5G语音端到端接续时延优化策略研究与应用

姜盼盼 孟凡强 曹洁 曹正洁 李亚鹏 孙浩

摘要：针对5G语音接续高时延问题，本文从TOP小区和TOP区域入手，通过前台路测和后台分析相结合的方式，深入分析5G语音回落、接通以及分段信令流程，使用对比分析法定位出影响5G语音接续时延的四种关键因素，接着从回落策略、4/5G多网多频协同、功能部署三个方面研究出5G语音时延优化措施，总结形成了5G语音时延优化策略体系，最终在现网得到合理的效果验证并推广使用。

关键词：5G语音；
端到端接续时延；
回落策略；
4G/5G多频协同；
功能部署

一、引言

3GPP R15标准规定5G语音沿用4G VoLTE的语音架构[1]，5G作为IMS网络的一种接入方式存在。介于当前5G覆盖薄弱、技术支持、终端功能等因素，当前5G SA网络语音有两种解决方案——过渡方案EPS FB （EPS Fallback）和成熟方案VoNR（Voice over NR）[2]，图1是4G语音VoLTE、5G语音EPS FB以及VoNR的实现方式。其中，VoNR与VoLTE均是由单一网络完成；
EPS FB是从5G发起回落4G进行通话。

EPS FB是5G用户在进行语音业务时回落到4G网络，使用VoLTE继续语音业务的一种方式，是综合考虑语音业务的连续性需求、5G网络部署的不连续性、终端功能等因素制定出的一种过渡方案，同时也是当前语音的主要承载方案。

VoNR是通过5G网络（“无线网+核心网”）和IMS网络对接，制定的5G时代的全IP化语音方案，同时也是5G 网络语音目标建设方案。

自5G SA网络商用以来，用户在数据业务方面的体验得到质的飞跃。然而，鉴于5G覆盖不连续性和VoNR终端支持率低的问题，在语音方面，80%以上的5G用户仍采用EPS FB，接续时延从普通VoLTE的2.5s增加至5s，严重影响了用户感知和满意度。

二、5G语音端到端接续时延影响因素

5G语音端到端呼叫时延是指从主叫发送Invite到收到180 Ringing之间的时延[3]。为了精准定位5G语音端到端接续时延长的原因，本文从高时延质差小区和TOP区域的入手，协同无线和核心网两个专业，通过前台拉网测试和后台信令对比分析，总结出以下影响接续时延的4条主要原因。

（一）切换转重定向

EPS FB功能支持“测量切换”“测量重定向”“盲重定向”三种回落方式，基于测量切换的EPS FB需要进行B1测量和4G邻区，通过切换的形式回落4G；
基于测量重定向的EPS FB需要进行B1测量和配置4G邻区，通过回落频点重定向至4G；
基于盲重定向的EPS FB不需要进行B1测量，也不需要配置4G邻区，直接通过回落频点重定向至4G。

为了提高EPS FB的回落接通成功率，需要选择最优小区进行回落，现网主要以“测量切换”为主，“盲重定向”为辅。在语音回落过程中，如果4G侧存在门限设置较高、邻区漏配、弱覆盖等问题，UE则不能及时上报测试报告MR或者切换失败，定时器超时后触发切换转重定向流程，时延将增加约1000ms。

（二）频点优先级不合理

由于4G网络结构复杂，每个小区配置10个左右的回落频点及相应的优先级。在进行测量切换的EPS FB时，若由于最高优先级频点弱覆盖、故障等原因导致没有测量到信号，终端将继续测量第二优先级频点，每增加一个频点测量回落时延增加约400ms。对于盲重定向的EPS FB，若终端向最高优先级频点回落失败，则会发起重新搜寻，导致呼叫时延增加。

（三）二次回落

为了保障语音的接通率，当手机发起EPS FB呼叫之后，若在6s内IMS没有收到主叫SBC响应或6S～20S主叫没有收到被叫发送的183响应或10s内没有完成建立语音业务承载，则会自动触发CSFB二次回落，比正常的回落增加6～10s的接续时延。由于回落期间主叫收不到任何响应，经常误认为无法接通，严重影响用户感知。

（四）IMS核心网处理流程不合理

语音呼叫接通需要核心网处理和转发，通过对比不同5GC、IMS网元的信令流程，可以发现核心网网元之间的时延差异较大。其中，在“主叫Gm接口与主叫Mw接口”分段时延阶段[4]，主叫SBC转发处理时延相差约270ms。接着，继续深入分析SIP信令话单，定位到“INVITE到183”阶段域选和位置更新时延差异约190ms。通过IMS核心网协助分析，可以发现部分IMS网元未开启预寻呼pre-paging、RX并行等功能[5]，导致时延差异呈现出区域性。

三、5G语音端到端接续时延优化策略及现网应用效果

针对上述影响5G接续时延的因素，通过信令分析和拉网测试，本文从回落策略、4/5G多频协同、功能部署三个方面进行接续时延压降策略研究，总结了回落策略、4/5G多频协同、功能部署等多项优化措施，并在现网进行了试点及推广使用。

