高干擾和室內(nèi)場景下的5G語音EPS FB回落策略方案研究

［李志勇 陸南昌 吳寶棟］

1 引言

伴隨移動通信技術(shù)的發(fā)展，國家已在“十四五”規(guī)劃綱要中，提出了加快5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)?；渴?，提高用戶普及率的要求，在貫徹十四五規(guī)劃中，各運營商響應(yīng)號召，大規(guī)模建設(shè)5G 網(wǎng)絡(luò)并推廣商用。目前國內(nèi)運營商針對5G網(wǎng)絡(luò)的進一步推廣正在如火如荼地進行中，針對5G 用戶增強移動寬帶、海量大連接、低時延高可靠的三大應(yīng)用場景進行探索[1]。

然而，5G 網(wǎng)絡(luò)的部署仍然需要考慮5G 用戶的傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)需求，因此，很有必要對5G 網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)的解決方案進行深入研究。作為商用通信技術(shù)，語音解決方案是5G 商用中不可缺少的環(huán)節(jié)[1]。5G 有非獨立組網(wǎng)（Non-Stand Alone，NSA）和獨立組網(wǎng)（Stand Alone，SA）兩種組網(wǎng)方式[2]。對于5G 網(wǎng)絡(luò)的語音業(yè)務(wù)解決方案，5G NSA網(wǎng)絡(luò)語音主要采用VoLTE，即由LTE 網(wǎng)絡(luò)承載[3]。5G 獨立組網(wǎng)（Stand Alone，SA）目前作為網(wǎng)絡(luò)部署中最基本的目標(biāo)之一，語音功能在5G SA 網(wǎng)絡(luò)中依至關(guān)重要。

EPS FB 回落演進分組系統(tǒng)（Evolved Packet System Fall Back，EPS FB 回落演進分組系統(tǒng)）技術(shù)，即終端在5G網(wǎng)絡(luò)上起呼，基站會控制終端，從5G切換回落到4G上，把語音業(yè)務(wù)承載到4G 網(wǎng)絡(luò)上，經(jīng)過4G VoLTE 實現(xiàn)語音呼叫，確保語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性，是當(dāng)前階段已成熟的語音解決方案。在其將作為主流解決方案的情況下，EPS FB的回落質(zhì)量對5G 推廣應(yīng)用及提升客戶滿意度至關(guān)重要。

現(xiàn)階段5G 終端普及率不高，網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足，隨著用戶規(guī)模的不斷上升[4]，4G、5G 網(wǎng)絡(luò)長期共存的模式顯得尤為重要。為保障5G 語音用戶良好的體驗，有必要對5G SA 網(wǎng)絡(luò)EPS FB 回落策略進行研究，制定分場景下的EPS FB 精細(xì)化調(diào)整優(yōu)化策略，提高EPS FB 回落成功率，降低EPS FB 回落時延，提升用戶語音感知。

2 研究背景

5G SA 場景語音分兩個階段，在建網(wǎng)初期采用EPS FB 的過渡方案，當(dāng)NR 覆蓋較廣且網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)后語音改造為VoNR[5]（Voice over New Radio，VoNR）。VoNR 是基于IMS 網(wǎng)絡(luò)的5G NR 語音解決方案，架構(gòu)在5G NR 網(wǎng)絡(luò)上，全IP 條件下，基于IMS server 的端到端語音方案。VoNR 通過部署IMS，可以實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并發(fā)，所有業(yè)務(wù)都通過5G 網(wǎng)絡(luò)承載，但語音業(yè)務(wù)需要IMS 進行業(yè)務(wù)控制。EPS Fallback 是指5G NR 不支持語音業(yè)務(wù)，當(dāng)UE 在5G NR 中發(fā)起或接收語音呼叫時，通過重定向或切換的方式回落到4G 網(wǎng)絡(luò)，由VoLTE 來提供語音業(yè)務(wù)，當(dāng)語音通話結(jié)束后，UE 再返回到5G 網(wǎng)絡(luò)。

