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技术广角 73面向VoNR的语音演进策略分析摘要 随着5G SA网络逐步演进成熟，VoNR已经商用。为更好地提供高品质语音业务，文章以SA组网架构下的EPS Fallback和VoNR两种解决方案为基础，展开两种方案的互操作选择策略、边界策略、路径策略、阶段策略四个方面的分析研究，为各电信运营商在VoNR演进过程中的策略方面和后续的全面开通提供技术借鉴。关键词 EPS Fallback；VoNR；语音连续性；演进策略康宏建中国联通呼和浩特分公司呼和浩特010010引言数据业务的高速发展助推了5G语音的快速演进，在AR/VR等业务需求背景下，以EVS(增强型语音通话服务)编码的VoNR成为新一代语音方式。3GPP已确定5G沿用4G语音架构仍基于IP多媒体子系统IMS(IPMultimediaSubsystem)提供语音业务，5GSA主要的演进分组系统有EPSFallback(EvolvedPacketSystemFallback)回落和VoNR(VoiceoverNewRadio)两种方案。随着VoNR的规模部署，更多的语音业务正在向4G/5G网络迁移，这样利于2G/3G退网和频段重耕。至此，面向VoNR的语音演进策略分析课题，就成了当下运营商5G语音重点研究项目。1 5G现有语音解决方案目前的5G主要以SA组网为主，在SA架构下，3GPP定义了EPSFallback和VoNR两种语音解决方案。在5G部署进程中，依据网络能力(SRVCC能力、N26接口)、无线能力(语音负载及策略)、终端能力(PSVoice能力、VoNR)等综合因素，决定是采用EPSFallback方案还是VoNR方案1。1.1 EPS fallback语音方案 采用EPSFallback方案是5GNR覆盖不连续时的中间过渡方案，指EPC/LTE承载语音业务和5GC/NR承载数据业务，方案在核心侧要求5GC、EPC、IMS都开通服务接口，无线侧要求NR与LTE重叠覆盖。当UE在5GNR上建立IMS语音通道时，通过重定向或切换触发回落到EPC/LTE网络，还是VoLTE/CSFB方式，前提是现网已经部署了VoLTE，因引入的是主动回落过程，虽然接续时间比VoLTE方式延迟了400ms，但是对用户感知却影响不大，所以该方案被推荐为5G语音的主要过渡方案。但是CSFB方式(5G4G3G/2G)的两次回落，造成了呼叫建立时间的延长以及用户感知的下降，所以该回落方式不考虑采用。回落过程NR是使用切换流程还是重定向流程，是由UE的支持度来决定的，EPSFB要求UE通过PSHO(PSHandover分组切换)或Redirection(重定向)的方式回落到EPC/LTE。其中基于PSHO方式的EPSFB回落，语音业务和数据业务是技术广角 74同步切换到EPC/LTE，优势是语音建立时延与数据业务的中断时延相对较短，而基于Redirection方式的EPSFB回落，UE回落后首先需要读取EPC/LTE系统消息，然后再建立语音业务，如果在回落之前还存在数据业务，也需要在EPC/LTE网络重新建立承载以恢复原有数据业务，时延相对较长。目前网络是采用PSHO与Redirection同时部署的回落方式，以达到兼容不同的UE与核心网能力的目标。1.2 VoNR语音方案 5G网络部署后期，当覆盖达到一定连续程度时，可以采用5GNR去承载语音，实现5G语音终极目标方案。但是目前5G网络深度与广度覆盖上存在缺陷，即在5GNR覆盖的边缘，因5G语音连续性需求所迫，还需考虑切换到4G/3G/2G来保障5G语音的连续性，因此3GPP定义了5G切换到4G或5G切换到3G/2G的两种场景解决方案。场景1：从5G切换到4G。