王相协-TD-LTE-CSFB优化方案.doc

TD-LTE CSFB优化方案
姓名: 王相协
专业: NPO-LTE
提交时间 2014—8-14
[摘要]
2013年12份中国移动开始大规模建设TD—LTE网络，在获得网络高速率体验的同时将语音承载放在GSM网络和TDS网络。本文介绍了CSFB至GSM原理、CSFB信令流程、涉及参数，现有网络CSFB成功率和时延分析,及CSFB外场覆盖与参数优化手段，并在文中介绍了相关优化措施实施前后的测试对比,最终在全网推广配置最优的CSFB参数，使用户不只体验TD—LTE带来的高速率，也保证语音通话的良好感知。
[关键词］
TD-LTE,CSFB原理，CSFB信令,时延，成功率
目 录
一、 概述 3
二、 CSFB原理 3
2.1、CSFB原理 3
2。2、CSFB信令流程 4
2。3、Fast return 到 LTE 6
三、 现网CSFB参数配置 6
3。1、CSFB参数配置 6
3.2、CSFB GSM/TDS频点现网配置原则 7
四、 CSFB优化方案 8
五、 优化方案实施与验证 9
5。1、测试工具及测试方法 9
5。2、成功率和时延优化验证 9
5。3、TAC优化验证 11
5。4、优化小结 11
六、 总结 11
一、 概述
随着无线数据业务需求的增长和LTE的商用,运营商在现有GERAN/UTRAN网络的基础上，逐步引入LTE网络满足人们快速增长的无线数据业务需求，但如何同时为用户提供语音服务,也成为运营商引入LTE前不得不面对的问题。为了保护运营商已经在GSM/TDS网络中的投资，新的语音解决方案需要充分利用传统网络设备并能够平滑的从GSM/TDS网络演进到LTE网络.3GPP TS23.272 V8。5。0 提供了一种电路域回落的机制，保证用户同时注册在EPS网络和传统的电路域网络，在用户发起语音业务时,由EPS网络指示用户回落到目标电路域网络之后,再发起语音呼叫。该语音解决方案就是Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System，简称CSFB。CSFB是LTE语音过渡方案,目标方案为VoLTE/SRVCC，但目前厂家设备支持、终端成熟性尚不具备，初期国际运营商LTE语音采用CSFB。
广东梅州移动公司现阶段已经建设326个D频段宏站和30个E频段室分站点，基本覆盖梅州城区和各县城区。覆盖区域内人口密集，用户增量大，做好语音业务优化，保障用户良好感知,推动4G网络快速发展。
二、 CSFB原理
2。1、CSFB原理
Ø CSFB基本概念（ Circuit Switched Fallback in Evolved Packet System ）
3GPP定义的电路域回落机制，保证用户同时注册在EPS和传统电路域网络，用户发起语音业务时，由EPS指示用户回落到电路域网络后再发起语音呼叫。
Ø CSFB主要过程
开机选网驻留：优先驻留在LTE,即终端开机—>LTE及2G/3G电路域联合注册（确保用户同时注册在EPS和GSM电路域网络)—>驻留LTE.该过程是CSFB基本流程。
呼叫请求回落：网络指示终端先重选回到2/3G,由CS网络提供语音服务。
通话结束返回：终端完成呼叫后返回到LTE网络驻留。
2.2、CSFB信令流程
Ø 联合附着/联合位置更新
当UE附着和驻留LTE网络时,为了接收被叫语音业务寻呼、支持短信收发，必须搭建EPC与GSM电路域间的一座桥梁,即LTE覆盖区内MSC需支持与MME间的SGs接口，为CSFB终端执行LTE和GSM两网的联合附着和联合位置更新,在GSM网络CS域保存有注册状态及位置信息。
联合附着信令流程如下图所示：
联合位置更新信令流程如下图所示：
Ø CSFB寻呼信令流程
主叫信令流程如图所示：
被叫信令流程如图所示：
2.3、Fast return 到 LTE
Fast return终端在完成呼叫后可以迅速从GSM返回LTE 网络，Fast Return缩短了LTE手机在GSM CS域结束通话后返回LTE的时间。如果手机是LTE功能的，在信道释放阶段BSC提供LTE的邻区信息给手机,因此手机可以在呼叫释放以后直接到LTE,无需执行LA/RA的更新过程.
当TCH释放后，BSC根据手机的能力判断是否LTE邻区信息应该包括在信道释放消息中。在信道释放中BSC应该包括LTE邻区信息，手机将提前测量LTE邻区并在通话结束后快速返回LTE小区.
