5G SA語音端到端信令面分析與優化方法*

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系統承載語音業務。EPS Fallback主要指從NR回落到4G LTE通過VoLTE的方式實現語音業務[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，FR）。5G SA組網與NSA組網的語音業務差異明顯，信令承載在NR側，信令面（接入、切換和掉話）優化分析需基于NR網絡，無法繼承NSA網絡LTE信令面優化，因而需要全新的信令面分析方法來應對語音體驗的挑戰。5G SA路測優化中，語音業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化方法。

1 EPS FB和Fast Return的業務流程與策略

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

圖1 EPS FB與Fast Return的業務流程

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

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，同時通過優先級+連接態頻率偏置的設置，確保只有在室內區域回落到室分的E頻段；

（2）FR策略基于最佳性能考慮，FR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，Fast Return只返回到2.6 GHz覆蓋層。

2 EPS FB路測信令分析與優化

5G SA語音路測優化時如果發現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化方法如下。

步驟1：當UE發起EPS FB呼叫時，主叫UE發送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側是否發送測量控制，若未下發B1測控，則：

（1）檢查對應小區的移動性開關和EPS FB開關是否開啟；

（2）核查該站點4G鄰區是否添加；

（3）檢查外部鄰區頻點的優先級是否為推薦的優先級策略。

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；

（3）檢查對應LTE小區是否存在弱覆蓋或者小區故障。

步驟4：檢查NR側是否觸發NR至LTE的切換或者重定向，若未觸發，則：

圖2 基于切換的EPS FB流程

（1）檢查此小區是否配置正確的鄰區；

（2）檢查LTE的鄰區是否存在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；

（4）如果所有的鄰區切換準備都失敗，則根據頻點優先級盲重定向至LTE小區。

步驟5：檢查主叫UE是否在LTE發起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路測信令分析與優化

5G SA語音路測優化時如果發現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側是否發送B1測量控制。若未下發，則：

（1）檢查對應LTE小區的移動性開關和Fast Return開關是否打開；

（2）核查站點的5G鄰區是否添加；

（3）檢查5G鄰區的異頻頻點和外部鄰區頻點的優先級是否正確配置；

（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；

（2）檢查周邊NR小區是否弱覆蓋或者小區故障；

（3）排查UE是否存在問題。

步驟3：檢查LTE側是否觸發LTE至NR的切換或者重定向流程，若沒有觸發，則：

（1）檢查小區是否配置外部鄰區；

（2）檢查小區是否配置鄰區關系；

（3）檢查NR的鄰區是否存在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。

步驟4：檢查主叫UE是否在NR發起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，按常規流程分析NR側的RRC接入問題。

步驟5：檢查主叫UE是否發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。

主要信令過程包括：

①NR側RRC Request到NR側Invite，主要為UE在idle狀態下發起業務，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發送100 Trying，然后再與PCF交互。

③SIP消息100 Trying到B1測量控制下發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EPS FB的流程。此時gNodeB向UE發送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，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到發送TAU請求。

①切換命令到切換完成RRCConnectionReconfigurationComplete，主要是切換執行階段。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狀態還是處于Connect狀態，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語音性能攻堅優化中，應用SA端到端信令面分析與優化的方法，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、NR/FDD1800質差）3個方面進行優化提升，使得SA語音整體指標達成目標。

經過11輪測試優化，SA語音信令端到端優化效果如下：

（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1萬余條，解決了200多個由于鄰區漏配、PCI混淆以及鄰區一致性等問題導致的EPS FB失敗問題；

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

④因5GC、DNS數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鄰區乒乓切換優化，即全網優化乒乓切換問題點150多個，減少切換時延約1 s；

③通過RF調整優化回落至FDD1800質差小區的問題點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輪優化指標提升情況

6 結語

語音業務是5G SA網絡的基本業務之一。在SA網絡商用之前，通過遍歷測試充分發現并解決網絡問題是網絡優化的主要手段，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的業務流程與策略，結合實際網絡優化經驗，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化措施，提出了一套5G SA語音分析與優化方法。