VoLTE终端SRVCC测量机制优化及应用
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【摘 要】volte商用初期，SRVCC性能指标对用户体验至关重要。以LTE SRVCC到GSM网络为例，主要探讨VoLTE终端srvcc测量机制对SRVCC测量时间的影响，提出了“利用CDRX休眠期进行异频异系统测量”和“GSM优先测量”联合优化方案，并成功应用到主流芯片，提升了SRVCC切换成功率，保障了VoLTE商用初期的用户体验。
【关键词】VoLTE SRVCC LTE连接态
Optimization and Application of SRVCC Measurement Mechanism for VoLTE Device
[Abstract] In the early stage of VoLTE commercial applications， SRVCC performance metrics are important to the user experience. Based on LTE SRVCC and GSM networks， impacts of SRVCC measurement mechanism of VoLTE terminal on the measurement time were discussed. The joint optimization scheme combined ‘disparate frequency and system measurement using CDRX inactivity period’ with ‘GSM priority measurement’ was proposed which was applied to the mainstream chip. It not only enhances SRVCC handover success rate， but guarantees the user experience in the early stage of VoLTE commercial applications as well.
[Key words]VoLTE SRVCC LTE connection mode
1 引言
在VoLTE覆w边缘或者弱覆盖区域，3GPP引入SRVCC（Single Radio Voice Call Continuity）特性将VoLTE话音切换到2G/3G电路域保证话音连续性。因此，在VoLTE商用初期，由于LTE网络覆盖不完整，SRVCC切换性能对用户在小区边缘掉话率有着决定性影响。
本文将介绍终端LTE连接态异频异系统测量标准方案，分析并验证终端SRVCC测量性能与网络配置异频异系统频点的关系。给出VoLTE终端SRVCC测量时间优化目标，提出VoLTE终端SRVCC测量机制优化方向及方案，并在典型SRVCC场景下对优化方案进行验证测试。
2 终端SRVCC测量机制3GPP标准方案
2.1 3GPP标准方案介绍
终端在VoLTE通话过程中移动到LTE弱覆盖区域时，网络会通过下发A测量事件配置终端对服务小区异频邻区列表进行测量。如果有满足条件的LTE异频邻区，终端将会通过测量报告上报网络，发起LTE系统内切换。
如果服务小区信号继续减弱，且没有合适LTE异频目标小区上报，网络会继续下发B测量事件配置服务小区的异系统邻区列表作为测量对象，终端同时对LTE异频邻区以及异系统邻区进行测量。如果有满足条件的LTE异频邻区或者异系统邻区，终端将会通过测量报告上报网络，发起LTE系统内切换或SRVCC切换。
定义终端在收到配置异系统邻区的B测量事件到终端发送满足条件异系统邻区的测量报告之间的时间为终端的SRVCC测量时间。下文将以LTE连接态测量GSM小区为例探讨终端SRVCC测量机制对SRVCC测量时间的影响。
（1）GSM帧结构及小区搜索
GSM空中接口以帧为单位，一个帧的长度4.615 ms。
51个GSM复帧组成了一个GSM超帧。用于频率同步的FCCH包含在Frequency Burst（FB）中，FB出现在51个复帧中的0、10、20、30、40复帧的第一个时隙。用于帧同步的SCH包含在Synchronization Burst（SB）中，SB出现在FB之后第一个复帧。GSM帧结构如图1所示。
GSM小区搜索主要分为两大步骤：RSSI检测和BSIC识别确认。
其中，RSSI检测步骤中，终端需要在一定的测量时长内对网络配置的所有GSM邻区列表中的载波RSSI进行测量。当所有GSM载波RSSI检测完成后，应按照RSSI强弱降序排列最强的N个小区。
