诺基亚LTE基站重定向频点下发方式及终端CSFB回落时延分析

诺基亚LTE基站CSFB频点下发方式及终端回落时延分析姓名: 黄向雨专业: NPO-LTE提交时间 2014-07-23摘要2014年5月份河北移动制定了LTE网络提升计划，要求各厂家在常规优化、专题优化、创新应用等方面进行验证分析及网络提升。本文主要介绍了CSFB及R8重定向相关专题工作，通过测试分析NSN设备频点下发方式、不同频点配置下回落时延，提出小区CSFB频点配置建议，以达到提升单卡双模终端（LTE、GSM-Iphone等）客户感知度。另外本文对热销千元智能机酷派8736对比三星Note2 重定向功能进行了测试，浅析千元LTE机型可能对掉线率造成的影响。关键词LTE, CSFB, 回落时延, Redirect目录Contents一、概述4二、TDD-LTE CSFB主要流程4三、诺基亚基站CSFB频点下发方式63.1、3GPP规定的频点下发方式63.2、诺基亚基站频点下发方式验证73.2.1、测试方案73.2.2、测试结果103.3、竞争厂商频点下发方式10四、单待终端（Iphone）频点选择分析114.1、测试方案114.2、测试结果12五、单待终端回落时延分析135.1、测试计划135.2、测试方案实施145.2.1、跨LAC回落时延对比验证145.2.2、无效频点配置对回落时延影响165.2.3、Redirect频点设置过多对回落时延的潜在影响175.3、测试总结19五、总结21正文一、概述河北移动在5月份提出LTE网络优化提升计划，要求在常规优化基础上完成CSFB专题优化：合理设置相关切换参数，端到端优化结合终端策略，降低CSFB时长。在本专题工作实施之前，北京项目反馈LTE基站批量开通后GSM语音通话质量下降，同样问题也出现在NSN温州项目（华为LTE、诺基亚GSM）。邯郸市公司要求NSN在频点下发方式、单卡双模终端（主要为高通芯片iPhone）选择GSM频点机制方面进行验证，因此本文同时介绍了此类内容。经过该专题的实施，明确了诺基亚现网版本（RL35）频点下发方式，并对比3GPP规定下发方式和竞争对手的下发方式，提出可能存在的劣势；测试并简单分析了高通芯片iPhone GSM频点选择方式、最强频点占用情况，结合终端频点选择方式对GSM语音通话质量下降的理论分析；另外分析了不同频点配置下终端CSFB到GSM的回落时延，提出频点配置建议。 二、TDD-LTE CSFB主要流程该方法主要针对以苹果Iphone5S为代表的单待手机，开机时PS域附着在LTE网络，CS域通过MME与MSC之间的接口联合附着在2G或者3G网络。当发生语音业务时回落到2G或3G网络实现。CSFB主要流程分为4部分，一是回落至2G（中移动方案），二是在2G中读取系统消息，三是在2G中进行语音呼叫，四是呼叫结束后返回LTE。1、TD-LTE回落至2G：UE语音拨打时，会发一条extended service request，消息里会携带CSFB信息。之后会在基站的辅助下回落至2G；在回落2G时，LTE的基站会下发RRC connection Release，该消息会指示UE去测量哪些频点。2、UE在2G需要读取必要的系统消息;3、UE在2G中起呼;4、若CSFB回落至2G，LTE TA LIST与 GSM LAC区的不一致，回落至2G后还要进行LAU（位置更新），才能在2G中进行语音业务，需要额外增加LAU的时延;5、语音结束后，返回至4G时，若终端支持自主FR，可以秒回。若终端不支持自主FR，则不能由2G直接重选至4G（原因是没有对2G、4G的互操作进行改造），需要TDS 3G的桥接，才能回至4G，时长约为几十秒。6、若终端为被叫，则LTE基站会下发一条CS ServiceNofication消息，指示UE，有CS域的呼叫。则UE会在基站的辅助下回落至2G，响应寻呼。RRC connection Release携带频点下发方式，会在第三章阐述；从RRC Connection Release到CM Service Request方面，会在第四章和第五章进行阐述。三、诺基亚基站CSFB频点下发方式3.1、3GPP规定的频点下发方式查看3GPP协议36.331，协议中也规定了3种下发方式：1、等间隔方式，下发方式是 起始频点 + 频点间隔 + 频点数量2、Bit map方式，下发方式是起始频点 + bitmap。3、穷举方式，下发每一个具体的频点。