4G终端语音无法回落问题的分析及处理

纪纯妹

4G终端语音无法回落问题的分析及处理

纪纯妹

（中国移动通信集团广东有限公司汕头分公司，广东 汕头 515041）

为解决4G语音终端无法回落的投诉问题，从具体案例出发，对移动通信网络的无线侧和核心侧进行分析，用排除法进行问题定位研究，得出问题是由RFSIM卡通道无法切换引起的结论，并对具体问题提出解决方案，形成相关方法论用于指导实际工作。

信令跟踪 CSFB RFSIM

1 引言

当前LTE网络采用的语音业务解决方案有CSFB（Circuit Switched Fallback，电路域回落）[1]、单卡双待[2]、多卡多待、VoLTE等[3-5]。目前主流的终端厂商主要采用CSFB方式解决语音通话问题，CSFB要求有LTE网络的地方一定要有2G/3G网络，同时需要在MME（Mobility Management Entity，移动管理实体）和MSC（Mobile Switching Center，移动交换中心）之间建立接口，一旦发起语音业务请求，则通过回落到2G/3G网络来实现语音通话[6]。

由于CSFB涉及多网络、多模块，所以任意一个模块存在问题都有可能导致CSFB失败。对问题的定位需要遵循以下原则，如果只是单一的用户投诉，则先从用户行为、终端等方面入手排查问题；如果是局部区域用户投诉，且只是位于单一小区下方，则需要遵循4G无线侧、4G核心侧、2G核心侧、2G无线侧、终端（卡）等这样的排查顺序对问题进行定位。本文将对4G终端语音无法回落问题的排查思路进行探讨。

2 问题分析

2015年5月，澄海移动综合楼里的4G用户投诉，在公司办公区域内，每天均会出现多个4G终端首拨失败，且作为主叫时首拨无法呼出，作为被叫时对方电话无法呼入，但重拨或重启手机后故障现象消失的问题。

对于所有涉及通信的投诉，运营商无线部门均作为第一受理单位对问题进行处理，若确认为非无线网络问题，则需要提交网络管理中心或者其他第三方单位进行处理。本文从无线网络入手，分析通话失败的原因，通过分析排除了无线网络和核心网络端的问题，最终定位为RFSIM卡问题导致。本案例的投诉用户集中在某个区域，且所用终端均为只支持CSFB的终端。对于该通话异常问题的判断，首先确定是否为某一个小区CSFB失败问题，从CSFB的方向进行问题定位。从三个方面考虑导致CSFB失败的原因：网络配置、终端、SIM卡。网络配置方面有CSFB的相关开关未开启，2G网络异常或2G邻区配置问题，TAC与LAC不对应等。如果配置正常，则需要通过信令跟踪和测试手段定位是终端问题还是SIM卡问题。

2.1 网络配置分析

采用CSFB方案解决语音通话问题时，需要在基站同时开启“基于覆盖的异频切换算法开关”和“GERAN CSFB开关”，而后终端才能对2G邻区频点进行测量并顺利回落到GSM网络。同时，为了使4G和GSM的核心网的版本一致，在基站和核心网的接口配置中，过高的版本MSC无法解析，所以MME协议版本号需配置为版本8。经核查，CSFB相关配置参数均已开启，基站是允许CSFB操作的，故排除由于基站CSFB的相关开关未开启导致语音通话失败。

通过对4G室分系统和周围2G小区进行核查发现，位于4G小区周围的2G小区均已添加为邻区，未出现漏配情况。

在当前网络中，存在4G的TAC（Tracking Area Code，跟踪区码）与LAC（Location Area Code，位置区码）不对应的问题，所以需要确定该问题点是否在LTE网络的TAC边界。在跟踪区边界，当用户正在做TAU（Tracking Area Update，跟踪区更新）时，MME将寻呼消息往原先的TAC下发，但终端已经到新的TAC，这会导致寻呼消息没有被正确收到，CSFB失败。由地图可见，该投诉地点确实靠近TAC边界（图1中蓝线部分即为TAC边界），但是根据现场测试结果并结合用户的描述发现，问题用户都是在楼内办公，现场测试室内信号稳定，该站的TAC配置正确，因此排除TAC边界问题。

