4G網(wǎng)絡(luò)中VoLTE超頻注冊用戶的優(yōu)化研究

孔慶軍（中國移動通信集團遼寧有限公司，遼寧沈陽110179）

0 引言

LTE網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，語音由基于雙待終端解決方案逐步被CSFB解決方案所代替，語音承載在2G/3G網(wǎng)絡(luò)CS域。目前中國移動LTE網(wǎng)絡(luò)已部署IMS域并進入成熟期，采用基于IMS域VoLTE解決方案，語音承載在LTE網(wǎng)絡(luò)PS域上。2016年遼寧移動LTE網(wǎng)絡(luò)VoLTE語音正式商用，伴隨VoLTE百日會戰(zhàn)和用戶不斷增加，發(fā)現(xiàn)部分VoLTE終端用戶在IMS域中頻繁注冊，加重IMS域信令負荷，同時對用戶感知和終端待機時長也有較大影響，由于觸發(fā)用戶注冊原因復(fù)雜，終端、無線、EPC、IMS、異系統(tǒng)問題都有可能觸發(fā)頻繁注冊，為此需要開展VoLTE用戶超頻注冊分析與優(yōu)化的研究課題，并基于現(xiàn)有平臺開發(fā)超頻注冊分析系統(tǒng)，落地分析方法，提升VoLTE語音運行維護的科學(xué)管理水平。

1 什么是超頻注冊

開啟VoLTE語音功能的LTE用戶在進入LTE網(wǎng)絡(luò)或變更IMS域時要發(fā)起IMS域注冊，以獲取IMPU。注冊后用戶間可以使用IMPU通信，建立用戶當(dāng)前IP與其IMPU對應(yīng)關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)可以知道用戶當(dāng)前位置信息和業(yè)務(wù)能力，同時也保證了網(wǎng)絡(luò)安全。注冊流程涉及初始注冊/重注冊、二次注冊、第三方注冊、訂閱共4個階段。初始注冊/重注冊和二次注冊過程稱為基本注冊，基本注冊由用戶終端發(fā)起，基本注冊成功后，用戶就擁有了基本呼叫權(quán)限。第三方注冊由S-CSCF代替用戶終端發(fā)起，第三方注冊成功后，用戶就擁有了AS提供的相關(guān)業(yè)務(wù)權(quán)限。具體見圖1。

網(wǎng)絡(luò)中的超頻注冊分析和優(yōu)化需要重點從超頻注冊用戶和超頻注冊小區(qū)2個方向進行分析。超頻注冊用戶是指網(wǎng)絡(luò)中的VoLTE用戶在網(wǎng)絡(luò)中頻繁重注冊，通過統(tǒng)計1 h內(nèi)注冊超過一定門限（10次）的VoLTE用戶，需要研究關(guān)連接口信令，查找超頻注冊用戶所在LTE小區(qū)的分析方法。超頻注冊小區(qū)為1 h內(nèi)有超過5個超頻注冊用戶注冊過的LTE小區(qū)，需要重點分析優(yōu)化這些小區(qū)。VoLTE用戶頻繁注冊導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)VoLTE端到端接通率低，增加IMS域信令負荷，降低用戶終端待機時長。

2 超頻注冊問題分析和優(yōu)化方案

2.1 超頻注冊現(xiàn)狀和原因分析

2017年1月VoLTE超頻注冊用戶占比指標全國平均值為5.05%，而遼寧為7.06%，全國排名第25位，影響網(wǎng)絡(luò)客戶感知和網(wǎng)絡(luò)負荷，需要針對超頻注冊用戶和超頻注冊小區(qū)進行分析和優(yōu)化。由于VoLTE功能剛剛開啟不久，對于VoLTE超頻注冊用戶和超頻注冊小區(qū)分析與優(yōu)化的方法論甚少，所以有待于針對超頻注冊問題開展分析方法論的研究。通過對全省超頻注冊小區(qū)的分析，發(fā)現(xiàn)超頻注冊小區(qū)主要分布于郊區(qū)和農(nóng)村，占所有超頻注冊小區(qū)的65.89%。超頻用戶行動軌跡不定，有69.07%的用戶僅1天為超頻注冊用戶，多為流動用戶，至少有45%以上用戶是快速移動用戶，應(yīng)針對超頻注冊小區(qū)進行重點分析優(yōu)化，開展分析優(yōu)化方案的研究和現(xiàn)場整治工作。通過端到端信令XDR采集和現(xiàn)場測試等多維數(shù)據(jù)分析，超頻注冊用戶在IMS域頻繁注冊行為主要原因有：