见下图：各字段的解释如下表CarrierFreqsGERAN field descriptionsstartingARFCNThe first ARFCN value, s, in the set.bandIndicatorIndicates how to interpret the ARFCN of the BCCH carrier.followingARFCNsField containing a representation of the remaining ARFCN values in the set.explicitListOfARFCNsThe remaining ARFCN values in the set are explicitly listed one by one.arfcn-SpacingSpace, d, between a set of equally spaced ARFCN values.numberOfFollowingARFCNsThe number, n, of the remaining equally spaced ARFCN values in the set. The complete set of (n+1) ARFCN values is defined as: s, (s+d) mod 1024), (s+2*d) mod 1024) . (s+n*d) mod 1024).variableBitMapOfARFCNsBitmap field representing the remaining ARFCN values in the set. The leading bit of the first octet in the bitmap corresponds to the ARFCN=(s+1) mod 1024), the next bit to the ARFCN=(s+2) mod 1024), and so on. If the bitmap consist of N octets, the trailing bit of octet N corresponds to ARFCN=(s+8*N) mod 1024). The complete set of ARFCN values consists of ARFCN=s and the ARFCN values, where the corresponding bit in the bitmap is set to 1.3.2、诺基亚基站频点下发方式验证3.2.1、测试方案为了验证当前诺西LTE基站在CSFB过程中重定向至GSM的频点选择原则。5月4日上午午，我们邯郸项目使用国行iPhone5C占用人防办公室2扇区（PCI：232）信号，进行了关于CSFB的测试，并对空口进行了信令跟踪分析。首先，确保人防办公室宏站开启CSFB，并且在基站侧配置了CSFB时周围2G频点，保证呼叫正常，终端iPhone5C在4G网络起呼，CSFB到2G频点，语音呼叫正常，呼叫挂断后能够正常返回到4G网络，呼叫时延大概在8秒左右，返回时间在1秒左右，用户感知良好。为了进一步验证4G终端在进行呼叫时，诺西站点如何下发频点我们做了如下试验。3.2.1.1、人防办公室2小区配置900和1800频点将人防办公室2小区上配置了6个2G频点，其中包含900M的频点2个（85、90），1800M的频点4个（538、542、553、557），激活参数后，在该小区下进行语音呼叫，呼叫正常，6个频点全部下发给终端，如下图：3.2.1.2、人防办公室2小区配置等间隔900频点将人防办公室2小区上配置了3个900M频点，频点号为85、90、95，并进行语音拨测，后台信令跟踪发现G网频点全部下发，下发的方式与3.1.1不同，是以间隔的方式进行下发，如下图： 3.2.1.3、人防办公室2小区配置非等间隔900频点将人防办公室2小区上配置了3个900M频点，频点号为85、90、91，并进行语音拨测，后台信令跟踪发现G网频点全部下发，下发的方式为以BitMap形式进行下发，如下图： 3.2.1.4、人防办公室2小区配置等间隔1800频点将人防办公室2小区上配置了3个1800M频点，频点号为538、539、540，并进行语音拨测，后台信令跟踪发现G网频点全部下发，下发的方式为以间隔形式进行下发，如下图：3.2.1.5、人防办公室2小区配置非等间隔1800频点将人防办公室2小区上配置了3个1800M频点，频点号为538、539、541，并进行语音拨测，后台信令跟踪发现G网频点全部下发，下发的方式为以BitMap形式进行下发，如下图： 3.2.2、测试结果由3.2.1当前诺西LTE基站只要配置了G网频点信息，在终端进行CSFB回落时，会全部下发给终端，无论频点是900M或1800M以及频点个数的多少。当前诺西LTE基站在终端进行语音呼叫时，Release时携带的G网频点有多种下发方式，下发方式为:1、等间隔方式，下发方式是 起始频点 + 频点间隔 + 频点数量（如实验3.2.1.2和3.2.1.4：所配置频点需有固定间隔）；2、Bit map方式，下发方式是起始频点 + bitmap（如实验3.2.1.3和实验3.2.1.5）；3、穷举方式，以最小频点升序排列下发每一个具体的频点。