5G VoNR语音演进方向探析

黄铸，杨婧玮

中国人民解放军31309部队，四川省成都市，610000

摘要：针对5G环境下VoNR语音承载网络部署现状及其阶段性发展需求，通过阐述VoNR技术支持下的语音呼叫流程建构模式，分别对EPS/IMS、5GS/IMS网络环境下的语音业务方案进行比较分析，运用RAT FB、5G SRVCC与EPS FB三种语音部署方案实现语音业务部署，并面向5G中后期部署形式进行VoNR语音解决方案的设计与展望，致力于为用户提供超高清语音服务，为5G网络生态完善及迈向成熟期提供重要参考。

关键词：5G VoNR语音；EPS Fallback方案；语音回落；超高清

引言：回顾移动通信语音业务的发展历程，由3G时代的CS方案、4G时代VoLTE与CSFB方案逐步演进为5G时代的VoNR语音承载方案，为语音服务的连续性、覆盖能力优化提供技术支持。目前全国5G基站建设总量已突破222万个，VoNR语音方案的应用也为实现“零回落”目标打下良好基础，但受业务部署阶段、组网规模等因素影响，5G网络与4G网络仍具有长期伴随关系，研究5G技术下语音方案的技术实现路径及其未来演进趋势对于提升VoNR语音质量具有现实意义。

1 VoNR技术方案

1.1语音呼叫流程

现阶段国内运营商主要采用基于SA架构的option2部署方式，将信令搭载至5GC架构或NR网络上，在不接入语音业务时切换至4G VoLTE网络上，用于解决5G VoNR业务受限问题[1]。引入VoNR技术应由NR网络提供用户终端，承载语音、数据等业务，待完成IMS网络注册获取信令后，在用户发出或接收到语音呼叫请求后，将依托5G NR网络建立专用IMS信令/话音通道，可有效简化业务流程、缩短接续时间，满足低UE功耗、高质量及实时通信需求。在语音呼叫流程构建上，主要包含以下步骤：

（1）由用户终端A发出呼叫请求，向IMS网络下的PCSCF/BAC设备发送INVITE消息。

（2）基于IMS网络下由PCSCF/BAC设备向5GC网络发出查询位置请求。

（3）由5GC网络向NG-RAN发送通知，指示建立专载。

（4）由5GC网络协同VoNR在5G上建立专载，执行VoNR/EPS FB呼叫建立专载操作。倘若建立专载失败，由EPS FB向5GC网络发出告知，执行语音回落；待NR回落至4G后，重新在VoLTE或CSFB网络上建立专载。

（5）确认建立专载后，由5GC网络将位置信息返回至PCSCF/BAC设备处，分别将5G/4G位置信息返回至VoNR、EPS FB呼叫端。

（6）由主叫PCSCF/BAC设备将专用承载类型、位置信息分别映射至INVITE的P-Access-Network-Info头域中，并将INVITE消息以呼叫形式接续至被叫用户B端。

（7）用户B端向PCSCF/BAC端发出183消息。

（8）PCSCF/BAC设备将向5GC网络发出查询位置信息请求，重复上述流程建立专载，并将专载类型、位置信息分别映射至183消息的头域中，将183消息以呼叫形式接续至主叫用户A端，完成语音呼叫。

将VoNR与EPS FB两种语音业务实现方式进行比较分析，如表1所示。

表 1 两种语音业务实现方式的差异性比较

项目名称		5G VoNR	EPS Fallback
承载网络		5G网络（NR+5GC）	4G网络（E-URTAN+EPC）
专用承载	语音	5QI=1	QCI=1
	视频	5QI=2	QCI=2
位置信息	IP-CAN TYPE	3GPP-5GS	3GPP-5GS
	RAT TYPE	NR	EUTRAN
	位置标识	5G网络小区标识	4G网络小区标识
P-Access-Network-Info字段	access-class	3GPP-NR	3GPP-E-UTRAN
	access-info	5G网络小区标识	4G网络小区标识
可支持的编解码	音频	EVS、AMR-WB、AMR-NB	AMR-WB、AMR-NB
	视频	H.265、H.264	H.264

1.2 5G语音方案分析

针对5G网络环境下的语音业务技术路线进行分析：

一方面采用基于EPC/IMS网络下的VoLTE或CSFB演进式语音方案。例如运用VoLTE或CSFB语音方案时，将NR端接入的用户归入LTE端，重新调用LTE建立与NR链接并行的语音解决方案，在LTE网络下完成语音业务处理，并基于CSFB模式将终端回落至CS网络中，能够最大限度降低对现行网络架构下LTE业务运行的影响，无需执行网络改造操作[2]。

另一方面则运用基于5GC/IMS的VoNR语音服务方案，在VoNR覆盖范围受限情况下可实行语音回落。例如采用5G VoNR语音方案，将语音、数据业务承载在5G网络中，实行NR端的规模化部署，引入IVAS等多种编码标准，支持VR及全IP业务应用，并且在NR覆盖不足情况下执行自动切换；采用EPS FB方案作为中间过渡，将EPC/LTE作为语音专用承载网络，将5GC/NR作为数据专用承载网络，在各网络环境下分别开设服务端口，用户可在5GC网络环境下实现数据业务的高速传输，并通过重新发出请求满足语音业务需求，基于主动回落将额外产生的接续时长控制在400ms以内，最大限度保障用户使用体验；RAT FB方案同样由不同网络承载语音、数据业务，由NR端将重定向请求发送至5GC终端，切换至eLTE/IMS网络提供语音服务；5G SRVCC方案则将终端部署在5GC网络下，在发生语音通话时由4G代理设备执行切换、转发操作，使语音业务回落至2G/3G设备端，待通话结束后重新切换回NR端