a）LTE弱覆蓋：弱覆蓋導(dǎo)致終端脫網(wǎng)、重選、重定向到異系統(tǒng)，返回LTE時重注冊。

b）異系統(tǒng)互操作參數(shù)問題：終端在LTE和異系統(tǒng)頻繁重選，返回LTE時重注冊。

c）終端類問題：終端類型、終端與網(wǎng)絡(luò)交互異常等。

d）VoLTE呼叫失?。篤oLTE用戶呼叫未成功，TCALL或TQoS計時器超時轉(zhuǎn)CSFB，返回LTE時重注冊。

e）IMS pool邊界：用戶處于IMS pool邊界，發(fā)生頻繁重選、切換導(dǎo)致在2個IMS間頻繁注冊。

f）周期注冊時長問題：用戶注冊時長大于T3412，UE向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起重新注冊請求，當(dāng)參數(shù)設(shè)置不合理會增加注冊次數(shù)。

g）用戶行為：頻繁開關(guān)機、SIM卡接觸不良、用戶頻繁關(guān)閉LTE網(wǎng)絡(luò)等。

h）頻繁注冊不成功：用戶數(shù)據(jù)問題、手機不定時脫網(wǎng)、手機頻繁注冊進入了SBC的黑名單、漫入用戶注冊太頻繁都會造成超頻注冊。

2.2 超頻注冊問題定位與優(yōu)化方案

通過對超頻注冊用戶問題原因和現(xiàn)網(wǎng)信令數(shù)據(jù)進行綜合分析，現(xiàn)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋問題、異系統(tǒng)互操作參數(shù)設(shè)置問題、終端問題和插花式基站未開通VoLTE功能是引起VoLTE用戶頻繁注冊的主要原因，需針對這些問題開展專題研究和分析優(yōu)化。

2.2.1 LTE弱覆蓋導(dǎo)致超頻注冊問題定位和優(yōu)化方案

VoLTE用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)無線信號弱是引起頻繁注冊最重要原因，導(dǎo)致脫網(wǎng)、重選、重定向、eSRVCC切換未返回，當(dāng)LTE無線信號變好且用戶業(yè)務(wù)結(jié)束后，會重選LTE網(wǎng)絡(luò)，同時在IMS域頻繁注冊。超頻注冊用戶和超頻注冊小區(qū)70%以上都位于郊區(qū)和農(nóng)村，城市小區(qū)也是由于室內(nèi)弱覆蓋引起，超頻注冊小區(qū)中MR統(tǒng)計覆蓋率低的小區(qū)占比超過50%。

根據(jù)S1-MME AP信令采集可精確判斷重定向和eSRVCC切換頻繁發(fā)生的弱覆蓋區(qū)域，3GPP TS 36.413中 HANDOVER REQUIRED 和 UE CONTEXT RE?LEASE REQUEST對這2種行為進行了規(guī)定。重定向至2G/3G時S1-MME接口信令UE CONTEXT RE?LEASE REQUEST中CAUSE為 Inter-RAT Redirec?tion，eSRVCC，切換至2G/3G時S1-MME接口信令HANDOVER REQUIRED中HANDOVER TYPE為LTE TO UTRAN或LTE TO GERAN。

重選至異系統(tǒng)會在離開IMS域時進行去注冊，去注冊SIP信令中會包含重選的異系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)類型。注冊過程VoLTE用戶完成初始注冊或重注冊，但由于LTE弱覆蓋導(dǎo)致QCI5承載重定向至2G/3G網(wǎng)絡(luò)，沒有后續(xù)二次注冊等過程，一段時間后用戶從2G/3G返回LTE后重新發(fā)起新的初始注冊，同樣會導(dǎo)致注冊次數(shù)過多，當(dāng)間隔時間較長時不會有錯誤碼返回，可通過UE CONTEXT RELEASE REQUEST信令發(fā)現(xiàn)問題區(qū)域。

