTE異頻鄰區以及異系統鄰區進行測量。如果有滿足條件的LTE異頻鄰區或者異系統鄰區，終端將會通過測量報告上報網絡，發起LTE系統內切換或SRVCC切換。

定義終端在收到配置異系統鄰區的B測量事件到終端發送滿足條件異系統鄰區的測量報告之間的時間為終端的SRVCC測量時間。下文將以LTE連接態測量GSM小區為例探討終端SRVCC測量機制對SRVCC測量時間的影響。

（1）GSM幀結構及小區搜索

GSM空中接口以幀為單位，一個幀的長度4.615 ms。

51個GSM復幀組成了一個GSM超幀。用于頻率同步的FCCH包含在Frequency Burst（FB）中，FB出現在51個復幀中的0、10、20、30、40復幀的第一個時隙。用于幀同步的SCH包含在Synchronization Burst（SB）中，SB出現在FB之后第一個復幀。GSM幀結構如圖1所示。

GSM小區搜索主要分為兩大步驟：RSSI檢測和BSIC識別確認。

其中，RSSI檢測步驟中，終端需要在一定的測量時長內對網絡配置的所有GSM鄰區列表中的載波RSSI進行測量。當所有GSM載波RSSI檢測完成后，應按照RSSI強弱降序排列最強的N個小區。

BSIC識別確認應該按照降序順序來對N個最強的GSM載波進行BSIC識別。包含如下步驟：

GSM FCCH檢測：為了檢測到FB，終端必須將射頻調到GSM頻點并且對包含在FB中的信號進行持續的相關檢測。FB在51個復幀中的0、10、20、30、40幀的第一個時隙。所以在網絡情況比較好的情況下，對于GSM FCCH的連續檢測最多不超過11個GSM幀，也就是11×60/13=11×4.61 ms。

GSM SCH檢測：GSM SB是由GSM SCH來承載，緊跟在FB之后的幀。GSM SCH解碼需要在FB檢測之后進行。

（2）LTE連接態對GSM測量機制

上節描述了對GSM進行連續檢測的小區搜索機制，而終端SRVCC測量受限于終端處于LTE連接態。按照3GPP標準規定，終端在LTE連接態時采用基于MeasurementGAP的測量方式進行異頻以及異系統的測量，如圖2所示（以MGRP=40 ms為例）。

終端收到包含異頻以及異系統鄰區列表測控事件后，按照網絡側對MeasurementGAP的配置來進行測量。MeasurementGAP周期可以配置為40 ms或者80 ms，MeasurementGAP時長為6 ms。

終端嘗試在LTE配置的MeasurementGAP中對所有的LTE異頻鄰區及異系統鄰區頻點進行輪詢的測量。LTE/TDS/WCDMA頻點可以在一次MeasurementGAP中完成測量，而GSM頻點需要多個MeasurementGAP才能完成一次測量。由圖2可以看出，終端嘗試對GSM頻點進行測量并進行BSIC識別時，具體時延依賴于LTE服務小區配置的MeasurementGAP與GSM時隙的匹配情況。

2.2 標準方案性能分析

終端在VoLTE通話時移動到LTE小區覆蓋邊緣時，處于LTE連接態。如上所述LTE連接態的終端需要基于MeasurementGAP來進行異頻和異系統的測量。

由于GSM幀結構的特殊性，終端無法在一個MeasurementGAP周期內完成對GSM載波的測量，需要多個MeasurementGAP周期才能完成。

由于LTE與GSM空中接口并沒有嚴格同步對齊機制，終端需要多少個MeasurementGAP周期才能完成對單個GSM載波的測量是無法預計的，其會呈現概率性分布。

一般而言，VoLTE商用后SRVCC發生場景網絡會同時配置多個LTE異頻及異系統頻點，比如外場典型配置LTE 3個異頻頻點，32個GSM頻點。網絡配置后，終端對異頻及異系統測量對象進行輪詢測量，進一步降低了終端能夠對GSM頻點進行測量的時間以及連續性，引起終端SRVCC測量時間較長，容易導致高速及快衰環境下SRVCC切換失敗。

