Rétention : taux de coupure d’appel (DCR)

L'ingénierie de la rétention voix : modélisation de la continuité de service, protocoles L3/L7 et analyse du KPI DCR (Dropped Call Rate)

Dans la supervision métrologique et l'optimisation des performances des réseaux cellulaires (4G LTE / 5G NR), la robustesse de l'infrastructure ne s'évalue pas uniquement à l'aune de son taux de succès d'établissement d'appel (CSSR). Une fois le plan d'usage de la communication vocale actif, le réseau doit valider sa capacité de rétention à travers la mesure du DCR (Dropped Call Rate ou taux de coupure d'appel) [Source 1, Source 3].

Défini par les standards de l'ETSI TS 102 250-2, le DCR quantifie la proportion de sessions de parole interrompues de manière anormale et involontaire avant le déclenchement d'une commande de libération légitime [Source 3]. Analyser ce KPI exige de décoder les boucles de rétroaction de la couche physique (L1), les temporisateurs de défaillance radio de la couche de liaison (L3 RRC) et la signalisation applicative (L7 SIP) du sous-système IMS [Source 1, Source 3]

1. Modélisation mathématique du DCR selon les compteurs 3GPP (OSS)

En ingénierie de réseau et d'exploitation (OMC/OSS), le calcul du DCR ne s'appuie pas sur des approximations textuelles. Il est modélisé au niveau du réseau d'accès (RAN) en isolant le comportement du bearer dédié à débit garanti (GBR) alloué au flux de parole RTP haute définition (l'indice QCI 1 en 4G, 5QI 1 en 5G SA) [Source 1] :

• Les Libérations Normales (Normal Releases) : Déclenchées par une signalisation de fin de session initiée volontairement par l'utilisateur (raccrochage de l'appelant ou de l'appelé).
• Les Libérations Anormales (Abnormal Releases / Drops) : Événements imprévus où l'antenne (eNodeB/gNodeB) ou le cœur de réseau interrompent brutalement le tunnel GBR en raison d'une perte de signal hertzien, d'un échec de mobilité ou d'un timeout de signalisation de contrôle [Source 1].

2. Le mécanisme physique de la coupure radio : La cinématique du RLF

L'effondrement du lien électromagnétique suit un parcours temporel strict codifié par les couches basses du 3GPP (spécifications de couche 3 RRC) :

1. La Désynchronisation (L1/L2) : Lorsque le terminal pénètre dans une zone d'ombre hertzienne ou subit une interférence sévère (SINR critique), la couche physique ne parvient plus à décoder les blocs de contrôle. Après la détection de N310 indications consécutives de désynchronisation (Out-of-Sync), le terminal active le temporisateur T310.
2. L'incubation de la défaillance (Timer T310) : Pendant le décompte de T310, le smartphone tente de récupérer la synchronisation (en cherchant N311 indications In-Sync consécutives). Si le signal reste dégradé, T310 expire et le terminal déclare formellement un Radio Link Failure (RLF).
3. La tentative de sauvegarde : Le terminal suspend instantanément le plan d'usage voix et initie une procédure d'urgence en émettant un message RRC Connection Re-establishment Request vers une cellule adjacente disponible. Si cette cellule rejette la demande ou si le terminal ne trouve aucun signal dans le délai imparti par le timer T311, le lien radio est définitivement rompu : l'antenne déclare une libération anormale du QCI 1/5QI 1, générant la coupure d'appel [Source 1].