當(dāng)間隔時間為幾秒時，由于手機IP地址更換了，不符合S-CSCF的預(yù)期，于是S-CSCF報400 bad re?quest，攜帶原因值“Sip key parameter invalid”。

現(xiàn)網(wǎng)通過信令分析平臺進行小區(qū)級分析，覆蓋原因?qū)е碌某l注冊問題，但超頻注冊小區(qū)未必為本小區(qū)弱覆蓋導(dǎo)致，也與其上次駐留的LTE小區(qū)相關(guān)，通過現(xiàn)場測試和信令追溯分析共同鎖定問題小區(qū)。對超頻注冊用戶所在區(qū)域內(nèi)eSRVCC切換占比高，所在區(qū)域內(nèi)4G流量占比低，同覆蓋區(qū)域2G/3G網(wǎng)絡(luò)利用率高的區(qū)域，遼寧移動通過重點以LTE覆蓋規(guī)劃為主，射頻調(diào)整為輔的策略，同時也通過保持站間距降低干擾，開展室內(nèi)弱覆蓋優(yōu)化調(diào)整，實現(xiàn)優(yōu)化整改。

2.2.2 異系統(tǒng)互操作參數(shù)設(shè)置問題導(dǎo)致超頻注冊問題的定位和優(yōu)化方案

部分超頻注冊小區(qū)因異系統(tǒng)間互操作參數(shù)配置有誤，小區(qū)信令跟蹤發(fā)現(xiàn)終端在異系統(tǒng)間頻繁互操作，用戶重回LTE網(wǎng)絡(luò)在IMS域頻繁注冊。部分區(qū)域為提升4G駐留比，將2G→4G重選異系統(tǒng)門限設(shè)置的很低，甚至低于4G→2G互操作本系統(tǒng)門限，導(dǎo)致用戶在4G和2G間乒乓互操作，用戶IMS注冊域頻繁注冊。部分區(qū)域的2G→4G重選異系統(tǒng)門限雖高于4G→2G互操作本系統(tǒng)門限，但兩者之間的GAP差值較小，也會導(dǎo)致終端在用戶非強場下，由于終端測量存在3～5 dB差異，導(dǎo)致用戶在4G和2G間乒乓互操作，用戶IMS注冊域頻繁注冊。

圖2給出了LTE網(wǎng)絡(luò)異系統(tǒng)互操作參數(shù)設(shè)置。

現(xiàn)網(wǎng)針對頻繁異系統(tǒng)互操作區(qū)域進行參數(shù)設(shè)置優(yōu)化，2G→4G異系統(tǒng)門限設(shè)置高于4G→2G本系統(tǒng)門限，且門限之間GAP為4～6 dB。同時關(guān)注用戶投訴，部分LTE弱場區(qū)域?qū)е掠脩赳v留不到4G，該種區(qū)域的用戶即使駐留在4G，感知也很差，遼寧移動通過解決弱覆蓋解決問題。

2.2.3 終端類問題導(dǎo)致超頻注冊問題定位和優(yōu)化方案

通過超頻注冊用戶終端IMEI的“單款終端占比”和“單款終端所在的超頻小區(qū)數(shù)量”2個維度進行分析，選取2個維度均較高的終端。

圖2 LTE網(wǎng)絡(luò)異系統(tǒng)互操作參數(shù)設(shè)置

現(xiàn)網(wǎng)測試發(fā)現(xiàn)7款低價位、低檔芯片終端在-105～-110 dBm區(qū)間內(nèi)觸發(fā)4G-2G的頻繁互操作，易發(fā)生超頻注冊問題，從信令分析來看，EPC核心網(wǎng)信令特征為4G-2G-4G反復(fù)重選，IMS核心網(wǎng)的信令特征表現(xiàn)為注冊-注銷-再注冊。通過分析測試發(fā)現(xiàn)不同品牌和型號終端，由于其射頻單元的接收靈敏度不同，其在強場和弱場情況下測量RSRP電平強度也存在差異，差值在5～10 dB，導(dǎo)致這部分終端容易產(chǎn)生頻繁互操作。通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)遼寧問題終端產(chǎn)生的超頻注冊用戶數(shù)占所有超頻注冊用戶的19.72%，其中對于超頻注冊指標和用戶感知影響最大，其占比接近超頻注冊小區(qū)內(nèi)的1/4超頻注冊用戶，遼寧移動通過市場途徑降低這種低檔芯片終端發(fā)售量，從而降低其對網(wǎng)絡(luò)影響。