BSIC识别确认应该按照降序顺序来对N个最强的GSM载波进行BSIC识别。包含如下步骤：
GSM FCCH检测：为了检测到FB，终端必须将射频调到GSM频点并且对包含在FB中的信号进行持续的相关检测。FB在51个复帧中的0、10、20、30、40帧的第一个时隙。所以在网络情况比较好的情况下，对于GSM FCCH的连续检测最多不超过11个GSM帧，也就是11×60/13=11×4.61 ms。
GSM SCH检测：GSM SB是由GSM SCH来承载，紧跟在FB之后的帧。GSM SCH解码需要在FB检测之后进行。
（2）LTE连接态对GSM测量机制
上节描述了对GSM进行连续检测的小区搜索机制，而终端SRVCC测量受限于终端处于LTE连接态。按照3GPP标准规定，终端在LTE连接态时采用基于MeasurementGAP的测量方式进行异频以及异系统的测量，如图2所示（以MGRP=40 ms为例）。
终端收到包含异频以及异系统邻区列表测控事件后，按照网络侧对MeasurementGAP的配置来进行测量。MeasurementGAP周期可以配置为40 ms或者80 ms，MeasurementGAP时长为6 ms。
终端尝试在LTE配置的MeasurementGAP中对所有的LTE异频邻区及异系统邻区频点进行轮询的测量。LTE/TDS/WCDMA频点可以在一次MeasurementGAP中完成测量，而GSM频点需要多个MeasurementGAP才能完成一次测量。由图2可以看出，终端尝试对GSM频点进行测量并进行BSIC识别时，具体时延依赖于LTE服务小区配置的MeasurementGAP与GSM时隙的匹配情况。
2.2 标准方案性能分析
终端在VoLTE通话时移动到LTE小区覆盖边缘时，处于LTE连接态。如上所述LTE连接态的终端需要基于MeasurementGAP来进行异频和异系统的测量。
由于GSM帧结构的特殊性，终端无法在一个MeasurementGAP周期内完成对GSM载波的测量，需要多个MeasurementGAP周期才能完成。
由于LTE与GSM空中接口并没有严格同步对齐机制，终端需要多少个MeasurementGAP周期才能完成对单个GSM载波的测量是无法预计的，其会呈现概率性分布。
一般而言，VoLTE商用后SRVCC发生场景网络会同时配置多个LTE异频及异系统频点，比如外场典型配置LTE 3个异频频点，32个GSM频点。网络配置后，终端对异频及异系统测量对象进行轮询测量，进一步降低了终端能够对GSM频点进行测量的时间以及连续性，引起终端SRVCC测量时间较长，容易导致高速及快衰环境下SRVCC切换失败。
3 标准方案测试结果
3.1 测试方案
为了弄清SRVCC测量期间异频异系统邻频个数对终端SRVCC测量时间的影响，以及SRVCC测量时长的概率分布情况，设计的测试方案如下：
（1）测试场景A：保持网络配置GSM邻区频点为16个时，测试配置0、1、2、3个不同LTE频点对SRVCC测量时长的影响。异系统测量控制事件采用B1事件。
（2）测试场景B：保持LTE异频频点为3个时，测试配置8、16、32个不同GSM频点对SRVCC测量时长的影响。异系统测量控制事件采用B1事件。
3.2 测试数据
由于SRVCC测量时间具备概率分布性，按照对所有测试数据进行统计平均的方法无法反映真实的测试结果，所以本文对SRVCC测量时间的测试数据均按照CDF（概率分布曲线）方式进行处理。CDF图横轴为SRVCC测量时间，单位为s；纵轴为概率。主要关注80%以内概率分布区间的测试数据。
厂商1在测试场景A，即不同LTE异频频点和16个GSM频点的测试数据对比如图3所示：
厂商2在测试场景A，即不同LTE异频频点和16个GSM频点的测试数据对比如图4所示：
综合厂商1和厂商2在场景A下的测试数据可知：
（1）0个LTE异频时SRVCC测量时间大约为3 s左右；
（2）1个LTE异频时SRVCC测量时间大约为8 s左右；
（3）2个LTE异频时SRVCC测量时间大约为12 s左右；
（4）3个LTE异频时SRVCC测量时间大约为15 s左右。
厂商1在测试场景B，即3个LTE异频频点和不同GSM频点的测试数据对比如图5所示：
厂商2在测试场景B，即3个LTE异频频点和不同GSM频点的测试数据对比如图6所示：
3.3 测试结论
综合两个终端厂商在测试场景A和B的测试数据，分析结论如下：
（1）在终端SRVCC测量过程中，配置LTE异频频点的个数对SRVCC测量时间影响较大，成正比关系。
（2）配置相同LTE异频，不同GSM频点数对SRVCC测量时间无明显影响。