图1 中国移动澄海综合楼站点位置图

对相关设置进行核查，发现网络侧开关、参数基本配置均正常，故接下来需通过信令跟踪，判断语音通话失败是网络侧问题还是终端或SIM卡问题。

2.2 网络流程跟踪

在2015年4月24日下午14:02问题复现时进行信令跟踪[7]。对被叫用户在4G核心侧处进行信令跟踪，确认被叫用户正常收到“用户上下文释放完成”等信令消息，该信令属于正常的语音业务回落流程，如图2所示。

对主叫用户的4G核心侧进行信令跟踪，确认用户正常收到“暂时挂起通知”，表明终端正常回落到2G网络，如图3所示。

查看主、被叫用户的4G无线侧信令，终端发起用户上下文释放请求，并收到核心网发回的上下文释放申请，最终完成上下文释放，说明在无线侧4G也是正常回落到2G网络，如图4所示。

从信令上看，4G侧信令完整，终端正常回落到2G系统。需要在2G侧进行信令跟踪，以确定回落是否存在问题[10]。

从2G核心侧信令中发现被叫鉴权没响应，所以系统重发一次鉴权，但是仍未收到终端的鉴权响应消息，导致定时器超时从而释放链接。其后再次进行呼叫，双方的信令消息和业务情况均恢复正常。主叫2G核心网侧信令两次均为正常的信令消息。

图2 被叫4G核心侧信令

图3 主叫4G核心侧信令

跟踪另外三个出现故障的用户号码，他们在4G核心侧和无线侧的信令也均为正常信令消息。对问题区域周边进行拉网测试，测试数据显示CSFB前后TAC和LAC相同，且网络质量均不存在问题。CSFB测试过程中2G侧的情况如图5所示。

信令跟踪和测试数据均表明网络侧不存在问题。为进一步定位故障所在，需要对终端和SIM卡进行分析，确定具体问题所在。对终端型号进行调查后发现，该投诉地点有多部iPhone5s（以下简称“5s”）和一部三星Note3终端。

2.3 终端、SIM卡分析

三星Note3是单卡双待手机，SIM卡同时驻留在4G和2G网络，不存在CSFB的过程，且所处网络均有2G和4G室分系统，信号质量好。该用户出现2次拨打不成功的问题，测试人员协助重启手机后通话恢复正常，故判断该问题属于终端个例问题。

图4 被叫4G无线侧信令

图5 CSFB测试正常回落2G图

对于iPhone5s用户，现场拨打一个投诉用户的号码，存在多次拨打该用户号码均无法拨通的问题。将客户的SIM卡放到测试人员的5s手机上，同时将测试人员自带的SIM卡放到客户的5s手机上进行测试，均能够正常通话，通过此分析过程可以判定，终端不存在问题。

查询近期用户所执行的操作，发现3月17日该办公楼用户将SIM卡更换成了可刷门禁的RFSIM卡，且出现通话问题的时间点均为上午和下午的上/下班时。经验证确认每次刷完门禁后均出现了通话问题。

RFSIM（Radio Frequency Subscriber Identity Model，射频客户识别模块）技术是通过将射频芯片嵌入标准的客户识别模块卡中来发挥作用与进行通信，并可利用SIM卡商的CPU进行运算功能。RFSIM的工作频率在2.4 GHz，它不采用通用的13.56 MHz频率，所以通信距离最远达50 m，具有传输速率高、穿透性强等优点。

RFSIM卡在逻辑上分为标准SIM功能（GSM11.11, 11.14）部分组件和模拟逻辑加密卡的数据机制（符合PBOC2.0以及EMV电子信用卡的规范要求）组件[8]（以下简称为“非接应用组件”）。