在5G 網(wǎng)絡(luò)初步部署階段，普遍采用熱點部署方式，在5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋很薄的情況下，采用VoNR 解決方案很容易造成掉話，用戶感知體驗差。所以初步部署階段不采用VoNR，現(xiàn)階段5G 網(wǎng)絡(luò)的部署，必須采用回落到4G 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供語音業(yè)務(wù)的解決方案[6]。

EPS FB 由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起EPS FB 流程，使終端通過分組業(yè)務(wù)切換或者攜帶目標(biāo)頻點重定向的方式回落到4G[6]。無線側(cè)從5G 到4G 的回落有重定向和分組業(yè)務(wù)切換兩種方式：（1）基于重定向方式的EPS FB。終端回落到4G 網(wǎng)絡(luò)后，需要讀取4G 側(cè)系統(tǒng)信息，然后再建立VoLTE 業(yè)務(wù)。如果發(fā)起語音業(yè)務(wù)請求的同時也進行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則需要在LTE側(cè)重新建立承載以恢復(fù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并持續(xù)。（2）基于分組業(yè)務(wù)切換方式的EPS FB。終端的語音業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如果存在）一起切換至LTE 側(cè)，語音建立時延和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中斷時延相對較短。當(dāng)前建議EPS FB 同時部署分組業(yè)務(wù)切換與重定向兩種方式，以便兼容不同的終端和核心網(wǎng)[7～8]。

現(xiàn)網(wǎng)5G 語音EPS FB 回落策略主要以切換方式為主，EPS FB 優(yōu)先回落到FDD1800 小區(qū)上，VoLTE 語音由FDD 1800 承載[9]。由于無線環(huán)境的復(fù)雜性，不同場景的無線環(huán)境差異巨大，全網(wǎng)統(tǒng)一的EPS FB 策略對部分場景并不合適。不合理的EPS FB 策略，會導(dǎo)致EPS FB 回落失敗或時延過長，從而嚴(yán)重影響到用戶感知[10]。大網(wǎng)EPS FB 回落切換方式優(yōu)先級設(shè)置較為固定，終端在5G 網(wǎng)絡(luò)上起呼后切換回落到4G 上，把語音業(yè)務(wù)承載到4G 網(wǎng)絡(luò)上，5G 回落至4G 的語音業(yè)務(wù)主要由FDD1800 頻段承載，目前EPS FB 頻點優(yōu)先級設(shè)置為FDD1800＞E1＞F1＞D3＞FDD900（圖1），目前EPS FB B1 RSRP 門限為-110 dBm，EPS FB B1時間遲滯值為320 ms（默認(rèn)值）[11～17]。

圖1 現(xiàn)網(wǎng)5G 語音EPS FB 回落頻點優(yōu)先級設(shè)置圖

3 特定場景EPS FB 回落策略差異化設(shè)置研究

現(xiàn)網(wǎng)F 頻和FDD 900 頻率整體干擾底噪偏高[18]，局部區(qū)域存在明顯干擾問題。同時當(dāng)前5G 終端處于發(fā)展階段，5G 終端或芯片質(zhì)量仍有待提高，部分終端在EPS FB回落時，未能按照網(wǎng)絡(luò)設(shè)定的EPS FB 回落策略進行頻點選擇；其次，由于目前4G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用多個頻段組網(wǎng)，室內(nèi)、室外也使用不同的頻段覆蓋，不同場景無線環(huán)境差異巨大，組網(wǎng)模式也存在差異性。5G SA 商用后5G 語音業(yè)務(wù)收到較多SA 用戶投訴在室內(nèi)場景語音通話感知不如4G，容易出現(xiàn)未接通、通話斷續(xù)的情況。綜合上述分析，高干擾場景以及室分場景存在顯著的特殊性。依據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的EPS FB 回落策略在這兩個場景中的應(yīng)用容易出現(xiàn)用戶感知差的問題。因此本小節(jié)將重點分析這兩種場景下的EPS FB 回落策略（如圖2 所示），并利用回落數(shù)據(jù)歸類場景精準(zhǔn)控制B1 測量時間降低EPS FB 回落時延，提升客戶感知。