3 標準方案測試結果

3.1 測試方案

為了弄清SRVCC測量期間異頻異系統鄰頻個數對終端SRVCC測量時間的影響，以及SRVCC測量時長的概率分布情況，設計的測試方案如下：

（1）測試場景A：保持網絡配置GSM鄰區頻點為16個時，測試配置0、1、2、3個不同LTE頻點對SRVCC測量時長的影響。異系統測量控制事件采用B1事件。

（2）測試場景B：保持LTE異頻頻點為3個時，測試配置8、16、32個不同GSM頻點對SRVCC測量時長的影響。異系統測量控制事件采用B1事件。

3.2 測試數據

由于SRVCC測量時間具備概率分布性，按照對所有測試數據進行統計平均的方法無法反映真實的測試結果，所以本文對SRVCC測量時間的測試數據均按照CDF（概率分布曲線）方式進行處理。CDF圖橫軸為SRVCC測量時間，單位為s；縱軸為概率。主要關注80%以內概率分布區間的測試數據。

廠商1在測試場景A，即不同LTE異頻頻點和16個GSM頻點的測試數據對比如圖3所示：

廠商2在測試場景A，即不同LTE異頻頻點和16個GSM頻點的測試數據對比如圖4所示：

綜合廠商1和廠商2在場景A下的測試數據可知：

（1）0個LTE異頻時SRVCC測量時間大約為3 s左右；

（2）1個LTE異頻時SRVCC測量時間大約為8 s左右；

（3）2個LTE異頻時SRVCC測量時間大約為12 s左右；

（4）3個LTE異頻時SRVCC測量時間大約為15 s左右。

廠商1在測試場景B，即3個LTE異頻頻點和不同GSM頻點的測試數據對比如圖5所示：

廠商2在測試場景B，即3個LTE異頻頻點和不同GSM頻點的測試數據對比如圖6所示：

3.3 測試結論

綜合兩個終端廠商在測試場景A和B的測試數據，分析結論如下：

（1）在終端SRVCC測量過程中，配置LTE異頻頻點的個數對SRVCC測量時間影響較大，成正比關系。

（2）配置相同LTE異頻，不同GSM頻點數對SRVCC測量時間無明顯影響。

而且，在外場典型配置3個LTE異頻頻點場景下，本次測試在步行環境下終端SRVCC切換成功率僅有60%。通過分析log發現主要原因為SRVCC測量時間太長，終端在發送測量報告之前LTE已掉話。因此，本次測試驗證了3GPP標準測量方案無法滿足SRVCC性能商用要求，需要對終端SRVCC測量機制進行優化。

4 SRVCC測量機制優化方案

為了縮短SRVCC測量時間，主要從以下兩個優化方向考慮：

（1）優化方向1：增加終端在LTE連接態能夠用于異頻異系統測量的時間。

（2）優化方向2：由于SRVCC測量時間主要與配置LTE異頻頻點個數成正比，減少LTE異頻頻點可以大幅縮短SRVCC測量時延。

同時對標3G網絡的現網優化指標，確定SRVCC測量時間優化目標為3 s左右。

4.1 利用CDRX休眠期進行異頻異系統測量優化方案

（1）方案介紹

根據優化方向1，終端在VoLTE通話期間，在網絡下發B1/B2測量控制事件后，利用CDRX休眠期的空閑時間來進行異頻異系統測量。終端實現本優化方案能夠最大限度地增長異頻異系統測量時間并降低對終端功耗的影響。利用CDRX休眠期進行異頻異系統測量方案如圖7所示。

