TD-LTE网络CSFB时延优化研究

李卓,戴雅伟（中国移动通信集团河北有限公司石家庄分公司，石家庄 050011）

TD-LTE网络CSFB时延优化研究

李卓,戴雅伟
（中国移动通信集团河北有限公司石家庄分公司，石家庄 050011）

摘 要TD-LTE建网初期，话音业务目前使用CSFB方式，存在的主要问题为时延较长。优化前石家庄TD-LTE网络CSFB时延为11.08 s，通过详细分析CSFB信令流程，找出非重要信令开关、TCH立即指配、UE不活动定时器、被叫选择性鉴权等4类可优化参数，分别进行对比验证，时延缩短效果明显，并通过总结优化成果，综合调整网络参数。通过优化调整，石家庄CSFB时延已缩短至10 s以内，优化效果显著，有效提升网络运行质量与客户感知。

关键词TD-LTE网络；CSFB；时延优化

在TD-LTE网络建设初期，出于对CS投资的保护，结合TD-LTE网络的部署策略，话音业务利用成熟的2G/3G网络，而TD-LTE网络仅处理数据业务（包括IMS数据业务）。这种情况下，采用CSFB（Circuit Switched Fallback，电路域回落（话音回落））技术，即TD-LTE覆盖下的UE在处理话音业务时，终端先回退到CS（电路域）网络，在CS网络处理话音业务；这样就实现了使用现有的CS域设备来为TD-LTE网络中的用户提供传统的话音业务的目的。同时CSFB的使用是有前提条件的，那就是只有在TD-LTE与2G/3G的重叠覆盖区域，并且用户具有CSFB功能的时候，才能使用电路域回落。鉴于现网2G网络覆盖率较3G网络更为成熟，重叠覆盖区域更广泛，同时为降低方案实施代价，避免现网改造，因此现网CSFB策略采用回落到2G小区。

因为TD-LTE终端使用CSFB方式进行话音业务时需从TD-LTE回落到2G，涉及大量的信令交互与判决，目前存在的主要问题为时延较长，优化前石家庄TD-LTE网络CSFB时延为11.08 s，时延较长，影响客户感知，因此需要进行流程研究与参数优化以缩短时延，提升感知。

1　CSFB流程分析

通过分析，CSFB主叫及被叫通话的建立流程大致相同，只是被叫通话多了一步寻呼UE的过程，具体详细流程如图1所示，其中流程（1）到流程（5）即为CSFB额外引入的流程， 流程（6）同GSM现网基本一致，下面详细介绍具体流程。

图1　CSFB流程

1.1UE接收TD-LTE寻呼

CSFB被叫UE流程，首先在GSM核心网侧分配MSRN和接收IAM（MSRN），其过程与现网相同，随后MSC将通过CSFB新建的SGs接口把寻呼下发给MME，MME收到后，在TD-LTE侧寻呼UE，待UE回落至GSM后，发送寻呼响应至MSC，空口信令为Paging，目前未发现可优化参数。

1.2UE起呼

CSFB主被叫UE流程，UE在TD-LTE侧发起呼叫，发送Extended Service Request消息给网络侧MME，消息中携带Type指示呼叫为MO CSFB或MT CSFB，空口信令流程如表1所示，目前发现可以通过优化UE不活动定时器缩短RRC连接时延。

表1　UE起呼信令流程图

1.3TD-LTE指引UE回落

CSFB主被叫UE流程，MME在用户连接态时给eNode B下发UE Context Modification Request，在用户空闲态时给eNode B下发Initial Context Setup Request，均携带CSFB标识，根据此标识eNode B下发R8重定向命令（RRC Connection Release）给UE，其中携带GSM邻区频点信息，指引UE回落至GSM网络，空口信令流程如表2所示，目前未发现可优化参数。

表2　LTE指引UE回落信令流程图

1.4终端模式转换、搜索指定2G频点、与2G小区同步

CSFB主被叫UE流程，UE接收到重定向命令后，将进行模式转换（由4G模式转换为2G模式），并根据重定向命令中指定的2G频点搜索并与回落目标2G小区完成同步，无空口信令，目前未发现可优化参数。

1.5UE读取2G广播消息

UE若支持缓读GSM系统消息System Information 13功能，则读全SystemInformation1和SystemInformation3后即可建立GSM通话，空口信令为系统消息，目前未发现可优化参数。

1.6建立GSM通话

CSFB主被叫UE流程，该过程可同现网流程，包括寻呼响应、终端多模能力上报、网络要求终端上报IMEI/IMSI、鉴权、信道指派并建立通话等。空口信令交互最为频繁，流程如表3所示，目前发现可以优化的参数有6个，分别是：优化TCH立即支配缩短信道分配时延、优化被叫选择性鉴权缩短鉴权时延、优化IDRQ缩短身份验证时延、优化3G ClassMark缩短3G手机能力查询时延、优化ECSC缩短手机能力查询时延和优化SDCCH等待测量报告缩短测量报告时延。