圖2 高干擾和室內(nèi)場景下的5G 語音EPS FB回落策略研究技術(shù)路線圖

3.1 高干擾場景EPS FB 策略

（1）現(xiàn)網(wǎng)各頻段干擾現(xiàn)狀

根據(jù)廣東省某市網(wǎng)管系統(tǒng)導(dǎo)出的性能指標(biāo)的統(tǒng)計（如表1 所示），現(xiàn)網(wǎng)F 頻和FDD900 頻段的上行干擾底噪較FDD1800 大，而5G 語音業(yè)務(wù)EPS FB 到F 頻和FDD900頻段的成功率和RTP 上行丟包率比FDD1800 差。

表1 不同頻段EPS FB 回落指標(biāo)

（2）上行干擾電平與EPS FB 回落成功率關(guān)聯(lián)分析

結(jié)合網(wǎng)管的上行干擾指標(biāo)，統(tǒng)計全網(wǎng)基站不同頻點的EPS FB 回落成功率，發(fā)現(xiàn)回落成功率與上行干擾底噪強相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值達到0.78，且在-90 dBm 處開始出現(xiàn)明顯的EPS FB 回落成功率下降趨勢，并在-85 dBm 處呈現(xiàn)EPS FB 回落成功率斷崖式下降的情況（如圖3 所示）。（3）不同芯片5G 終端語音業(yè)務(wù)EPS FB 回落分析

圖3 LTE 上行干擾值與EPS 回落成功率相關(guān)圖

通過端到端話單統(tǒng)計（如表2 所示）。聯(lián)發(fā)科芯片的OPPO 和VIVO 終端回落F1 和FDD900 的比例偏高，并且現(xiàn)場測試驗證OPPO 和VIVO 終端EPS FB 回落時的頻點選擇機制，發(fā)現(xiàn)采用聯(lián)發(fā)科芯片的OPPO 和VIVO 終端對網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)的B1 測量列表，選擇上報信號最強的頻點，而不是優(yōu)先級最高的頻點。

表2 不同芯片終端EPS FB 回落頻段占比統(tǒng)計

（4）制定高干擾場景EPS FB 策略

現(xiàn)有部分不成熟終端由于在EPS FB 回落選擇頻點的機制上沒有按網(wǎng)絡(luò)策略FDD1800＞F1＞FDD900 的優(yōu)先順序，終端回落F1 和FDD900 的比例比其他終端高出很多，導(dǎo)致回落成功率和RTP 上行丟包率比其他終端差，基于上行干擾電平與EPS FB 回落成功率相關(guān)性分析結(jié)論，制定EPS FB 回落精細(xì)化調(diào)整策略：

方法一：上行干擾電平大于-85 dBm 的F1 或FDD900小區(qū)，建議刪除5G-＞4G 鄰區(qū)關(guān)系。

方法二：結(jié)合5G-＞4G 點到點回落數(shù)據(jù)和F1 或FDD 900 上行干擾電平，計算該NR 小區(qū)回落F1 或FDD900 鄰小區(qū)的均值干擾，均值干擾在（-90 dBm，-85 dBm）區(qū)間，則建議刪除F1 或FDD900 回落頻點。

方法三：根據(jù)計算得到的NR 小區(qū)回落F1 或FDD900鄰小區(qū)的均值干擾小于等于-90 dBm，個性化設(shè)置B1偏置門限，控制終端盡量不回落到弱場環(huán)境下的F1 和FDD900。

NR 小區(qū)回落F1 或FDD900 鄰小區(qū)的均值干擾和B1偏置門限的計算方法（以F1 為例）：

B1 偏置=MIN（0，（B1 門限-回落F1 的均值干擾）-補償余量A）

其中，回落F1 的均值干擾=（回落F1 鄰小區(qū)的次數(shù)*干擾電平）/補償余量A，根據(jù)上下行路損常規(guī)值，建議設(shè)置2-10 dB。