本優化方案的實現需要改變目前終端在CDRX休眠期進入淺睡眠的狀態機制，用于進行異頻異系統頻點的測量。而且，終端能否進入CDRX休眠期以及進入休眠期的時長取決于終端在VoLTE通話期間的話音模式、是否并發數據業務、CDRX周期等相關參數配置，所以本優化方案在各種場景下終端能夠利用CDRX休眠期進行測量的時間也不相同，性能增益無法準確估計。

（2）測試數據

某廠商在CDRX周期配置為40 ms，異系統測量控制事件采用B1事件。保持網絡配置GSM鄰區頻點為16個時，測試配置不同LTE頻點對SRVCC測量時長的影響的測試。

對該優化方案進行測試驗證，在3個LTE異頻配置下，終端SRVCC測量時間80%概率小于7 s左右。如理論分析預計，利用CDRX休眠期增加了終端能夠用于異頻異系統測量的時間，提升了終端SRVCC測量性能，且對終端功耗影響較小。但7 s左右的SRVCC測量時間仍然無法滿足VoLTE商用要求，且此優化方案受到CDRX周期配置、話音模式、并發業務等因素影響，性能進一步提升的空間有限，所以需要聯合考慮其他優化方案。

4.2 GSM優先測量方案

（1）方案介紹

根據優化方向2，在網絡側配置B1/B2事件后，終端分配更多連續的MeasurementGAP用于GSM頻點的測量，來提高GSM BSIC同步的概率，縮短SRVCC測量時延。GSM優先測量優化方案如圖8所示。

（2）聯合優化方案測試數據

終端采用CDRX休眠期測量及GSM優先測量聯合優化方案，保持網絡配置3個LTE異頻鄰區，測試不同CDRX周期對終端SRVCC測量時間的影響。異系統測量控制事件采用B1事件。在不同CDRX周期參數對比測試數據如圖9所示。

綜上所述，可以看出終端在實現CDRX休眠期以及GSM優先測量聯合優化方案后，CDRX周期配置越長，對終端SRVCC測量性能改善越明顯，符合理論分析預期。在VoLTE商用參數CDRX周期參數配置為40 ms時，SRVCC測量時間80%概率降低到3 s左右，基本滿足VoLTE商用條件。

5 聯合測量優化多場景驗證測試

5.1 測試方案

為了驗證聯合優化方案在商用典型場景下的SRVCC性能是否能夠滿足商用要求，設計多場景驗證測試方案如下：

測試場景分為電梯間、室內外、慢速移動及中速移動場景。

在各個場景下，異系統測量控制事件采用B1事件，保持GSM鄰區頻點數一定，分別配置不同LTE異頻鄰區（8、6、4、3、2、1個LTE異頻），測試終端在不同場景下SRVCC測量時延。

5.2 測試數據

廠商1測試數據如圖10所示。

廠商2測試數據如圖11所示。

5.3 測試結論

終端在多個典型商用場景下SRVCC測量時延80%概率均在在3 s以內，且SRVCC切換成功率可以達到98%左右，基本滿足VoLTE商用條件。

本文提出的利用CDRX休眠期進行異頻異系統測量及GSM優先測量聯合優化方案性能基本不受到網絡配置LTE異頻個數的影響，將來運營商增加LTE部署頻段時，可以保證現有存量終端SRVCC測量性能不受影響。

6 結束語

本文介紹了終端SRVCC測量機制3GPP標準方案，分析并驗證了標準方案的SRVCC測量性能。針對標準方案的不足，給出了終端SRVCC測量時間的優化目標和優化方向，提出了“利用CDRX休眠期進行異頻異系統測量”和“GSM優先測量”聯合優化方案，分析并驗證了聯合優化方案在不同CDRX參數下、不同SRVCC場景下以及不同LTE異頻配置情況下的測量時延及切換性能，將SRVCC測量時間由優化前17 s左右控制在3 s左右（3個LTE異頻，80%概率），提升了SRVCC切換成功率，顯著改善了用戶體驗，成功推進了VoLTE商用。

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