（如实验3.2.1.1）以上测试结果可以看出，诺基亚频点下发方式与3GPP规定基本一致，基站配置频点通过不同方式全部下发，但都是以最小频点为起点升序排列。3.3、竞争厂商频点下发方式如上所述，现已知CSFB to GSM时RRC RELESAE 消息下发频点时，目前NOKIA的策略是：无论以哪种方式下发频点，都是按照ARFCN的升序排列；据了解ZTE和HW频点下发方式可以设置优先级，如配置小区频点：55,37,25,1013,41,72NSN下发顺序为: 25,37,41,55,72,1013，ZTE和HW下发顺序为55,37,25,1013,41,72。竞争厂商设置频点下发优先级的方式就比较灵活，优化人员可以根据LTE与GSM共站信息设置频点优先级，从而使信号最强（相对）GSM小区第一个下发到终端；而此种情况就需要考虑终端频点选择方式1、 终端在所有配置频点中全部搜索并选择最强接入（增加搜网时延）；2、 终端按照下发的顺序，选择第一个满足信号强度的频点接入。如果终端采用第一种方式，理论上GSM通话质量应该不会下降，猜测终端可能占用非最强小区，起呼后切换导致通话质量较差。四、单待终端（Iphone）频点选择分析3GPP协议规定：LTE基站在终端进行语音呼叫时，RrcConnectionRelease携带的G网频点有多种下发方式，下发方式为列出所有频点，以固定间隔进行下发（注：所配置频点需有固定间隔），以BitMap形式进行下发。诺基亚LTE基站以startingARFCN为起点，采用3GPP规定方式下发频点。根据之前第三章的验证，各下发方式适用以下情形：1、 列出所有频点：900和1800同时配，显示所有配置频点，频点数应该在32以内；2、 固定间隔方式：如果是同频并且等间隔显示space值，如85 90 95；3、 BitMap形式：如果是同频，如果频点不是等间隔，按照bitmap下发。为分析以iphone5为代表的单卡单待机（采用高通芯片）回落到2G后的搜网方式，我们使用商用iphone5C终端做了以下实验。4.1、测试方案1、站点选择：选取人防办公室-2为LTE试验小区，共站 一营-人防办公室及一营-DCS人防办公室 2小区（频点72、546）、3小区（频点85、557）为共站GSM站点；2、测试点选择:选取人防办公室站下4个测试点，2G各测试点场强如下：测试点1GSM频点GSM电平测试点2GSM频点GSM电平557-4672-4685-48546-5372-5090-5990-60557-63546-6285-683、LTE 人防办公室-2 重定向频点配置方案： 测试1配置72 85两个频点； 测试2配置546 557两个频点； 测试3配置20个频点，85作为最小频点，95-115为无效频点； 测试4配置20个频点，85座位最大频点，30-49为无效频点；4.2、测试结果各测试点起呼20次左右，统计各频点占用情况：测试1-72、85频点配置测试2-546 557频点配置CSFB呼叫频点选择次数CSFB呼叫频点选择次数测试点1720测试点15460852055719测试点27221测试点2546198505571测试3-20频点-85作为最小频点测试4-20频点-85作为最大频点CSFB呼叫频点选择次数CSFB呼叫频点选择次数测试点18518测试点18518other0other3GSM频点均满足最低接入电平，从测试情况可以看出，终端都选择了最强小区接入，但测试4有14%概率未选择最强小区；北京项目把4G小区的BCCH数量加到最大31个，最强的BCCH频点放到最后一个，发现有32%的概率终端不占用最强的小区，而选择其他的BCCH， 高通分析后解释如下：1、UE首先快速扫描31个BCCH频点的RSSI，并排序；2、再由强到弱挨个解FCH和SCH，并计算出SINR(C/I)；3、在解出第一BCCH的SCH后，会同时去收听系统消息3。由于系统消息3的周期是1.83秒，如果UE先解出第二强的BCCH的系统消息3，则驻留在这个小区进行接入。如按照高通解释，则高通芯片类单待终端快速搜索所有下发频点，选择最强GSM小区接入，有一定概率因解析sib3消息而选择非最强小区接入，在一定程度上亦能解释为何GSM语音质量在LTE站点大面积开通后下降。五、单待终端回落时延分析为了研究不同频点配置下CSFB接续时长，NSN邯郸项目在6月份对CSFB相关回落时延进行了测试，并对空口进行了信令跟踪分析。该方法主要针对以苹果Iphone5S为代表的单待手机，开机时PS域附着在LTE网络，CS域通过MME与MSC之间的接口联合附着在2G或者3G网络。当发生语音业务时回落到2G或3G网络实现。因测试软件的限制，本专题仅粗略验证了LTE配置不同2G频点信息，测试主叫端CSFB回落时长。