如果4G现网支持VoLTE，VoNR在5GNR覆盖边缘可以平滑地切换到4GeNB上变成VoLTE，这就是VoNRHandover流程。显然VoLTE是5G语音解决方案的基础和关键驱动力，只有VoLTE和VoNR协同才能保证5G话音音质服务的连续性。但是VoLTE需增强当前IMS系统支持VoNR，并需要UPF(5GC用户面网元)内置PGW-U功能(用户面锚点)，SMF(会话管理功能)内置PGW-C功能(控制面锚点)，PCF(策略控制管理功能)内置PCRF(策略和计费控制功能)功能，UDM(统一数据管理)内置HSS/HLR(归属位置寄存器)等功能。VoNRHandover流程主要是5G与4G之间的互操作，而5GC与EPC之间是否开启N26接口是关键，切换效果将直接影响到语音感知。如果开启了N26接口，即切换过程中5GC和EPC通过N26接口完成切换及上下文的信息交互，中断时延较短约为350ms，在保证语音连续性的同时用户感知也良好。如果EPC不支持N26接口，即发生切换时UE需要重新附着并接入到4G网络，中断时延明显增加到了1600ms，造成了用户语音感知较差的情景，因此在VoNR商用前，建议现网EPC先升级支持N26接口。同样切换到VoLTE后，遇到4G信号弱覆盖区域，也会触发SRVCC流程到3G/2G，但是这种5G4G3G/2G两次切换后的语音感知会较差些，因此4G网络的覆盖与优化质量，直接制约着VoLTE以及VoNR的语音质量。场景1如图1所示。图1 5G SA架构语音解决方案场景2：从5G切换到3G/2G。如果现网不支持VoLTE或4G处于弱覆盖情况下，VoNR只能通过SRVCC切换到CS域，但是3GPPR152没有定义5G与CS域的互操作，为了解决语音连续性的问题，3GPPR163新增定义了VoNR到3G的SRVCC切换流程，实现了5G到3G的切换。5G到3G的SRVCC流程与4G到3G/2G的SRVCC流程基本类似，因为5GC和CS之间没有接口，所以需要MME网元同时支持N26和Sv接口，作为桥梁实现5GC与CS的信令交互。该切换中断时延比VoLTE的eSRVCC流程略长，约为300ms，感知上与VoLTESRVCC的差别不明显。该方案因对UE及5GC、EPC、CS三大核心网都需要改造，对现网影响较大，而且实现流程比较复杂，多数运营商不建议使用5GSRVCC，因会导致多网协同问题，能否有实际商用价值还有待检验。场景2如图2所示。SV/SGs N26 VONR&SRVCC 信令语音IMSMMECS3GLTE5G NR5GCUE图2 VONR到3G的SRVCC切换流程示意图1.3 EPS Fallback与VoNR方案对比对于SA组网下的EPSFallback和VoNR两种主要语音解决方案，技术区别与优势对比如表1所示。技术广角 752 VoNR语音演进策略2.1 4G/5G互操作选择策略SA架构部署开启N26接口情况下，4G/5G互操作存在重定向和PS切换两种操作方案，两种操作方案对应的业务感知和网络调整量均有差异4。采用重定向方案无线网调整较小，5G到4G重定向，NR支持下发4G重定向频点，NR需配置4G频点；4G到5G重定向，eNodeB升级支持配置5G测控，升级支持下发5G重定向频点，自动配置5G重定向频点。重定向方案业务体验较差，5G到4G重定向数据业务和语音业务中断时长及呼叫建立时延均为1s级；4G到5G重定向，数据业务中断时长为1s级。PS切换方案无线网调整较大，5G到4G切换，NR支持针对4G小区的测量和切换，NR需配置4G邻区；4G到5G切换，eNodeB升级支持配置5G测控，升级支持向5G发起切换请求，携带5G小区ID等信息，升级终端支持向目标5G小区切换，携带5G小区配置，配置5G邻区。采用PS切换方案业务体验更好，5G到4G切换，数据业务和语音业务中断时长及呼叫建立时延均为100ms级；而4G到5G切换，数据业务中断时长为100ms级。