单天线覆盖弱场下终端VoLTE掉话率的优化

【摘  要】在单天线覆盖弱场下很容易发现掉话问题。通过系统分析发现，主要原因是不满足S准则而终端下行无法同步到合适小区，既而导致掉话。但是在最低的最小接收功率时，多数终端还是有能力发起驻网请求，并完成重建。针对因为不满足S准则而引起的掉话，提出了优化方案，同时通过外场论证，此优化方案可以有效地改善VoLTE掉话率。

【关键词】VoLTE;掉话率;系统扫描;最小接收功率

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.10.014        中图分类号：TN929.53

文献标志码：A        文章编号：1006-1010（2020）10-0077-04

引用格式：谢宁宁. 单天线覆盖弱场下终端VoLTE掉话率的优化[J]. 移动通信， 2020，44（10）： 77-80.

0   引言

近年来终端VoLTE（Voice over Long-Term Evolution）普及率越来越高，在运营商的推进下呈现出快速增长的趋势。截止到2019年3月，数据显示中国移动VoLTE客户占比达到了53.4%;截至2019年9月底，中国电信VoLTE功能开户累计1.43亿户，在网VoLTE终端用户开通率达96%;2019年4月联通也开始商用VoLTE。

影响用户VoLTE体验因素主要体现在速度快（时延）、语音清（质量）、不断线（掉话），相对应的业务指标为接通时延、MOS值和掉话率[1]。从终端市场投诉情况来看，掉话率是目前用户最主要的疼点。文献[2]介绍了研究了VoLTE接通率低和掉话的常见三步排查法;文献[3]提出了增强VoLTE业务覆盖和容量的几种技术，其中包括多天线技术解决小区负荷高问题，但是实际外场中还是存在很多环境是单天线覆盖，比如地下车库、电梯等。文献[4]研究了广域场景及城区小区边缘弱覆盖场景下VoLTE通话质量提升方案。

在实际环境中，特别是用户经过一段只有单天线覆盖的地下通道或地下车库时，LTE信号强度会经历由强至弱，再由弱至强的过程，终端经常出现高概率掉话事件，通过Logs分析发现是因为RTP（Real-time Transport Protocol）超时而终端主动挂掉电话，如果能在挂掉电话之前和基站进行一些数据交互，则会将掉话时间滞后或不掉话。针对这种单天线覆盖弱场环境下终端出现高概率掉话事件，下文将进行详细研究。

1   弱场VoLTE掉话问题系统分析

1.1  VoLTE发生RLF后重建流程

终端在VoLTE通话中，因为上行或者下行质量差等各种原因发生RLF（Radio Link failure）后，终端将开启小区重建流程，如图1所示：

（1）RLF后会保持连接态，只要在T311/T301（T311/T301：LTE計时器）超时前找到合适小区，则同步并下行驻留。

（2）T311/T301超时前，如果未找到合适的小区，或者重建被拒，则会进入空闲态，此时会重新搜网，继续先读取SIB（System Information Blocks）消息，再找合适小区，如果找到，则会发起SR（Scheduling Request），重新接入小区，恢复通话。

（3）如果20 s没找到合适小区，RTP timer（定时器）超时则会掉话。

其中Suitable小区必须满足以下条件：

（1）小区所在的PLMN（Public Land Mobile Network）需满足以下条件之一：所选择的PLMN;注册的PLMN;EPLMN（Equivalent Public Land Mobile Network）。

（2）小区没有被禁止。

（3）小区至少属于一个不被禁止漫游的跟踪区。

（4）小区满足S准则，即小区搜索中的接收功率Srxlev> 0 dB且小区搜索中接收的信号质量Squal> 0 dB。

（5）对于CSG小区，CSG白名单中有其小区ID广播。

在这几个条件中，绝大部分实际单天线覆盖弱场下主要受限的是S准则不满足（即终端的RSRP（Reference Signal Receiving Power）小于等于网络配置的Qrxlevmin）而无法下行同步到小区的问题，既而导致掉话。

1.2  S准则

终端如果想成功驻留一个小区，必须满足S准则，小区选择过程中，终端会对待选小区进行测量，进行信道质量评估，判断其是否符合驻留的标准。而小区选择的测量准则被称为S准则，当某个小区的信道质量满足S准则之后，就可以被选择为驻留小区。S准则的具体内容如下[5]：

小区搜索中的接收功率：

其中，Srxlev为小区选择S值，单位dB;Qrxlevmeas为终端上报测量小区的RSRP值，单位dBm;Qrxlevmin为小区中RSRP最小接收强度要求，单位dBm，该参数表示小区最低接收电平，增加某小区的该值，使得该小区更难符合S规则，更难成为适当小区，UE选择该小区的难度增加，反之亦然。Qrxlevminoffset为最低接收电平偏置，取值范围0～8，建议值0;Pcompensation为Max（pMax–puMax， 0），单位dB。用于惩罚达不到小区最大功率的UE，pMax（小区允许UE的最大上行发射功率）、puMax（UE能力支撑的最大上行发射功率）。目前UE最大允许发射功率小于等于UE能力支持最大发射功率Pcompensation=0。

简化公式（1）则有：

从公式（2）得出，当终端的下行接收能力Qrxlevmeas都强于网络配置的接收小区信号最小门限值Qrxlevmin时，终端可以发起驻网请求，并重新建立连接，进行正常业务。当终端的下行接收能力Qrxlevmeas都弱于或者等于网络配置的接收小区信号最小门限值Qrxlevmin，UE不满足S准则，无法接入小区导致掉话。

