摘  要  本文通过对CSFB功能及流程的分析，从提升CSFB成功率和缩短CSFB接入时延两个方面，探讨CSFB的优化思路和方法，并在现网中进行实践取得良好的效果。

    关键词： LTE  CSFB  接入时延  RIM

1.  概述

近年来，随着4G牌照发放，联通LTE网络开始进入全面部署阶段。对于4G网络来说，由于只有PS域，要进行语音业务联通现在的方案基本上是进行CSFB。因此，针对性的进行CSFB优化，是目前LTE网络优化的关键。

2.  CSFB介绍及优化方向

2.1.         CSFB功能概述

CSFB，是LTE的3GPP标准解决语音方案，即用户存在语音需求时，手机回落到3G进行通话；挂机后，手机返回LTE网络进行数据业务。 

从回落方式来讲，CSFB分为R8和R9两种，其主要区别在于系统下发的RRC Connection Release消息中是否携带3G邻小区的系统消息。目前高通、华为两芯片厂家已经实现回落不读SI13和终端自主Fast Return两大特性，使网络改造量显著降低。 

从CSFB回落的全过程可以看到，回落时延的制约主要在“读取系统消息1、3、13”上。为节省读取系统消息的时间，在3GPP R9中，提出了RIM（RAN Information Management）解决方案。即通过MME和SGSN将RNC和eNodeB之间打通，使得eNodeB能够下发目标3G小区的系统消息，从而省略这一过程，但是RIM功能需要网元的支持。 

2.2.        CSFB的信令流程

如上图所示，CSFB流程简述如下：

步骤一.4G终端向MME发起CSFB请求， MME收到请求后，进行RRC释放，并下发重定向到3G网络的频点；

步骤二.终端根据RRC释放消息中携带的频点信息，在3G侧进行网络重选，完成3G小区接入。

步骤三.完成3G小区重选后，在3G侧发起RRC请求，最后完成语音RAB建立，CSFB流程结束。

因此从上述流程来看，从终端发起CSFB请求，到在3G侧完成语音建立，是评价CSFB是否成功的标准。

2.3.         CSFB优化的方向

CSFB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，UE使用LTE实现数据业务，使用CS完成语音业务。CSFB对于联通的LTE网络是非常关键的应用，是对语音业务的保障，也是我们网络优化的重中之重，因此，针对性的进行CSFB优化，是目前的关键。

对于CSFB来说，提升CSFB主要从2个方面，一方面提高CSFB的成功率，另一方面缩短CSFB的接入时延。通过这两个方面的优化，使得CSFB能发挥良好的功能，让用户尽快准确接入进行语言业务，是提升用户感知的关键。

3.  提升CSFB成功率

CSFB成功率体现了CSFB流程完整性，涉及到4G和3G网络，主要通过测试来体现，也是网络优化对CSFB流程的一项关键指标。为了提升CSFB成功率，主要从4G寻呼、4G释放、3G接入这3个阶段入手，解决CSFB流程中存在的问题，从而达到CSFB成功率的目标。

3.1.         4G寻呼

4G寻呼阶段是CSFB最常出现问题的环节，现网约40%的CSFB问题均与4G寻呼有关。导致4G寻呼问题的原因除了无线弱覆盖、重叠覆盖引起的质差等常见原因外， 3/4G互操作、联合TAU以及核心网BUG，也会引发寻呼失败问题。因此4G寻呼问题的分析需要从3/4G网络协同角度入手，结合核心网SGs/S1口信令，逐段排查可能的问题原因。

1)  确认核心网寻呼是否下发

从主叫侧CALL Proceeding时间，推算被叫侧寻呼下发时间。现网4G的SGs口寻呼策略为3.5秒一次，一共发3次，因此从开始寻呼到寻呼失败约有10秒的周期，分析寻呼失败原因时需要重点分析这10秒期间终端的状态。从被叫MME的SGs口和S1口确认是否有Paging Request。

2)  确认寻呼消息下发的TAC是否正确

核查用户是否处于TAC/LAC边界、3/4G覆盖边缘，以及TAU频次是否过高，如果寻呼下发时用户正重选到新TAC还未发起TAU则网络侧会将寻呼发往旧TAC/LAC。

检查用户上一次CSFB通话后是否及时返回4G进行了TAU，如果用户未能返回4G，且在3G侧未及时LAU，则MSC仍然将用户关联在4G网络上，会造成后续寻呼由于核心网不清楚用户已返回3G，还会将寻呼发往4G侧。

3)  寻呼消息解码失败

从终端底层LOG可看到PDCCH上收到P-RNTI DCI但PDSCH解码失败，主要原因在于终端在空闲态只能根据6个RE来进行信道估计，因此SINR低于-3时，寻呼消息解码高概率失败。这类问题主要是由于弱覆盖或者SINR低导致，需要进行规划或者RF优化调整。