2　流程优化

CSFB主叫及被叫通话的6步骤建立流程共涉及35条空口信令交互，可细化为20个子流程，如表1所示，其中信令交互最为频繁的是（5）建立GSM通话步骤，对比普通GSM话音业务，CSFB业务较为特殊，首先其驻留TD-LTE网络时已经发生的鉴权等流程可简化，

其次CSFB业务结束后立即返回TD-LTE网络，不涉及本次话音业务和返回作用的能力查询可简化，分析（5）建立GSM通话步骤共找到可优化的参数3类，分别是：非重要信令开关（包括：IDRQ+3G ClassMark +ECSC+SDCCH等待测量报告功能）、TCH立即支配、被叫选择性鉴权，此外UE起呼阶段可通过修改UE不活动定时器时长缩短时延。

表3　建立GSM通话信令流程图

综上所述，整体时延优化参数共涉及4类参数，分别是：非重要信令开关（包括：IDRQ+3G ClassMark +ECSC+ SDCCH等待测量报告功能），TCH立即支配与被叫选择性鉴权与UE不活动定时器，根据每类参数的功能进行优化调整并观察时延缩短效果，甄选出有效优化参数进行组合，以达到整体时延缩短的目的。

2.1非重要信令开关优化

2.1.1 功能介绍

（1）IDRQ：在GSM网络是为了记录呼叫话单，需要查询用户的IMSI信息，是BSC自己构造的直传消息。

（2）3G ClassMark：是网络为了获取终端的Utran能力，向终端下发的Utran能力查询功能，以判断终端是否支持3G网络，是否允许终端发起向3G网络的切换。由于目前不支持GSM到TD-SCDMA的切换，所以网络可以不用获取信息。

（3）ECSC：配置为中高度时，当MSC查询UE 的2G类标时，BCS用已获取的类标直接反馈给MSC，避免了再次查询终端类标的流程。

（4）SDCCH等待测量报告功能开关：当打开SDCCH等待测量报告功能后，呼叫会在SDCCH信道上达到一定的驻留时长再进行指配流程，如有2～3个测量报告的延迟，就会导致信道激活时长增加，最终使整个呼叫建立的时长增加，关闭可以减少呼叫延时。

2.1.2 实施方案

非重要信令开关（包括IDRQ+3G ClassMark +ECSC+ SDCCH等待测量报告功能）时延优化因为不涉及切换重选，因此采用定点CQT测试方式进行，选取一个与GSM网同覆盖的TD-LTE网站点，分别在参数实施前与实施后采用PROBE+D2进行10次CQT定点CSFB测试。实施后对网络进行监控比对测试结果进行分析。

2.1.3 方案总结

参数修改后该站下CSFB平均时延为10.043 s，较参数修改前CSFB时延11.024 s有近1 s的时延缩短，优化措施有效。在对时延要求较高的场景下，可以关闭IDRQ、Utran ClassMark功能， 优化ECSC和跳频方式，可有效缩短话音时延，提升客户感知。

2.2TCH立即指配优化

2.2.1 功能介绍

TCH立即指配功能是终端在建立信令时就建立在TCH上，而不建立在SD上，网络直接在TCH信道上完成鉴权、加密以及其他一些信令交互，并完成后续的呼叫建立过程（此时的TCH信道是被当作信令信道使用的）。当收到MSC下发的Assignment Request消息，BSC通过模式修改命令将用于信令交互的TCH信道修改为真正的业务信道；在业务指派时不需要更新无线信

道，只需要更新无线信道标识，改善了指派过程的时间。优点：通过开启TCH立即指配功能，可以提高CSFB业务的接续速度。缺点：使用TCH会占用更多的信道，增加了无线资源利用率，易造成GSM网络拥塞。

2.2.2 实施方案

TCH立即指配开启后，对于缩短呼叫业务时延起到了积极的正向增益，但是对GSM网络也带来了负面的影响，极大的增加了G网小区网络拥塞的风险。根据GSM优化经验：无线利用率低于100%时开启TCH立即指配开关对小区拥塞率没有明显影响；当小区负荷超过100%时小区开始出现轻微拥塞的情况；当在无线利用率达到150%时开启TCH立即指配功能小区拥塞率会有明显上升，为保障网络安全选取了无线利用率低于75%以下的小区进行验证。同时TCH立即指配开关时延优化因为涉及切换重选，所以采用道路DT测试及定点CQT测试方式进行，选取5个与GSM网同覆盖的TD-LTE网站点，分别在参数实施前与实施后采用PROBE+D2进行10次CQT定点CSFB测试与DT道路CSFB测试，实施后对网络进行监控比对测试结果进行分析。