在现实环境中，网络SIB1中配置的Qrxlevmin一般高于UE的下行接收能力，Qrxlevmin一般设置为-120～-128 dBm，该参数的设置并没有考虑到用户不同终端接收性能差异带来的影响。在终端接收天线数增多，性能提升的趋势下，即便在最低的-128 dBm时，多数终端还有能力发起驻网请求，进行业务。下文针对终端具备和基站互相通信能力，但是因为不满足S准则而没有发起驻网请求的这种情况进行研究，并提出了优化方案。

2   单天线覆盖弱场VoLTE掉话优化

针对终端发生RLF后的搜网过程，本文的优化方案主要体现在交替进行UE历史频点扫描和UE全局频带扫描，直至所有频带都扫过一遍，如还未发现可以接入的小区，则降低S准则要求，并发起随机接入，完成通话恢复。

假定UE记录历史频点M个，支持频段N个;AWGN（Additive White Gaussian Noise）信道下，UE在不同基站接收天线配置，能和基站正常通信的最小RSRP值记为UErxlevmin，UE上报的RSRP就是UErxlevmeas。

主要流程包括历史频点扫描、全局频带扫描和降低S准则三个部分，如图2所示：

（1）历史频点扫描：UE针对已经记录的M个历史频点，对每一频点进行接收信号检测，对于接收信号功率较强的频点，优先进行小区搜索，并对搜索到小区的频点尝试小区驻留。如果驻留成功，则发起上行随机接入。如其中某一次上行随机接入成功，且通话成功恢复后，则退出该流程。如果某一小区因为RSRP不满足S准则导致驻留失败，则判断其RSRP是否高于UErxlevmin，如高于UErxlevmin，则记录下该频点和小区。M个频点全部扫完一次为1轮，共进行P轮，P>1为某一预置参数。

（2）全局频带掃描：UE从所支持的N个频带中，随机选取Q个频带（优先选取还没有扫描过的频带），并记录下频带的选取情况，N>Q≥1。对于Q个band所包含的所有频点，对每一频点进行接收信号质量判断，并对接收信号较强的频点（高于某一门限或排名在前N1名，N1为某一预定参数），进行小区搜索，并对搜索到的频点尝试小区驻留，如果驻留成功，进而发起上行随机接入。如其中某一次上行随机接入成功，且通话成功恢复后，则退出该流程。如果某一小区因为RSRP不满足S准则导致驻留失败，则判断其RSRP是否高于UErxlevmin，记录高于UErxlevmin的频点和小区。

（3）若（2）还未保证N个Band每个都至少扫过一次，则跳转至（1），否则对已记录下的高于UErxlevmin的小区，降低S准则要求，有两种方式：一是采用UE的UErxlevmin替换掉SIB1中的Qrxlevmin;二是重置RSRP（UErxlevmeas），使UErxlevmeas-Qrxlevmin>0，尝试进行上行随机接入，随机接入成功，且通话成功恢复后，则退出该流程。通话成功后恢复Qrxlevmin和RSRP至修改前，避免此设置带来后续的影响。

在（1）至（3）过程中的P和Q可以每次不相同，应根据历史频点个数和频段内需扫频频点个数不同而相应变化。例如，在搜网的初期，可以将Q配置得较低，P值配得相对较高，以保证历史频点能够经常的被重复搜索。到后期发现历史频点搜索效果不好时，可以稍稍调高Q值，降低P值，增加对全频带的搜索。

3   优化方案外场论证

在外场找到一处单天线室分覆盖场景，如图3所示，通过终端X21的Logs确认到UE解出相应小区SIB消息之后，网络下发的Qrxlevmin配置为-126 dBm，但是UE搜到的小区RSRP（-130.19 dBm）一直小于Qrxlevmin，Srxlev始终小于0，所以S准则判断一直失败。

这种场景就是网络参数Qrxlevmin的设置对S准则产生的负面影响，即下行还有能力接收、进行业务，但因为不满足S准则而无法接入，进而RTP超时掉话。选取X21和X23终端，外场论证本文优化方案，总共测试100次，VoLTE掉话率从原始的60%降低为5%，其中核实到有5次没有成功从终端和网络端logs是当时网络端异常引起的，如表1所示：

4   结束语

本文对单天线覆盖弱场下终端VoLTE掉话率进行了优化，在终端发生RLF后的搜网过程，交替进行UE历史频点扫描和UE全局频带扫描，直至所有频带都扫过一遍，如还未发现可以接入的小区，则降低S准则要求，并发起随机接入，恢复通话。此优化方案可以显著提升终端的驻网能力，并降低VoLTE掉话率，对终端语音通话提升有重要作用。此优化不仅适用于单天线覆盖弱场，也适用于双天线或者多天线覆盖弱场。此外，在未来终端下行多天线接收能力越来越强的趋势下，本文提出的应用优化将在慢速弱信号的移动场景下显著提升终端的驻网能力，并降低VoLTE掉话率。

参考文献：

[1]     姚瀚，梁师铭，王志铭，等. VoLTE用户体验提升方法研究[C]//2019广东通信青年论坛. 广州： 广东省通信学会，《移动通信》杂志社， 2019： 3.

[2]     刘焕勇. 面向VoLTE的网络覆盖和容量提升技术研究[J]. 移动通信， 2018，42（6）： 63-67.

[3]     吕亚莉. VoLTE接通率低和掉话的常见排查方法研究[J]. 移动通信， 2017，41（4）： 10-14.

[4]     郭宝，张阳. 弱覆盖场景下提升VoLTE通话质量的测试与优化[J]. 移动通信， 2016，40（15）： 16-19+25.

[5]     李烜焱. LTE网络组网及优化资源分析[D]. 上海： 上海交通大学， 2015.