3.2.         4G释放

4G释放阶段是从终端上发Extend Service Request开始，到网络下发RR Connection Release结束，主要影响因素在于4G侧eNodeb参数设置和设备故障，但也存在由于4G规范对并发流程考虑不足导致的并发流程冲突问题。

1)  未收到RR Connection Release信令

此类问题主要与S1口的eNodeb和MME设备相关，4G网管统计能够提供CSFB上下文建立成功率和CSFB释放准备成功率的指标，正常情况下上述指标均在99.9%左右，如发现有小区该指标低于99%，则需要进行硬件故障和参数核查。

2)  4G并发流程冲突

检查终端发出Extend Service Request信令后，是否发生了切换。由于4G协议中未明确定义切换后MME要将CSFB请求转至新eNodeB，所以导致新小区由于不知道用户要进行CSFB业务，从而在释放信令中不携带CSFB频点。

检查终端发出Extend Service Request信令前，是否正在进行TAU。4G协议并为明确定义TAU与CSFB业务冲突时的处理机制，因此当TAU与CSFB并发时，网络侧下发的TAU流程的RR Connection Release会被终端认为是CSFB的RR Connection Release。

3)  CSFB开关或频点设置错误

检查eNodeB的CSFB开关、网络优先级、频点组序号参数为空或为0

3.3.         3G接入

相比普通的3G呼叫，CSFB业务流程的差异主要发生在UE从4G侧回落3G过程中的驻留小区选择过程，大部分问题也都发生在这个过程中，一旦选择好合适的3G小区进行接入，后续的过程与普通3G呼叫是一致的。

1)  RRC接入过程

RRC建立失败主要分如下几种场景：

Ø  UE发出RRC Connection Request消息，RNC没有收到

Ø  RNC收到了UE发送的RRC Connection Request消息，下发了RRC Connection Setup消息，而UE没有收到

Ø  RNC 收到 UE 发的RRC Connection Request消息后，下发了 RRC Connection Reject 消息

Ø  UE 收到 RRC Connection Setup 消息而没有发出RRC Setup Complete 消息

Ø  UE 发出 RRC Setup Complete 消息而 RNC 没有收到

针对以上的场景，主要是存在资源拥塞、上行RACH问题、下行覆盖问题、下行同步问题、小区重选参数、上行同步问题等问题。

资源拥塞包括了功率、CE、码、传输资源拥塞，对于此类失败，首先需要检查一下资源的实际利用情况，分析拥塞门限、配置设置的正确性。上行RACH问题、下行覆盖问题、下行同步问题、小区重选参数、上行同步问题等原因造成的失败，表现出来的都是RRC建立空口无响应，这种失败一般是RRC建立失败的主要原因，也是影响RRC建立成功率的关键因素。

2)  RAB连接建立

RAB建立失败主要分如下几种场景：

Ø  RNC收到RAB ASSIGNMENT REQUEST消息，码、CE、传输或者功率资源准入失败；

Ø  RNC收到RAB ASSIGNMENT REQUEST消息，系统资源（如内存）准入失败；

Ø  RNC收到RAB ASSIGNMENT REQUEST消息，向UE发送RADIO BEARER SETUP消息，没有收到UE发送的RADIO BEARER SETUP COMPLETE消息；

Ø  RNC收到RAB ASSIGNMENT REQUEST消息，向UE发送RADIO BEARER SETUP消息，收到UE发送的RADIO BEARER SETUP FAILURE消息；

RAB建立失败主要有下面几类原因：资源拥塞问题、下行覆盖问题、下行同步问题、上行同步问题、设备异常问题等。

资源拥塞包括了功率、CE、码、传输资源拥塞，对于此类失败，首先需要检查一下资源的实际利用情况，分析拥塞门限、配置设置的正确性。下行覆盖问题和下行同步问题主要发生在DRD场景下的RAB建立失败。

3.4.         CSFB成功率提升效果

通过对4G寻呼阶段、4G释放阶段、3G接入阶段测试发现问题的处理，解决全网共性的问题，从泉州本地网的几个城区测试来看，优化后CSFB呼叫成功率从98.56%提升到99.28%。

3.5.         CSFB失败的优化案例

4G做被叫提示音为“您所拨打的电话已关机”，CSFB回落3G失败。被叫不发起 EXTEND SERVICE REQUEST ，导致 CS 业务无法继续。

通过问题现象，对可能导致此问题的原因一一进行排查

1 ：无线参数是否配置正确

2 ：MME中配置的3G LAC 与4G TAC对应关系

3 ：寻呼消息的中 MME_code 和 m_tmsi 正确性排查 ，以及寻呼方式是否正确(IMSI寻呼或者TMSI寻呼) 查看无线侧信令，4G侧流程正常，但是MME下发给eNODEB一条error indication消息，错误代码为protocol_root_transfer_syntax_error。