2.2.4 插花式的未開通VoLTE功能導(dǎo)致超頻注冊問題定位和優(yōu)化方案

現(xiàn)網(wǎng)優(yōu)化中發(fā)現(xiàn)部分特殊場景如高鐵基站，沒有開通VoLTE功能，導(dǎo)致高鐵用戶在專網(wǎng)覆蓋弱場區(qū)域占用公網(wǎng)小區(qū)，高鐵用戶在公網(wǎng)小區(qū)上注冊頻繁，成為超頻注冊用戶。同時高鐵專網(wǎng)周邊普通用戶誤入專網(wǎng)，頻繁在公、專網(wǎng)之間互操作導(dǎo)致普通用戶成為超頻注冊用戶。高速公路部分基站與高鐵基站共享使用時，用戶頻繁穿越高鐵基站和公網(wǎng)基站后，導(dǎo)致高速公路用戶成為超頻注冊用戶。上述這些未開通VoLTE功能基站的周邊基站小區(qū)很可能就變成超頻注冊小區(qū)。

遼寧某地（市）超頻注冊用戶比例高達11.22%，高出健康度8%標準。通過對連續(xù)5天超頻用戶進行分析發(fā)現(xiàn)，連續(xù)5天超頻用戶占所有超頻用戶的0.89%，超頻用戶中有55.9%在1 h內(nèi)移動跨越3個超頻小區(qū)，并且有9.8%跨越其他城市。通過以上數(shù)據(jù)分析可以得到結(jié)論：超頻用戶行動軌跡不定，為流動用戶；至少有55%以上用戶是快速移動用戶。超頻小區(qū)基本都受干線沒有開通VoLTE功能基站和部分弱覆蓋區(qū)域基站影響，遼寧移動針對干線進行補點建設(shè)和優(yōu)化調(diào)整，并擇機開通高鐵專網(wǎng)基站VoLTE功能開關(guān)，問題得以解決。

2.2.5 其他導(dǎo)致超頻注冊問題定位和優(yōu)化方案

VoLTE用戶在LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)起語音呼叫時，由于某些原因，例如呼叫流程中發(fā)生切換、SRVCC切換、QCI5重定向、SIP信令丟失等，導(dǎo)致用戶終端定時器TCALL或TQoS超時，主叫用戶終端發(fā)送CANCEL，并轉(zhuǎn)CSFB再次發(fā)起語音呼叫。當(dāng)語音通話結(jié)束后，用戶終端再次返回LTE發(fā)生注冊。遼寧移動通過延緩呼叫時發(fā)生切換，關(guān)閉QCI5重定向，降低端到端丟包率，避免發(fā)生CSFB，使得該類問題得以解決。

3 效果驗證

通過超頻注冊分析和現(xiàn)場優(yōu)化方案實施，從超頻注冊用戶和超頻注冊小區(qū)2個維度開展全網(wǎng)級優(yōu)化提升。重點提升LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋，核查并矯正異系統(tǒng)間互操作參數(shù)，減少問題終端入網(wǎng)發(fā)放，規(guī)范VoLTE開戶數(shù)據(jù)，降低遼寧移動LTE網(wǎng)絡(luò)超頻注冊VoLTE用戶占比，減少超頻注冊小區(qū)個數(shù)，全省超頻注冊用戶占比由16.7%優(yōu)化至7.27%，同時eSRVCC切換占比也優(yōu)化至3.72%，達到集團的考核要求，提升了全網(wǎng)質(zhì)量和客戶感知。

4 結(jié)束語

近2年是中國移動發(fā)展LTE網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)最重要的2年，VoLTE和載波聚合功能商用標志著中國移動進入4G+時代，同時中國移動開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)試驗，中國移動發(fā)出了正向5G時代邁開步伐的信號。本文針對LTE網(wǎng)絡(luò)中VoLTE用戶超頻注冊問題進行分析與研究，定界問題原因，給出解決建議，將方法論固化至系統(tǒng)中，助力日常優(yōu)化，實踐表明應(yīng)用效果頗佳。