三、 现网CSFB参数配置
3。1、CSFB参数配置
UE通过R8重定向方式回落GSM/TDS网络并发起呼叫（或者被叫),LTE网络在下发的RRC Connection Release消息中携带配置GSM/TDS邻区的频点，UE通过测量接入目标GSM/TDS小区，在GSM/TDS小区上建立通话.
打开CSFB开关：
配置REDRT对象（GERAN ARFCN list）：
配置REDRT对象（TDS ARFCN list）：
3.2、CSFB GSM/TDS频点现网配置原则
Ø 集团建议的CSFB 频点规划原则如下：
如果4G与2G小区共站
4G首先需要配置所有共站的2G小区频点;同时需要继承其中同方向角的2G共站小区的2G邻区频点(即同向小区及同向小区的邻区所有频点）。
如果4G仅与3G小区共站
4G需要配置所有3G共站小区的2G邻区频点。
如果4G站点为新建站
优先添加第一圈2G邻区频点.另外核查以下两类漏配2G小区频点：
l 距离4G站点最近的N个2G站址小区频点M
l 4G小区天线法向方向正面对打小区且两小区天线相对方向角度在60°之内最近的2个候选邻区频点(该邻区距本小区不超过1000m），如该2小区频点被包含于前述M个小区频点，则需配邻区频点个数为M,否则为M+2个。
如果4G与2G共室分
4G需要配置该2G室分频点,及该2G室分小区的邻区频点。
Ø NSN建议4G侧添加回落到2G的BCCH频点原则如下:
l 共站的同向2G BCCH频点一定要包括；
l 4G侧最好配置不超过12个2G频点；
l 如果2G侧是900M和1800M双层网，考虑到1800M的无线环境优于900M，建议只选配1800M频点;
l 避开2G侧的最差小区，例如高干扰、高质差和高拥塞小区等。
四、 CSFB优化方案
本文主要介绍从GSM/TDS网络频点配置、LTE小区TAC规划入手优化CSFB功能的成功率和时延.
在CP1阶段,梅州TD—LTE大部份基站满足与2G共站的条件。集团的建议着重强调2G现网邻区的继承，而NSN的建议强调CSFB邻区数量和质量，整合两方面建议，我们提出了适合梅州网络的CSFB频点配置方案和TAC规划方案.
l 2014年2月，对全网2G小区进行第一版规划.不区分900M/1800M，也不区分宏站/室分，根据邻区相关性制定规划，满足CSFB邻区10个以下。
l 2014年3月，考虑到密集城区的宏站较多，有可能出现CSFB小区全是宏站，因此制定了分组规划方案：最大8个宏站（不区分900M/1800M）+最大2个室分（不区分900M/1800M）。
l 2014年5月,考虑到1800M的通话质量整体优于900M，分组规划方案演进为:最大4个900M共站小区（3个共站1个非共站，如无共站则挑选相关性最大的4个）+最大5个1800M小区（3个共站2个非共站,如无共站则挑选相关性最大的5个）+最大2个室分（不区分900M/1800M)。这样终端较大几率回落到1800M小区，提高用户感知。
l LTE小区TAC规划和共站或者距离最近的GSM小区LAC相同
五、 优化方案实施与验证
5.1、测试工具及测试方法
Ø 测试手机：主叫为索尼M35T（2/3/4G），被叫为Iphone 5S(2/3/4G）
Ø 测试软件：CDS 7。1
Ø 测试方法：在测试软件CDS内设置测试模板,呼叫时间15S,通话时间30S，等待时间15S，循环10次，定点测试.
5.2、成功率和时延优化验证
Ø 宏站CSFB回落到GSM/TDS测试
测试目的：了解宏站900M/1800M频点的回落差异；LTE侧RSRP对CSFB成功率、回落时延的影响;2G重定向数据删除时，回落3G的差异。
实验场景组1：CSFB回落到2G场景
CSFB回落到2G场景
CSFB频点信息
测试1
测试2
测试3
平均时长
回落频点
初始状态被叫时延
33、32、37、51
11。57
11.1
11.2
11.29
33
删掉最强900M频点（33)
32、37、51
10。65
10。18
10.32
10.38
571
删掉所有900M频点，增加一个不相关频点
34
9.8
10.37
9。66
9.94
571
只有一个900M最强频点
33
11
10。85
10。48
10.78
33
只有一个1800M最强频点
571
10.44
9.41
9.91
9。92
571
删掉所有1800M频点，增加一个不相关频点
572
9.57
11.18
10。48
10。41
571
测试结果分析：
l CSFB成功率都是100%;
l 测试点收到较强频点是:571、33，而37、51频点较弱；
l CSFB频点信息表如果包含571、33的时候，终端会正确回落571、33上；
l 如果33、571频点都删除，则终端会自主回落到571;
l 剔除测试误差，CSFB频点信息是否包含33、571频点,对CSFB回落的时延影响不大.