[3]。

考虑到目前正处于5G商用化的起步期，NR覆盖范围和部署速度仍无法满足语音业务承载需求，5G NR仅支持热点覆盖，因此仍需采取RAT FB、5G SRVCC、EPS FB等过渡方案部署语音承载网络，并逐步探索5G发展至中后期的VoNR语音业务部署策略。

2 5G VoNR语音业务部署及其演进前景展望

2.1基于RAT FB的语音回落方案

利用eLTE、5G NR网络分别承载语音业务和数据业务，基于NR+LTE双链接部署组网方案，采用5GC锚定、5G NR->eLTE方式触发RAT回落，使5G NR将重定向请求发送至5GC网络端，建立IMS语音呼叫通道，并使RAT最终回落至eLTE或5GC网络端，提供语音通信服务。但该业务方案对于现网中的站点提出升级改造需求，需将原4G网络下的LTE站点升级为eLTE站点，支持与NR覆盖范围一致，相对成本偏高。

2.2基于5G SRVCC的语音呼叫方案

在5G网络环境下同样执行语音、数据业务的分网处理，基于CS Voice技术承载语音业务，分别对AMF、MME、MSC设备进行接口改造，在5GC网络设备端发出信令时由MME作为代理设备传送至MSC设备端，执行切换操作。当用户发出语音通话请求后，将自动触发SRVCC回落，将重定向请求发送至5GC网络端，由CS网络建立话音通道，提供语音通信服务。当前该方案适用于5G无线通信网络环境，在用户设备UE端判断5G网络下语音服务是否进入中止状态，根据关联标识符映射信息指示无线设备切换接入网络，即可基于IP协议在切换后的网络中执行语音通信操作，有效保障语音呼叫的连续性。

2.3基于EPS FB的语音业务方案

在通信技术持续演进发展形势下，围绕5GC域、EPC域、IMS域建立EPS FB网元架构，涉及5G域下的AMF、SMF、UPF、NG RAN四个网元，4G域下的MME、E-UTRAN两个网元，以及IMS域下的SBC、CSCF、ATCF、MRFC四个网元。在EPS FB语音业务方案部署上，需在LTE侧建立VoLTE网络，使核心网侧MME、AMF网元之间具备N26接口，以此提供信令消息传输通道，使主叫用户接入5G网络后在较短时间内回落至LTE网络、建立专用承载网络，实现VoLTE通话业务的正常发出。例如在语音回落功能实现上，先开启NR端的EPS FB子开关；随后在测量模式、盲模式下执行切换操作或发出重定向信令，当优先执行切换操作将回落至E-UTRAN端、设置参数HANDOVER，反之则设置参数REDIRECTION；再运行测量模式，在UE端执行对B1事件的测量，倘若判断回落至LTE系统邻区的数值超出门限时，将切换至其他符合条件的LTE小区；在盲模式或未在定时器规定时限内寻找到符合条件的LTE小区，则根据预先设置的频点定向至LTE小区，实现优先测量；最终测试结果显示，基于盲重定向策略的EPS FB语音业务方案可有效满足语音通话需求，将时延控制在2s以内。

2.4未来5G VoNR语音演进前景

2.4.1中后期部署方案

在5G中后期部署上，一方面应完善5G NR热点覆盖模式，综合运用5G SRVCC、RAT FB、EPS FB等业务方案扩大5G网络部署规模，适应VoLTE强覆盖、弱覆盖等不同场景下的语音通话需求。另一方面，还应重耕2G/3G频谱与低频段语音等频谱资源，将原语音业务平滑迁移至5G VoNR场景下，实现5G NR连续覆盖与独立组网，并运用EVS、ROHC、MAC CE等编码技术提供超高清、高频传输、动态调速等语音编解码形式，更好地适应远距离语音通信质量，既有助于节约运营商组网建设成本，也进一步提高网络承载效率。

2.4.2 VoNR语音业务优化

首先，实行RLC分段优化设计，对上行动态调度分配的TBS采取限制措施，抑制RLC分段数量，保证在信道质量偏低情况下仍可提供高质量语音通话服务。其次，面向不同用户设置差异化PSF，将VoNR PUSCH功率进行偏置，优先使用满功率发送小包业务，并在功率未用满条件下增大功率谱密度，防范出现丢包问题。再次，合理调节重传次数，在基于5G VoNR的语音专用承载模式下，由gNodeB对用户执行8次最大HARQ重传次数，借此保证上行数据成功传输、提高上行覆盖率。最后，还需综合考虑核心网环境、5G基站部署情况、空口等因素，针对呼叫时延、MOS语音质量等VoNR指标进行优化设计，保证语音通信传输质量。

结论：通过以运营商基础语音业务为切入点，分别细化RAT FB、5G SRVCC、EPS FB三种语音业务方案的部署与设计，探索不同网络环境、覆盖范围下的具体适用方案，有效解决5G覆盖范围不足、业务带宽受限等问题，为用户提供高质量语音通话服务。未来还需面向5G网络建设前景，深入研究VoNR技术方案的优化设计思路，在不涉及网络回退的条件下满足5G VoNR语音业务需求，为语音通话服务质量提升提供良好示范经验。

参考文献：

[1]丁爽爽.浅析5G语音解决方案和关键技术[J].科学与信息化,2020,(35):42+44.

[2]杜鹏,王刚.5G语音连续性方案研究[J].移动通信,2020,(10):34-37+72.

[3]张辉,肖鹏,吴肖海.5G SA语音回落演进分组系统方案探讨[J].广西通信技术,2021,(02):47-49.