3. Analyse du DCR par génération de réseau et signatures protocolaires

La nature et le décodage des traces protocolaires (PCAP/Wireshark) varient de manière asymétrique selon l'architecture de transport implémentée :

a) En 2G GSM & 3G UMTS (Commutation de Circuits)

• GSM (2G) : L'appel est confiné dans une tranche temporelle fixe (TCH). La coupure intervient lorsque le niveau de signal reçu (RxLev) ou le taux d'erreur binaire (RxQual) franchissent les seuils critiques, coupant les messages de signalisation de couche 3.
• UMTS (3G) : Le transport s'appuie sur le codage WCDMA. Le DCR est soumis au phénomène de respiration des cellules (Cell Breathing) : sous forte charge de trafic data concurrent, le niveau d'interférence global s'élève, ce qui contracte dynamiquement le rayon de couverture utile de l'antenne. Les terminaux en communication vocale en bordure de cellule subissent une dégradation brutale de leur rapport Ec/No (qualité du pilote), provoquant l'échec des procédures de Soft Handover et la coupure de la session circuit.

b) En 4G LTE (L'ingénierie de la VoLTE Tout-IP)

L'introduction de la VoLTE déplace la surveillance de la rétention vers la couche applicative 7 (SIP) et le cœur de réseau IMS [Source 3].

La signature protocolaire de la coupure : Sur une trace réseau, une coupure d'appel VoLTE ne se matérialise pas par un silence, mais par l'émission automatique d'un message SIP BYE généré par l'infrastructure (le proxy P-CSCF de l'IMS) et non par l'utilisateur. Cet en-tête intègre le champ de diagnostic de cause Reason: Q.850; cause=41 (Temporary failure) ou cause=31 (Normal, unspecified) détourné par anomalie de transport, permettant aux outils de métrologie d'isoler l'incident [Source 3].

c) En 5G NR (VoNR native vs EPS Fallback)

En architecture 5G Standalone (5G SA), le maintien de la voix native VoNR (Voice over New Radio) dépend de l'intégrité des QoS Flows prioritaires de type 5QI 1 (GBR) contrôlés par la couche de protocole SDAP [Source 1].

La contrainte du Massive MIMO : La couverture 5G NR en bandes hautes (3,5 GHz) s'organise en faisceaux directifs dynamiques. Le maintien de l'appel exige des algorithmes de Beam Tracking ultra-réactifs. Si le terminal se déplace rapidement (mobilité véhiculaire) et que le gNodeB échoue à commuter les faisceaux de manière synchronisée (Beam Switching Failure), le rapport SS-SINR s'effondre instantanément, déclenchant un RLF et la coupure VoNR avant que le mécanisme de secours d'interfonctionnement EPS Fallback (redirection de l'appel vers la 4G LTE) n'ait le temps de s'exécuter.

4. Protocoles d'instrumentation métrologique et impact de l'exposition

La validation du DCR lors des campagnes d'audit ou de Drive Testing exige un encadrement couplé du protocole d'essai afin d'assurer l'équité statistique des résultats (directives ETSI TS 102 250-2) [Source 3] :

• La normalisation de la durée d'appel : Le taux de coupure est une fonction mathématique dépendante du temps d'exposition du terminal aux variations du canal hertzien. Un script de test exécutant des appels courts de 30 secondes minimisera artificiellement le DCR en masquant les défaillances de mobilité longue distance. Les normes de l'ETSI imposent donc des durées fixes standardisées, typiquement calées sur 90 secondes ou 120 secondes, permettant de traverser plusieurs frontières de cellules [Source 3].
• L'index Call Drop per Hour (CDPH) : Pour affiner l'analyse de la rétention sur les infrastructures de transport à grande échelle (backbones ferroviaires ou autoroutiers), les ingénieurs utilisent le KPI complémentaire CDPH, qui rapporte le volume d'interruptions anormales à une heure cumulée de communication active. Il offre une granularité indispensable pour normaliser les campagnes de mesures de longueurs inégales.
• La traçabilité par automates de réponse : À l'instar de la mesure d'accessibilité, le terminal mobile d'essai doit appeler un générateur de trafic réseau fixe (Call Generator) capable d'isoler la cause exacte de fin de session, d'éliminer le biais d'un raccrochage distant intempestif et d'enregistrer de manière intègre la signalisation SIP et les traces PCAP.