实验场景组2：LTE场强对CSFB成功率的影响
CSFB频点34 RSRP=-80dbm
场景
测试1
测试2
测试3
测试4
测试5
测试6
测试7
测试8
测试9
测试10
平均时长
M35T
9。93
10。17
10.21
10.81
10.26
9。95
10。41
10.41
10.71
10。25
10.311
CSFB频点34 RSRP=—108dbm
场景
测试1
测试2
测试3
测试4
测试5
测试6
测试7
测试8
测试9
测试10
平均时长
M35T
10.37
10。05
11.27
11.59
10.57
11.36
10。89
10。32
10。55
11。69
10.866
测试结果分析：
l CSFB成功率都是100%；
l LTE侧的RSRP强度对终端CSFB回落成功率、回落时延都没有显著影响.
实验场景组3:删除2G重定向数据，CSFB回落到3G场景：
CSFB回落到3G场景
CSFB频点信息
测试1
测试2
测试3
平均时长
回落频点
2G频点全删，只有3G重定向频点
10120、10063、10071
11.06
11。22
12。99
11。76
10120
删掉最强3G频点（10120）
10063、10071
10.78
11.73
11。61
11。37
10063
删掉所有3G频点，增加一个不相关频点
10055
13。22
12。08
12.91
12.74
10120
测试结果分析：
l CSFB成功率都是100％；
l CSFB频点信息表如果不匹配时，终端会正确回落3G频点10120上；
l 回落到3G的时间比回落到2G的时间大约延长1秒。
Ø 室分站CSFB回落到2G测试
测试目的：了解室分站点900M/1800M频点的回落差异;
实验场景：CSFB回落到2G场景
类型
CSFB频点信息
测试1
测试2
测试3
平均时长
回落频点
初始状态被叫时延
55、51、40、36、49、43、53、42、557、576、568
9.85
9。48
9.59
9.64
53
删掉最强GSM频点（53)
55、51、40、36、49、43、42、557、576、568
9.43

10。37
10.61
10.14
568、51、36
再删掉3个回过落的GSM频点
55、40、49、43、42、557、576
9。2
10.68
10.02
9。97
49
只有1个频点1
1
10。52
10.74
11。72
10.99
36、45、53
测试结果分析：
l CSFB成功率都是100％；
l 当所处的位置2G信号波动较大时，终端会在几个较强CSFB频点间“随机”选择，进行回落；
l 当CSFB频点为TCH频点时，终端会“随机”选择较强的频点,如果这个频点是较远的频点,通话将出现干扰。
5.3、TAC优化验证
CSFB过程结合2G和4G信令分析,如果LTE小区的TAC和2G小区的LAC不同，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。(由于其他原因没有进行LTE小区的TAC和2G小区的LAC不同及相同的时延验证,只从理论上进行分析）
5。4、优化小结
从以上几组测试可以看到，即使定义的CSFB频点和现网无线环境不匹配，终端依然能正常回落到2G小区.但是，在信号波动比较大的地方（比如高楼），终端会“随机”占用一个距离较远而信号较强的信号,此时可能会有较大的干扰。
因此，CSFB频点必须与现网无线环境进行匹配，避免添加较远、干扰大的小区。LTE小区的TAC要和共站或者最近的GSM小区LAC一致,以降低失败概率,减少时延，改善客户感知.
六、 总结
本优化方案的整体思路为，通过优化接续过程中各个环节的时间消耗和影响，找出具有较大优化空间的环节，从数据规划、参数、功能等方面入手进行方案制定和实施，以缩短CSFB时延、提升成功率。
从具体实施情况来看，TAC合理规划、GSM网络900和1800的频点配置优化、TDS频点配置优化,均能对整体CSFB时延提升起到优化作用。
在持续实施本方案后,在TD-LTE网络CSFB拉网过程中,CSFB成功率基本都在100%，时延有网络初期的10S左右缩短到7S左右，优化效果明显。
［参考文献]
［1］ 3GPP TS 23。272 V10。13.0
[2] 〈中国移动TD-LTE CSFB数据配置原则(总则）>
[3] <诺基亚CSFB+Fast Return功能和版本要求说明〉 Chen Bin-Betty/2014.01。05
[4］ 〈TD-LTE技术原理与系统设计> 王映民 孙韶辉等著 2010.06
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