RFSIM卡作为用户在移动通信网络中的唯一身份识别依据，其SIM功能组件将存储用户的所有信息。在网络进行相关认证后，终端就能与网络建立连接，接入网络使用通信相关功能。RFSIM卡扩展传统SIM卡的功能，额外内置了RFID（Radio Frequency identity，无线射频标识）芯片，该芯片通过RFID这个内部模块进行充电，使用微型RF模块并通过芯片内置的天线与外部设备进行通讯，通过芯片的内置软件对相关业务进行管理[9]。内置软件用于管理高安全度的RF-ID、基于模拟逻辑加密卡、可内置电子信用卡、电子钱包等业务。RFSIM卡工作流程图如图6所示：

图6 RFSIM卡工作流程图

对现场测试的跟踪数据进行分析可知，手机在发送鉴权指令时，卡片返回了6E00，此为程序内部识别，表示鉴权失败。

RFSIM的应用分为GSM应用和移动支付应用，如电子钱包、一卡通、移付易等。由于RFSIM的CLA（Communication Link Analyzer，通讯连接分析器）和移动支付相关的业务同为0x00，故无法通过CLA来区分指令是发给终端接入语音业务还是发给移动支付应用。卡片通过选择应用来区分指令是PBOC的指令还是GSM的指令，如果选择了PBOC，接下来的指令就发给PBOC来处理，如果是选择了GSM的应用，接下来的指令就发给GSM处理。由于用户在澄海移动综合楼内用手机刷门禁时，卡片选择了PBOC应用，卡片走的是PBOC的流程，当有话音接入或要拨打电话时，网络会向终端下发鉴权指令，手机返回鉴权响应，但是指令仍然由PBOC通道处理，并未发送到2G网络，从而导致了通话异常。经过验证，刷卡后，如果终端用户触发相关通信操作，比如打电话、发短信等，第一次会失败，失败后终端会触发非接通道切换到通信通道的操作，进而后续的通话能够正常运行。如果用户一直不触发相关通信操作，则终端会一直保持在非接通道上，从而出现了其他用户拨打该用户均无法接通的情况。

针对其他各类终端进行分析，三星Note3刷卡后，并不是100%会出现问题，但是如果有一次语音回落失败，即使通过开启/关闭飞行模式的方式，终端仍无法切换回通信通道，则只能通过关开机操作让终端重新附着到移动通信网络上。索尼等其他CSFB的4G终端在用户刷卡后，由于终端本身的机制，能够将RFSIM卡自动切换回通信通道，所以不会出现通话异常等问题。

2.4 问题解决方法

针对用户投诉问题，需从无线网络侧、核心网络侧、终端侧等多个维度进行排查。对于非接通道通信问题的定位，通过接触式脚本测试的方法得出刷卡后鉴权失败的结论。鉴权失败的原因是，刷卡后RFSIM卡没有由非接通道自动切换回通信通道。通过分析发现，部分终端能够自动进行通道切换，但为避免其他终端通话问题的出现，RFSIM卡商增加了RFSIM卡自适应切换处理的机制，将通信通道和非接通道的处理流程分开，有效解决了用户模式下的双通道切换问题。

3 结束语

本文对CSFB进行分析并对依附于SIM卡的非接触应用原理进行研究，将具体工作中的故障定位过程形成系统的理论方法，用于指导实际工作。

RFSIM卡建立了两条通道来分别对接标准SIM功能部分组件和非接应用组件，但是通道之间不能及时切换，所以导致用户无法正常进行语音通话。由于该问题的用户是使用移动网络进行通信，且问题集中在某一个小区内，所以容易被误判为无线侧的网络问题。

随着网络技术的发展，各种制式的移动通信网络同时并存，依托于网络的应用数量巨大，分散于各地的网络优化人员遇到的问题越发纷杂，后续将考虑通过大数据研究，保存用户信令面数据，建立模型用于记录用户行为，并形成专家知识库，将问题输入后，直接由大数据分析形成解决方案，从而快速高效地解决用户的投诉问题。

[1] 魏克军. LTE语音业务解决方案——CS Fallback技术分析与探讨[J]. 电信技术, 2011(8): 23-25.

[2] 宋丽娜,李文宇,王小旭,等. TD-LTE单卡多模双待终端技术方案[J]. 电信网技术, 2011(8): 34-37.