而且，在外场典型配置3个LTE异频频点场景下，本次测试在步行环境下终端SRVCC切换成功率仅有60%。通过分析log发现主要原因为SRVCC测量时间太长，终端在发送测量报告之前LTE已掉话。因此，本次测试验证了3GPP标准测量方案无法满足SRVCC性能商用要求，需要对终端SRVCC测量机制进行优化。
4 SRVCC测量机制优化方案
为了缩短SRVCC测量时间，主要从以下两个优化方向考虑：
（1）优化方向1：增加终端在LTE连接态能够用于异频异系统测量的时间。
（2）优化方向2：由于SRVCC测量时间主要与配置LTE异频频点个数成正比，减少LTE异频频点可以大幅缩短SRVCC测量时延。
同时对标3G网络的现网优化指标，确定SRVCC测量时间优化目标为3 s左右。
4.1 利用CDRX休眠期进行异频异系统测量优化方案
（1）方案介B
根据优化方向1，终端在VoLTE通话期间，在网络下发B1/B2测量控制事件后，利用CDRX休眠期的空闲时间来进行异频异系统测量。终端实现本优化方案能够最大限度地增长异频异系统测量时间并降低对终端功耗的影响。利用CDRX休眠期进行异频异系统测量方案如图7所示。
本优化方案的实现需要改变目前终端在CDRX休眠期进入浅睡眠的状态机制，用于进行异频异系统频点的测量。而且，终端能否进入CDRX休眠期以及进入休眠期的时长取决于终端在VoLTE通话期间的话音模式、是否并发数据业务、CDRX周期等相关参数配置，所以本优化方案在各种场景下终端能够利用CDRX休眠期进行测量的时间也不相同，性能增益无法准确估计。
（2）测试数据
某厂商在CDRX周期配置为40 ms，异系统测量控制事件采用B1事件。保持网络配置GSM邻区频点为16个时，测试配置不同LTE频点对SRVCC测量时长的影响的测试。
对该优化方案进行测试验证，在3个LTE异频配置下，终端SRVCC测量时间80%概率小于7 s左右。如理论分析预计，利用CDRX休眠期增加了终端能够用于异频异系统测量的时间，提升了终端SRVCC测量性能，且对终端功耗影响较小。但7 s左右的SRVCC测量时间仍然无法满足VoLTE商用要求，且此优化方案受到CDRX周期配置、话音模式、并发业务等因素影响，性能进一步提升的空间有限，所以需要联合考虑其他优化方案。
4.2 GSM优先测量方案
（1）方案介绍
根据优化方向2，在网络侧配置B1/B2事件后，终端分配更多连续的MeasurementGAP用于GSM频点的测量，来提高GSM BSIC同步的概率，缩短SRVCC测量时延。GSM优先测量优化方案如图8所示。
（2）联合优化方案测试数据
终端采用CDRX休眠期测量及GSM优先测量联合优化方案，保持网络配置3个LTE异频邻区，测试不同CDRX周期对终端SRVCC测量时间的影响。异系统测量控制事件采用B1事件。在不同CDRX周期参数对比测试数据如图9所示。
综上所述，可以看出终端在实现CDRX休眠期以及GSM优先测量联合优化方案后，CDRX周期配置越长，对终端SRVCC测量性能改善越明显，符合理论分析预期。在VoLTE商用参数CDRX周期参数配置为40 ms时，SRVCC测量时间80%概率降低到3 s左右，基本满足VoLTE商用条件。
5 联合测量优化多场景验证测试
5.1 测试方案
为了验证联合优化方案在商用典型场景下的SRVCC性能是否能够满足商用要求，设计多场景验证测试方案如下：
测试场景分为电梯间、室内外、慢速移动及中速移动场景。
在各个场景下，异系统测量控制事件采用B1事件，保持GSM邻区频点数一定，分别配置不同LTE异频邻区（8、6、4、3、2、1个LTE异频），测试终端在不同场景下SRVCC测量时延。
5.2 测试数据
厂商1测试数据如图10所示。
厂商2测试数据如图11所示。
5.3 测试结论
终端在多个典型商用场景下SRVCC测量时延80%概率均在在3 s以内，且SRVCC切换成功率可以达到98%左右，基本满足VoLTE商用条件。
本文提出的利用CDRX休眠期进行异频异系统测量及GSM优先测量联合优化方案性能基本不受到网络配置LTE异频个数的影响，将来运营商增加LTE部署频段时，可以保证现有存量终端SRVCC测量性能不受影响。
6 结束语
本文介绍了终端SRVCC测量机制3GPP标准方案，分析并验证了标准方案的SRVCC测量性能。针对标准方案的不足，给出了终端SRVCC测量时间的优化目标和优化方向，提出了“利用CDRX休眠期进行异频异系统测量”和“GSM优先测量”联合优化方案，分析并验证了联合优化方案在不同CDRX参数下、不同SRVCC场景下以及不同LTE异频配置情况下的测量时延及切换性能，SRVCC测量时间由优化前17 s左右控制在3 s左右（3个LTE异频，80%概率），提升了SRVCC切换成功率，显著改善了用户体验，成功推进了VoLTE商用。
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