3.2 室分場景EPS FB 策略

（1）室分場景5G 語音回落問題分析

在室內(nèi)場景模擬用戶撥打語音測試，SA 模式下?lián)艽?0 次語音出現(xiàn)了2 次未接通，且剛開始通話語音有斷續(xù)現(xiàn)象。把手機設(shè)置為4G 模式后撥打語音正常，未出現(xiàn)未接通和通話斷續(xù)現(xiàn)象。分析測試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)SA 終端撥打語音主要回落到室外FDD1800 信號，未回落至更優(yōu)質(zhì)的E 頻段室分系統(tǒng)。室內(nèi)EPS FB 回落到室外信號并不好的FDD1800網(wǎng)絡(luò)通話，導(dǎo)致用戶認(rèn)為5G 的語音感知不如4G。

目前現(xiàn)網(wǎng)EPS FB 回落策略并未針對室內(nèi)外場景有所區(qū)別。按照現(xiàn)網(wǎng)設(shè)置，當(dāng)FDD1800 信號滿足＞-110 dBm 時，則優(yōu)先EPS FB 切換到該小區(qū)，室分E1 優(yōu)先級排在后面，回落到4G 室分通話的概率很低，使得室內(nèi)5G 用戶通話語音感知體驗差，回落優(yōu)先級設(shè)置存在明顯不合理。

（2）制定室分場景EPS FB 策略

綜合上述分析，且根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)4G/5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實際情況，將5G 基站覆蓋場景劃分為以下三種場景：

場景一：有5G 室分站點，有4G 室分站點。

場景二：5G 宏站，5G MR 采樣點計算的TA ≤1.5 公里距離內(nèi)有4G 室分鄰區(qū)。

場景三：5G 宏站，5G MR 采樣點計算的TA＞1.5 公里距離有4G 室分鄰區(qū)。

根據(jù)三種場景制定差異化的EPS FB 回落策略（如表3 所示）。

表3 差異化設(shè)置不同場景下的EPS FB 回落優(yōu)先級

依據(jù)表3 4G 室分信號泄露情況對B1 門限進行個性化設(shè)置的要求，室內(nèi)場景EPS FB 調(diào)整策略設(shè)置如下：

場景一：針對NR 室分（且有4G 室分）EPS FB 頻點優(yōu)先級策略改為E1 最高。

場景二：針對NR 宏站1.5 公里范圍內(nèi)有4G 室分鄰區(qū)的場景，EPS FB 頻點優(yōu)先級策略改為E1＞FDD1800＞F1＞D3＞FDD900。

3.3 分場景B1 測量時長設(shè)置策略

（1）影響無線側(cè)時延因素分析

5G 語音感知除EPS FB 回落成功概率外，回落至4G的通話接通時延同樣重要。以下介紹EPS FB 語音呼叫流程圖（如圖4 所示），包含了SIP 消息和L3 信令部分，針對呼叫建立時延問題，主要采用流程分段來進行分析，通過分析EPS FB 回落信令流程以及分段時延統(tǒng)計數(shù)據(jù)，無線側(cè)時延主要在EPS FB 回落發(fā)起側(cè)和被叫側(cè)階段。從圖4 中可以看到B1 測量階段（T1～T3）在整個呼叫周期中的時延占比較高。

圖4 EPS FB 語音呼叫流程圖

此外，B1 測量時間還受異系統(tǒng)B1 配置頻點影響，其中影響較大為EPS FB B1 測量時間遲滯?，F(xiàn)網(wǎng)EPS FB 回落頻點典型配置為2～3 個，最多不超過5 個。通過分析統(tǒng)計廣東省某市的不同優(yōu)先級回落時延（如圖5 所示）。發(fā)現(xiàn)優(yōu)先級越靠后，時延逐級增加120 至300 ms，而增加的時延主要是B1 輪詢測量時間變長導(dǎo)致。