在4GMME和5GAMF之间建立N26接口并选择PS切换方案可实现较好的业务体验感知，但带来较重的无线网改造和配置等工作量。所以从用户业务体验感知出发点考虑，建议5G移动到4G时的策略是启用N26接口并采用PS切换方案。从无线网改造以及配置工作量较大的角度考虑，同时4G语音不会切换至5G，数据业务对时延相对也不敏感，建议4G移动到5G时的策略是采用重定向方案。PSHO切换对比：VoNR和EPSFallback的PSHO切换都涉及到4G/5G互操作。两种语音方案的区别：VoNR的PSHO切换，即UE在使用语音业务时，优先占用5GNR进行VoNR业务，只有UE移动到NR覆盖之外的场景下，才需要进行PSHO切换，而且是不需要中断RRC连接的无缝切换，因此基本上不影响用户语音感知；而EPSFallback的PSHO切换，即UE在使用语音业务时，在建立语音之前，UE就必须从5GNR通过PSHO切换或重定向，回落至4G网络进行VoLTE语音业务，而重定向方式下会中断RRC连接。两种回落方式同时部署时，UE要求同时支持VoLTE+VoNR，不管采用哪种方式，EPSFallback的接入时延都会比VoNR稍长一些，用户感知也略差一些。2.2 VoNR和EPS Fallback边界策略VoNR开启区域：支持VoNR的终端使用VoNR，不支持VoNR的终端使用EPSFallback。VoNR小区向不支持VoNR小区的移动性管理(VoNRVoLTE)，需系统间基于覆盖和质量的双重策略。VoNR关闭区域：无论是否支持VoNR的终端都使用EPSFallback。不支持VoNR小区向支持VoNR小区的移动性管理(VoLTEVoNR)，同样需要双重策略。支持基于VoNR能力的邻区过滤策略：为防止UE在VoNR语音业务过程中，尝试从VoNR区域向非VoNR区域切换，支持在边界区域站点中，将非VoNR邻区设置为不支持VoNR。VoNR通话中的UE在选择切换邻区时，可以将邻区的“语音用户移动性”开关为“关闭”的邻区过滤掉，不进行切换，通过语音质差切换提前将语音迁移到异频或者异系统。表1 EPS Fallback与VoNR方案对比语音方案 方案定位 承载网络可支持的语音编码可支持的视频编码VR应用结合呼叫时延业务体验增益优势EPS Fallback过渡方案4GAMR-WB、AMR-NBH.264无2.55s5G数据业务回落4G后有中断感知，影响部分5G业务基本与VoLTE一致与VoLTE一致VoNR目标方案5GEVC、AMR-WB、AMR-NBH.265H.264可与VR应用结合1.22s语音和数据业务均采用5G，体验较好比VoLTE的MOS值提升0.20.5、覆盖质量提升3dB53dB无需系统间操作、促进5G发展、呼叫时延更短、数据量减少技术广角 762.3 VoNR网络路径演进策略2.3.1 演进到VoNR需同时满足的条件目前国内运营商5G网络的建设已初具规模，面向VoNR的语音演进方案需要同时满足以下4个条件。1)5G组网架构需为SA组网，国内运营商需要推进NSA退网节奏，同时更需要加快SA组网站点密度建设步伐，还必须部署IMS网络，为VoNR正式商用巩固好网络基础。2)gNodeB和5GC之间的传输时延和抖动需满足要求，PDCPSDU的丢弃时间默认值是100ms，建议值为FDD(300ms)、TDD(500ms)；NRNGC语音连续性能指标要与VoLTE保持一致达到300ms的要求。3)UE需要同时支持VoNR+VoLTE，从中国移动和中国联通5G终端白皮书来看，国内运营商从2021年10月1日起到2021年底，软硬件均必须支持VoNR，并且具备升级和打开VoNR的能力，同时默认开启VoNR功能。