[3] 朱斌,文涛,符刚,等. VoLTE部署关键问题研究[J]. 邮电设计技术, 2014(2): 1-5.

[4] 毛聪杰,李英奇. LTE网络语音解决方案分析[J]. 电信技术, 2015(2): 37-42.

[5] 张佰林. LTE网络语音业务解决方案研究[D]. 长春: 吉林大学, 2014.

[6] 杜建俊,郭宝,张阳. CSFB无线优化中面临的问题与解决方案[J]. 电信工程技术与标准化, 2014(9): 1-5.

[7] 3GPP TS36.331.2011. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Radio Resource Control (RRC); Protocol specification(Release 9)[S]. 2011.

[8] 单承赣,单玉峰,姚磊,等. 射频识别（RFID）原理与应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2008.

[9] 祁贵宝,甘云燕. 企业RFSIM一卡通系统的应用研究[J].内蒙古科技与经济, 2011(10): 95-96.

[10] 3GPP TS36.304.2011. Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); User Equipment (UE) procedures in idle mode (Release 9)[S]. 2011.

[11] 李翠,石林. 基于射频识别的安全认证协议设计[J]. 计算机工程, 2016,42(3): 172-176.

[12] 史长琼,吴丹,肖瑞强. 能抵抗拒绝服务攻击且高效的RFID安全认证协议[J]. 计算机工程与应用, 2016, 52(2): 105-111.

[13] 肖红光,陈蓉,巫小蓉,等. 基于动态密钥的移动RFID安全认证协议[J]. 计算机工程与应用, 2016,52(22): 113-117. ★

雄安领跑5G，Qualcomm和中国电信携手建设5G创新示范网

8月9日，中国电信雄安国家骨干网暨5G创新示范网启动大会在雄县举行。期间，中国电信正式宣布5G创新示范网启动建设，并发布了《中国电信5G创新示范网白皮书》，力促2020年实现5G规模商用。河北雄安新区临时党委副书记党晓龙、中国电信集团公司董事长杨杰出席大会并讲话。Qualcomm中国区董事长孟樸作为受邀企业代表参加了启动仪式。

中国电信表示，其未来将充分发挥5G网络超高带宽、超大连接、超低时延的特性，重点推动如基于5G的无人驾驶示范、5G网络环境下的移动远程医疗、5G支撑的城市级别物联网等应用的发展，促进网络技术与产业应用的紧密结合，使5G创新示范网不仅服务于雄安新区智慧城市的建设，更能够引领全国甚至全球的产业发展趋势，践行创新发展示范区的历史使命。

作为受邀企业之一，Qualcomm在现场演示了6GHz以下5G NR（新空口）原型，以及5G技术在智慧城市、智能汽车等多个场景下的应用，引起参会者高度关注。目前，Qualcomm已推出了针对6GHz以下频段、毫米波频段及频谱共享技术的“全覆盖”5G NR原型系统，以支持测试、展示及验证5G设计，推动和追踪3GPP 5G新空口标准化进程，加速5G新空口大规模试验和商用部署。（C114中国通信网）

Analysis and Solution of Unsuccessful Voice Fallback for 4G Terminal

JI Chunmei
(China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Shantou Branch, Shantou 515041, China)

In order to deal with the complaints on the unsuccessful fallback for 4G voice terminals, the wireless side and the core side in mobile communication networks were analyzed according to the specific cases. The exclusive method was used to localize and analyze that the crux is results from the unsuccessful handover of RFSIM card channel. The corresponding solution to the specific problems was presented and related methodology can be used to guide the practical work.

signaling tracking CSFB RFSIM

纪纯妹：工程师，硕士毕业于华南理工大学通信与信息系统专业，现任中国移动通信集团广东有限公司汕头分公司中级网络优化管理人员，主要研究方向为无线通信、4G、模拟退火算法等，共发表4篇文章。

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.15.006

TN914

A

1006-1010(2017)15-0029-06

纪纯妹. 4G终端语音无法回落问题的分析及处理[J]. 移动通信, 2017,41(15): 29-34.

2017-07-31

责任编辑：文竹 liuwenzhu@mbcom.cn