圖5 不同優(yōu)先級頻點EPS FB 回落時延統(tǒng)計

從上述分析可知，B1 測量在EPS FB 回落階段耗時最長，通過分場景差異化設(shè)置EPS FB B1 時間遲滯，可降低B1 測量時延，能有效改善EPS FB 回落時延。優(yōu)化EPS FB 回落時延，要從加快終端上報B1 測量報告的方向入手。因此得出以下兩種思路：

思路一（改善B1 配置頻點影響）：精簡鄰區(qū)關(guān)系和B1 頻點，控制回落頻點個數(shù)，提高切換回落到第一優(yōu)先級頻點的占比，典型B1 頻點配置為2～3 個，最多不超過5 個。

思路二（改善時間遲滯設(shè)置策略）：保證測量精準(zhǔn)和回落精準(zhǔn)的前提下，盡可能減短B1 測量時間。

（3）分場景驗證EPS FB B1 時間遲滯設(shè)置策略

①利用回落大數(shù)據(jù)歸類場景

場景一：回落鄰區(qū)固定的場景，大部分回落到同一個4G 鄰區(qū)，可認(rèn)為5G 和4G 覆蓋高度重合。

場景二：回落頻點固定的場景，大部分回落到優(yōu)先級最高的頻點，且有明顯的4G 主回落鄰區(qū)。

安永和福布斯一起開展了一系列調(diào)查，并舉辦了分析顧問董事會會議，參與者是來自金融服務(wù)、生命科學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、日用消費品、石油能源方面的執(zhí)行主管們。

場景三：回落鄰區(qū)復(fù)雜的場景，沒有回落占比特別高的4G 鄰區(qū)。

提取廣東省某市現(xiàn)網(wǎng)典型場景（5G 室分、寫字樓、商場等）的小區(qū)回落占比數(shù)據(jù)，篩選滿足場景一、場景二的數(shù)據(jù)并通過場景一、場景二的回落前3 小區(qū)占比以及場景二的回落最高優(yōu)先級占比測算出各場景的門限建議范圍（如表4 所示）。

表4 不同場景EPS FB B1 時間遲滯設(shè)置表

② 分場景EPS FB B1 時間遲滯設(shè)置試驗方案

EPS FB B1 時間遲滯參數(shù)表示EPS FB 切換事件時間遲滯（如表5，表6 所示）。該參數(shù)配置的越小，EPS FB B1 事件上報觸發(fā)條件和退出觸發(fā)條件的難度越??；參數(shù)配置的越大，EPS FB B1 事件上報觸發(fā)條件和退出觸發(fā)條件的難度越大，平均啟動E-UTRAN 系統(tǒng)測量次數(shù)越小，增加掉話風(fēng)險。

表5 EPS FB B1 時間遲滯參數(shù)范圍設(shè)置表

表6 分場景EPS FB B1 時間遲滯設(shè)置試驗方案表

場景一：5G 和4G 覆蓋范圍較為一致，主覆蓋明顯，回落鄰區(qū)相對固定，B1 測量時間可以盡量短，分別設(shè)置為128/100/80 對比效果（如表7 所示）。

表7 場景一試驗結(jié)果

場景二：5G 覆蓋范圍控制比較好，第一優(yōu)先回落頻點覆蓋連續(xù)性好，在保證回落鄰區(qū)精準(zhǔn)的情況下，B1 測量時間盡可能短，分別設(shè)置為160/128/100 對比效果（如表8 所示）。

表8 場景二試驗結(jié)果

場景三：覆蓋場景較為復(fù)雜，回落的頻點和鄰區(qū)比較多，B1 測量時間遲滯需要兼顧時延和回落成功率，分別設(shè)置為256/160/128 對比效果（如表9 所示）。

表9 場景三試驗結(jié)果

③試驗結(jié)果

④ 試驗結(jié)論

場景一：C1 組參數(shù)設(shè)置為80 ms 最優(yōu)，EPS FB 回落時延改善207 ms，其它指標(biāo)保持穩(wěn)定。

場景二：B2 組參數(shù)設(shè)置為128 ms 最優(yōu)，EPS FB 回落時延改善129 ms，EPS FB 回落成功率和接通率也有輕微提升；參數(shù)下探至100 ms 后，雖然回落時延改善135 ms，但是切換回落占比下降了0.52%，導(dǎo)致回落成功率和接通率輕微劣化。