2.2.3 方案总结

（1）定点CQT，对选择的5个小区开启TCH立即指配功能验证，功能开启前后各进行10次定点测试，删除回落到未做立即指配的小区，CSFB平均时延从功能开启前的11.38 s下降到8.13 s，时延减少了3.25 s，时延降低明显，优化措施有效。

（2）道路DT，功能开启前后分别采用鼎利+索尼M35T和Probe+D2对周围涉及道路进行DT拉网测试，保持修改前后测试路线、车速相同。通过统计发现，CSFB主叫约有45%的几率回落至已开启TCH立即指配小区，CSFB主叫平均时延缩短了0.4 s左右，优化措施有效。

（3）为网络安全考虑，GSM开启TCH立即指配功能的无线利用率门限可以定在75%以下。

（4）为网络安全考虑，建议该功能严格评估小区无线资源利用率，做为临时的保障手段使用。

（5）开启该功能，需要提前进行GSM无线利用率门限的验证，开启效果和开启的GSM小区比例强相关。2.3 UE不活动定时器优化

2.3.1 功能介绍

UE不活动定时器用于指示eNode B对UE是否发送和接收数据进行监测，如果UE一直都没有接收和发送数据，并且持续时间超过该定时器时长，则释放该UE。增大该参数的配置，在没有业务的情况下，UE会保持更长的在线时间，占用无线资源，减少正常释放次数。增加UE不活动定时器，当终端处于连接态发起CSFB业务时，不需要进行RRC连接过程，理论值可以节约时间150 ms。目前CSFB测试呼叫间隔为30 s，只需要将不活动定时器设置为大于等于30 s就可保证终端处于连接态。

2.3.2 实施方案

UE不活动定时器主要涉及切换重选时延，因此采用道路DT测试进行验证，选取一块区域进行UE不活动定时器调整实验。区域内58个基站的UE不活动定时器由10 s修改为35 s。分别在参数实施前与实施后采用PROBE+D2进行DT道路CSFB测试，实施后对网络进行监控比对测试结果进行分析。

2.3.3 方案总结

道路DT，功能开启前后分别采用鼎利+索尼M35T和Probe+D2，对区域内基站涉及道路进行DT拉网测试，保持修改前后测试路线、车速相同。通过统计发现，CSFB平均时延从修改前的11.352 s下降到11.094 s，时延减少258 ms，优化措施有效。

2.4被叫选择性鉴权优化

2.4.1 功能介绍

被叫选择性鉴权是针对CSFB用户，回落2G时，对被叫进行鉴权调整，因此CSFB用户在前期已经在TD-LTE网络内进行鉴权，因此在CSFB回落过程中重新在GSM鉴权为重复鉴权，影响时延，通过对被叫1/16鉴权和1/4鉴权参数调整，在保障网络安全的前

提下，可有效减少信令交互，达到缩短CSFB时延的目的。2.4.2 实施方案

被叫选择性鉴权时延优化因为不涉及切换重选，所以采用定点CQT测试方式进行，选取一个市区MSC Pool进行试验，分别开启被叫1/4和1/16鉴权功能。并挑选Pool站点分别在参数实施前与实施后采用PROBE+D2进行20次CQT定点CSFB测试。实施后对网络进行监控比对测试结果进行分析。

2.4.3 方案总结

选取区域内两个地点做定点测试，分别在功能开启前、开启1/4鉴权和开启1/16鉴权时各进行20次CSFB呼叫。为排除其他因素对实验效果的影响，只统计被叫RR Paging Response至RR Assignment Complete的时延。时延从全鉴权的3 287.995 ms，缩短到1/4鉴权的2 778.805 ms与1/16鉴权的2 730.715 ms，达到预期的目的，优化措施有效。

3　总结

通过对非重要信令开关，TCH立即支配，UE不活动定时器时长与被叫选择性鉴权等四类可优化的参数的优化实施，CSFB时延均得到明显缩短。

3G ClassMark +ECSC+ SDCCH等待测量报告功能与被叫选择性鉴权等无负面影响参数今后定为长期优化措施，IDRQ，TCH立即支配与UE不活动定时器时长等存在负面影响参数今后将定为应急优化措施。

目前基于CSFB感知的优化工作已经成为石家庄移动网优日常工作的重要部分，根据实际情况将应急优化措施与长期优化措施组合使用，在持续的优化过程中，2015年省巡检测试中，石家庄CSFB时延已经稳定缩短至10 s内，网络运营质量与客户感知有了明显提升。

参考文献

[1] 王映民， 孙韶辉. TD-LTE技术原理与系统设计[M].北京：人民邮电出版社，2010.

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[3] 王首峰，唐显莉，程楠. TD-SCDMA向TD-LTE平滑演进的关键技术措施[J]. 电信工程技术与标准化，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

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2015）11-0032-05