测试小区：人防办公室2扇区（PCI：232）测试设备：iphone5C测试方案：LTE配置不同2G频点信息，测试主叫端CSFB回落时长（NSN后台与华为后台协作抓取信令）5.1、测试计划按因端到端时延涉及多个网元间互操作，本次测试仅验证LTE到2G的回落时延，即信令从RRCConnectionRelease到Channel Request，计算NSN信令抓取软件RRCConnection Release时间到华为GSM 信令抓取软件Channel Request时间。备注：因涉及NSN及华为信令平台，测试时延统计纯在误差，仅做对比分析用，不代表真实时延。具体测试步骤如下：测试方案测试计划 1、跨LAC回落时延对比验证实验1、LTE小区与GSM小区同LAC时延验证；实验2：LTE小区与GSM小区不同LAC时延验证 2、无效频点配置对回落时延影响实验3、LTE小区配置2个无效频点；实验4：LTE小区配置20个无效频点；3、Redirect频点设置过多对回落时延的潜在影响实验5：LTE小区配置1个有效频点（最小），19个无效频点；实验6：LTE小区配置19个无效频点，1个有效频点（最大）5.2、测试方案实施5.2.1、跨LAC回落时延对比验证 5.2.1.1、LTE小区与GSM小区同LAC时延验证为验证LTE、GSM TAC&LAC相同情况基准时延，我们选取人防办公室2小区作为测试小区，并在小区覆盖范围内使用iPhone5C拨测20次来统计回落时延。测试方法如下：配置人防办公室2小区Redirect频点为85 90 557 538 542 553等共站或对打GSM小区频点，统计NSN侧RRC释放信令点时间及华为GSM channel required信令点时间差。相对时延统计如下：5.2.1.2、LTE小区与GSM小区同LAC时延验证为了测试跨LAC情况时延情况，同样选择人防办公室2小区，修改LTE小区TAC为12798，GSM12548，拨打20次统计平均时延。测试结果如下：对比上述测试可以看到，跨LAC回落时延与同LAC相差不多，查看2G信令发现，在GMS Cm Service Request之前，需要进行LAU，势必会影响2G接续时延。联合位置更新时MME会根据TA信息为UE分配一个映射的LAI，而UE在CSFB后如果能进入相同的LAI，则无需LAU，进而可以减少回落对呼叫建立时间带来的时延。5.2.2、无效频点配置对回落时延影响4G-3G 4G-2G重定向及重选邻区为网络建设前由规划部门规划，实际建设过程中可能存在站点替换、基站经纬度不准确等问题，配置人防办公室2小区Redirect频点为无效频点，验证回落时延。5.2.2.1、 LTE小区配置2个无效频点配置人防办公室2小区Redirect频点537、549，两个频点距离此LTE站点较远，终端自由搜网。5.2.2.2、 LTE小区配置20个无效频点配置人防办公室2小区Redirect频点30-50，20个频点不在现网频段中使用，终端在搜索20个频点完成后，然而由于终端未测量到该载频的有效电平，致使UE重新进行网络搜索。对比上述两个测试可以看出，若LTE小区因经纬度错误、规划失位等配置了无效频点，终端需要检测所有下发频点，若未测量到有效电平，需要重新搜网，搜网过程会大大增加回落时延。5.2.3、Redirect频点设置过多对回落时延的潜在影响如设置过多频点，终端需要在下发的频点中搜索可用的G网小区频点信息，若满足接入要求，则在该载频上进行语音呼叫。本实验验证如果Redirect频点设置过多可能对时延带来的影响。5.2.3.1、配置20个频点，起始频点为共站同向GSM频点后续为无效频点配置Redirect频点85，96-115（无效频点）共20个频点。5.2.3.2、配置20个频点，最后频点为共站同向GSM频点无效频点先下发配置Redirect频点30-49，85（无效频点）共20个频点。对比5.2.3.1和5.2.3.2，如果LTE小区配置过多Redirect频点，但有效频点位于中间或者最后，可能会导致回落时延增加。5.3、测试总结1、通过上述测试对比分析可知，CSFB过程发生后，终端以RrcConnectionRelease下发的startingARFCN为起点，搜索一组频点内可接入的GSM频点，如果接入电平都不符合接入条件，则重新搜网。 LTE与G网站点不同LAC会造成整体接续时延增加，规划中应尽量避免； 经纬度错误可能会造成GSM频点配置错误，终端重新搜网会增加接续时延； 应优先核查并配置有效邻区，若配置频点过多且存在无效频点，会增加回落时延；2、Redirect频点配置建议对于CSFB回落时延的优化，主要在TAC规划及频点规划方面：减少跨LAC回落联合位置更新时MME会根据TA信息为UE分配一个映射的LAI，而UE在CSFB后如果能进入相同的LAI，则无需LAU，进而可以减少回落对呼叫建立时间带来的时延。 移动集团建议的TAC和LAC一一对应； TAC的覆盖区和其对应的LAC覆盖区保持一致由于2G建设多年，网络成熟，尽量调整4