（一）回落策略优化

1.回落方式优化

针对5G站间距大、有5G无4G区域、4/5G弱覆盖等接续时延大于5s的小区1935处，将回落方式从“测量切换”变更为“盲重定向”，避免因过覆盖、邻区漏配等触发切换转重定向流程引入额外时延。经过优化后，平均接续从6403ms降低为5941ms，时延改善462ms。

2.回落频点优先级

回落频点优先级配置不合理会导致用户在回落时因没有测量最优频点而进行多次频点测量、切换转重定向、二次回落等，增加时延约400ms～6000ms。根据频点优先级配置“三步法”，梳理全网EPS FB高时延质差小区1197处调整频点优先级，主叫EPS FB接续时延降低179ms，同时EPS FB回落成功率提升0.07%。

3.精简冗余频点

4G回落频点过多会导致测量时间增加，而通过优化4G组网结构，组建城区FDD1800和农村FDD900打底网结构，根据回落频点频次，精简现网冗余频点3186个小区，可以将时延降低至96ms。

（二）4G/5G多频协同优化

EPS FB流程涉及4G/5G网络，4G网络质量是影响EPS FB时延的主要因素之一，通过EPS FB B1门限下探、4G语数分层等4G/5G多频协同，可以降低EPS FB接续时延。

1.EPS FB门限下探

针对4G弱覆盖区域，根据覆盖率和覆盖场景，在不影响回落成功率的前提下，将EPS FB B1事件RSRP门限下探3-5dbm，增加回落至最高优先级频点的概率，以减少多个频点测量时间。同时，匹配4G MR覆盖率<90%且回落方式为“测量切换”的高时延小区4557处，门限下探后EPS FB主叫接续时改善102ms。

2.4G语数分层策略优化

为了避免F和FDD900同覆盖场景下EPS FB回落到F频点之后，又触发语数分层策略切换至FDD增加时延，梳理接续时延>6s且共站4G存在F和FDD900场景小区214处，将FDD900与F回落优先级均设置为最高，并将语数分层A4门限由-106至-100dbm，经对比发现时延降低96ms。

（三）功能部署

1.EPS FB回落频点提前测量功能部署

由于空闲态起呼语音承载建立时间较长，需要聚焦EPS FB切换回落场景测控任务下发时机。首先，当空闲态EPS FB起呼原因为Voice或Video时，打开EPS FB回落提前测量开关EPSFallbackCtrl.EPS FBEarlyMeasSwch，提前下发语音回落B1测量任务。接着，在5QI1专载拒绝后，可以发起EPS FB处理流程，同时基站并行处理测量下发和5QI1拒绝流程，以缩短EPS FB语音回落的时延开销。最后，选取一个网格为验证目标，对网格中的127个站点全部开启EPS FB回落，并提前测量开关。经过对比，功能开启前后EPS FB主叫平均接续时改善186ms。

2.IMS核心网流程优化

通过对比不同5GC、IMS网元的信令流程，可以发现在“sip invite 183”信令前，高时延区域较低时延区域多出3条“ModifyEPSBearerContextRequest”消息，增加时延200ms左右。

针对多出的“ModifyEPSBearerContextRequest”消息进行详细地分析对比，可以发现高时延区域的UE连接态占比仅为30%，而低时延区域的UE连接态占比高达90%，UE空闲态下会增加域选和位置更新阶段的时延。因此，IMS核心网元开启预寻呼pre-paging功能和RX并行功能，通过提前寻呼空闲态下的被叫用户，多流程并行执行。经过对比，在开启前后，EPS接续时延从3978ms降低至3641ms，改善337ms。

经过上述多种策略逐层优化，5G语音EPS FB端到端时延从5180ms下降至2985ms，VoNR端到端时延从2436ms下降至2087ms，有效提升了5G用户感知。

四、结束语

本文以高时延TOP小区和TOP区域为抓手，通过前台测试和后台分析相结合的方式，由点到面研究出5G语音时延优化策略并在现网实施应用，大幅度降低了5G语音接续时延，有效解决了回落异常问题，并提升了5G语音用户感知。本文提出的策略实施简单且流程清晰，可以广泛推广应用。

作者单位：姜盼盼 孟凡强 曹洁 曹正洁 李亚鹏

孙浩 中国移动通信集团山东有限公司济宁分公司

参考文献

[1]陈平.基于信令分段的VoLTE问题分析方法研究[J].移动通信，2017（16）：4-6.

[2]任雨樵，王君诚.一种5G语音EPS FB接续时延分段分析解决方案[J].数字通信世界，2022（9）：83-85.

[3]裴金栋，张燕，彭鹏.基于信令的EPS FB呼叫建立时长评估体系[J].电信快报，2021（5）：28-31.

[4]陈平.基于信令分段的VoLTE问题分析方法研究[J].移动通信，2017（16）：4-6.

[5]马金兰，杨征，朱小洁.5G语音回落4G解决方案探讨[J].移动通信，2019（4）：37-42.

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