5. La divergence d'interprétation métrologique : KPI RAN vs KQI End-to-End

Une erreur récurrente d'analyse consiste à assimiler les statistiques de rétention extraites des compteurs internes des stations de base (OMC/OSS) avec le DCR mesuré de bout en bout sur le terrain par des terminaux de test :

• Le périmètre restreint du KPI E-RAB Drop Rate : Au niveau de l'eNodeB/gNodeB, le taux de coupure radio caractérise uniquement la contribution du réseau d'accès hertzien. Si l'antenne libère anormalement un bearer QCI 1 en raison d'une perte de synchronisation temporaire, mais que l'UE parvient instantanément à rétablir sa signalisation de couche haute via un réétablissement RRC transparent, la session SIP/IMS reste active. Le compteur radio enregistre un « drop », mais l'utilisateur final ne subit aucune coupure.
• L'impact des défaillances de couche haute : À l'inverse, si des pertes de paquets massives sur le réseau de transport IP terrestre (Backhaul) ou une panne logicielle sur les serveurs de l'IMS interrompent les flux de signalisation SIP L7 ou les paquets RTP de parole, la session voix s'effondre. Le terminal de test enregistre une coupure (End-to-End Call Drop), alors que l'antenne radio n'a détecté aucune anomalie sur son bearer de couche 2, libérant ce dernier de manière « normale » suite au timeout applicatif. Le diagnostic de la rétention exige donc de corréler ces deux univers de mesures

6. Leviers d'optimisation et d'ingénierie de la rétention via l'architecture SON

L'amélioration d'un DCR dégradé s'effectue en configurant les algorithmes d'automatisation du réseau et en ajustant les garde-fous temporels des couches basses :

• L'équilibrage de charge via les algorithmes SON (Self-Organizing Networks) : Si les coupures d'appels proviennent d'échecs de handovers vers des cellules cibles saturées, l'activation des modules MRO (Mobility Robustness Optimization) et MLB (Mobility Load Balancing) permet aux antennes d'ajuster automatiquement leurs fenêtres de déclenchement (Handover Margin et Time-to-Trigger). Le réseau anticipe ou retarde la transition hertzienne pour contourner les creux de signal et distribue le trafic de manière équilibrée entre les bandes de fréquences (refarming).
• Le durcissement des compteurs radio L3 : Dans les zones montagneuses ou urbaines denses sujettes à des évanouissements rapides mais temporaires du signal, les ingénieurs peuvent étendre la tolérance des terminaux en modifiant la valeur des compteurs du 3GPP : augmenter la valeur du timer T310 (ex : passage de 1000 à 2000 ms) ou abaisser le seuil N310. Cette configuration accorde plus de temps au smartphone pour accomplir sa procédure de réétablissement RRC (RRC Re-establishment) avant de couper définitivement l'appel VoLTE/VoNR.

Conclusion générale

Le taux de coupure d'appel (DCR) s'impose comme le KPI pivot de la gouvernance de l'accessibilité de rétention et de la continuité de service dans les réseaux cellulaires [Source 1, Source 3]. En validant l'aptitude de l'infrastructure à maintenir l'intégrité des tunnels à débit garanti (QCI 1 / 5QI 1) face à la volatilité de l'interface Air et à la vitesse de déplacement des utilisateurs, il matérialise la stabilité réelle de l'expérience voix [Source 1].

À l'ère des cœurs de réseaux cloud-natives et du Massive MIMO, maîtriser le DCR exige d'adopter une démarche systémique de bout en bout, associant la finesse de la planification hertzienne (Beam Tracking, optimisation des seuils de Handovers) avec la résilience des protocoles applicatifs de la couche IMS [Source 1, Source 3].

C'est par ce pilotage métrologique rigoureux, encadré par les recommandations de l'UIT-T E.807, que les opérateurs et les régulateurs parviennent à lever les angles morts de la supervision technique, garantissant aux abonnés mobiles une communication non seulement accessible, mais durable et ininterrompue de bout en bout [Source 1, Source 3].

NB : 

• [Source 1] : Les Spécifications Techniques du 3GPP (3rd Generation Partnership Project)
•  [Source 3] : Les Standards Métrologiques de l'ETSI et de l'UIT-T (Union Internationale des Télécommunications)