場景三：B3 組參數(shù)設(shè)置為160 ms 最優(yōu)，EPS FB 回落時延改善83 ms，其它指標(biāo)保持穩(wěn)定；參數(shù)下探至128 ms后，相比設(shè)置160 ms，回落時延改善已不太明顯，切換回落占比下降了0.27%，回落成功率和接通率出現(xiàn)輕微劣化。

確認(rèn)最終分場景EPS FB B1 時間遲滯設(shè)置策略方案（如表10 所示）

表10 分場景EPS FB B1 時間遲滯設(shè)置最終策略方案表

4 策略實施效果

基于上述策略研究，在廣東省某市進行了高干擾場景、室內(nèi)場景EPS FB 策略差異化設(shè)置，以及分場景EPS FBB1 時間遲滯設(shè)置策略推廣效果驗證。

（1）高干擾場景EPS FB 策略差異化設(shè)置效果

策略實施后，聯(lián)發(fā)科芯片終端回落F1 和FDD900 的比例有所下降，EPS FB 回落成功率提升0.2%，EPS FB 網(wǎng)絡(luò)接通率提升0.23%，RTP 上行丟包率改善0.07%（如表11 所示）。

表11 高干擾場景EPS FB 策略差異化設(shè)置效果對比表

（2）室分場景EPS FB 策略差異化設(shè)置效果

策略實施后，EPS FB 回落到室分E1 的占比從2.53%上升到14.7%，室內(nèi)用戶的語音感知得到提升，回落成功率和RTP 上行丟包率保持穩(wěn)定（如表12、圖6 所示）。

圖6 室分場景EPS FB 策略差異化設(shè)置指標(biāo)對比圖

表12 室分場景EPS FB 策略差異化設(shè)置回落占比對比表

（3）分場景EPS FB B1 時間遲滯設(shè)置策略效果

策略實施后，EPS FB 回落時延從1 457 ms 縮短為1 350 ms，改善107 ms；FB-FB 接通時延從4 253 ms 縮短為4 070 ms，改善183 ms。EPS FB 回落成功率、EPS FB網(wǎng)絡(luò)接通率和RTP 上行丟包率保持正常波動，切換回落占比有0.64%的輕微提升（如表13 所示）。

表13 分場景EPS FB B 時間遲滯設(shè)置策略效果對比

綜上所述，分場景的EPS FB 回落策略，在試驗高干擾場景下對聯(lián)發(fā)科芯片終端有較大的優(yōu)化效果，對全網(wǎng)指標(biāo)也有一定的改善。在室分場景下使回落E1 頻點比例得到很大提高，并提高了EPS FB 網(wǎng)絡(luò)接通率、EPS FB 回落成功率、降低RTP 上行丟包率，說明參數(shù)調(diào)整策略可行。

5 結(jié)束語

隨著5G SA 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，5G 用戶規(guī)模的將不斷增加，5G 網(wǎng)絡(luò)的各種質(zhì)量短板將愈加凸顯，本文針對無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的復(fù)雜性，研究探索了高干擾場景、室內(nèi)場景EPS FB策略，以及分場景下EPS FB B1 時間遲滯策略，并提出設(shè)置建議，并在現(xiàn)網(wǎng)中做了試驗，有效提高了EPS FB 回落成功率，縮短了EPS FB 回落時延，提升了5G 用戶語音感知。

EPS FB 作為5G 時代的前期語音方案，可以縮短5G 建網(wǎng)周期，降低初期建網(wǎng)成本，實現(xiàn)快速商用，是VoNR 上線之前的主角，并且在VoNR 普及之后，依然占據(jù)語音領(lǐng)域的一席之地。如何更好地部署、調(diào)優(yōu)和運維EPS FB，使之給予用戶更短的通話時延，更高的通話質(zhì)量，更優(yōu)異豐富的語音體驗，是值得深入挖掘的課題[19-21]。