被叫CSFB失败，LTE侧R8已经正常回落，但R RRCconnectionRelease 消息中无3G频点，可能无线侧数据问题 。MME收到MSC的PAGING后，向eNodeB下发寻呼，但是eNodeB没有响应，UE定时器超时，CSFB失败。

查看参数配置发现，UTRAN载频数目为0，UTRAN载频测量配置为默认参数，存在问题。修改配置参数后，CSFB正常。

4.  缩短CSFB接入时延

CSFB时延的定义为从主叫EXTENDED SERVICE REQ至主叫Alerting的总时长。CSFB的时延长短影响到用户的感知，一般从传输网、4G无线网、3G无线网几个方面进行优化，缩短接入时延，以下分别介绍这几个方面进行优化的方法。

4.1.         IPRAN传输时延优化

优化封包延时和传送延时变化两个参数，改善E1承载在IPRAN的时延；进而改善缩短CSFB信令在IPRAN输出时延。

调整参数后，信令在IPRAN传输时延从44ms缩短到24ms左右。

IPRAN测试验证结果如下所示：

综合考虑，为避免修改该参数对分组网产生较大的负荷影响，故而分组网采取(3/32)

4.2.         4G网络RIM功能

eNodeB收到CSFB业务请求后，向终端发起RRC Release消息，断开终端与LTE无线网络的连接，终端在脱网状态下进行3G系统测量并选择一个合适的小区和频点，向3G网络发起接入请求。 开通RIM流程情况下，直接在RRC Release消息里携带3G的频点及广播信息。通过引入RIM功能，可以节省3G读取3G广播信息的时间。

采用中兴Q801+CXT，主被叫对呼，进行短呼语音拨打测试。每次通话时长15秒，接入超时为15秒，呼叫间隔20秒，如出现未接通或者掉话，应间隔20秒进行下一次试呼。测试结果如表1，主叫时延由581ms降为386ms，增益194ms。由于对主被叫均有增益，实际增益为398ms。

4.3.         4G网络寻呼周期优化

默认寻呼间隔（defaultPagingCycle）设置为1，即UE在RRC_IDLE状态下每隔64个无线帧侦听一次PDCCH，判断是否有寻呼消息。默认寻呼间隔设置为2，即UE每隔128个无线帧才侦听一次PDCCH信道。通过SR传输周期优化，测试结果如表2，Paging消息时延由750ms左右降低至330ms左右，增益430ms。

4.4.         3G网络PS抑制

当UE 在E-UTRAN 网络中已建立PS 业务或者处于IDLE 状态，UE 主被叫发起CS 业务时，若携带有CS Fallback Indicator 标志，则E-UTRAN 会把UE 重定向到UTRAN，然后在UTRAN 重新建立CS 业务。如果RNC 在收到UE 的PS 域初始直传或直传消息的时候，已经确认RRC 连接是CSFB 触发，且还没有CS 业务，则根据开关决定是否丢弃PS 的直传消息，抑制PS 流程，尽快建立CS 业务。

PS抑制流程减少了不必要的并发PS业务，减少由于PS RAB先下发并发业务带来的均衡时延。如表3所示，开启PS抑制流程后，并发业务的CSFB时延下降1.49s。注意，该功能只对UE在4G网络已建立PS业务时有增益。

4.5.         3G网络DMCR功能

由于UE在小区重选之后或信道类型切换时需要读取SIB11、SIB11bis或SIB12，在3GPP R7以前的版本，在完成读取之前不允许UE发起业务，这样在系统信息中邻区接近2/3满配置的情况下，会导致明显的业务中断。

为了解决这个问题，3GPP R7中通过RNC的控制，允许UE在读取SIB11、SIB11bis或SIB12之前就可以通过RACH发送消息或者接收FACH上的消息并做出反应，发起业务或切换信道。即SIB11/12延后读取存储。

开启DMCR功能后，UE可以先行发起CS业务再读取SIB消息。如表4所示，开启该功能后，4G RRC连接释放到3G RRC连接请求时延增益102ms。这个增益大小和邻区配置数有关，邻区配置越多，原系统消息时延越大，开通DMCR后增益越明显。

4.6.         CSFB时延优化效果

通过以上传输网、4G无线网、3G无线网的一些优化方法的尝试，对CSFB的接入时延缩短有明显的效果。从泉州本地网的几个城区测试来看，优化后CSFB接入时延缩短了约1.8秒，改善幅度约29%。

5.         总结

LTE网络的CSFB牵涉到LTE、WCDMA、传输承载及核心网等，需要整体性的进行网络优化，不能独立割裂开来。本文对于CSFB的优化思路和方法的探讨，旨在提升LTE网络的性能及用户感知外，也对以后相关问题的分析和解决提供一个思路。