目前5大芯片厂商已支持VoNR并联调测试通过的芯片有：Qualcomm(美国高通公司)的X55、X60，MediaTek(联发科)的M70、M80，Hisilicon(海思)的kinin9000，紫光展锐的虎贲T7510，SAMSUNG(三星)的Exynos1080，这些芯片厂商相继宣布都已基于SA网络的接入，打通了5GVoNR的语音和视频电话。4)运营商网络必须部署VoLTE网络，而且5GC需支持IMS语音。2.3.2 面向VoNR的演进路径策略面向VoNR的过渡退网方案顺序：先以2G和NSA退网为主，3G单载波退网为辅，逐步过渡到语音业务以4G的1.8G为主要兜底网。同时考虑2.1G腾退服务于5G，最终实现以“4G+5G”精简目标网为准则。5G商用到目前为止，语音从CSVoice演进到VoNR共有四条可行演进路径：CSVoiceVoNR、VoLTEVoNR、VoLTEEPSFBVoNR、VoLTEVoeLTERATFBVoNR，语音演进路径基本与5G组网演进路径相对应，如图3所示。MSC IMS+EPC IMS+5GC CS Voice VoLTE VoeLTE EPS FB RAT FB VoNR 5GMSC,NRNB直接演进，VOLTE完善覆盖5GCEPC,NRLTE5GC锚定，NReLTE路径1：路径2：路径3：路径4：Option3系列组网Option2组网图3 VoNR演进路径示意图1)路径1：CSVoiceVoNR路径1主要对应于5G组网架构中4/5G覆盖差区域，因需要两次回落过程，造成多网切换时延较长且音质感知较差，属于运营商不建议采纳的5G语音演进路径。2)路径2：VoLTEVoNR路径2主要对应于5G组网演进路径4G5GOption2，属于直接演进路径，只需VoLTE补充覆盖，最后5G网络深入覆盖与优化达到要求后推出VoNR，属于运营商推荐路径。3)路径3：VoLTEEPSFBVoNR路径3主要对应于5G组网演进路径4G5GOption3系列5GOption2，属于间接演进路径，需要经过非独立组网阶段，再到独立组网，所以语音需要通过EPC+LTE来提供，以EPSFB作为语音解决方案，最后5G网络深入覆盖与优化达到要求后推出VoNR，属于平滑演进路径，是运营商首选且与VONR长期共存的推荐方案。4)路径4：VoLTEVoeLTERATFBVoNR路径4主要对应于5G组网演进路径4G5GOption3系列5GOption7系列5GOption2，同样属于间接演进路径，需要经过两个非独立组网阶段，再到独立组网，因为Option7系列相对于Option3系列的优势在于支持5GC引入的新业务。语音通过EPC+LTE5GC+LTE(VoeLTERATFB)两次演进，最后5G网络深入覆盖与优化达到要求后推出VoNR，因其需要两次演进且网络升级复杂，属于运营商不建议采纳的演进技术广角 77路径。5G语音时代只提供5G与4G间的双向语音业务连续性保障，所以VONR和EPSFallback将会在未来时间段里共用一套IMS架构，由EPC/LTE和5GC/NR分别作为分组语音的承载。NR覆盖差的区域通过VOLTE实现语音业务，NR覆盖好的区域通过VONR实现语音业务，由此可见，路径2和3是主要推荐演进路径。2.4 EPS FallBack向VoNR演进阶段策略EPSFallBack向VoNR的演进可分为三个阶段：EPSFallback阶段、EPSFallback和VoNR并存阶段、VoNR阶段5可通过NR中的VoNR功能开关和策略开关的设置，达到实现EPSFallBack向VoNR演进的目标。两个开关与各阶段的策略关系如下：1)EPSFallback阶段：关闭VoNR功能开关，所有5G语音业务都采用EPSFallback解决方案。2)EPSFallback和VoNR并存阶段：开启VoNR功能开关并开启策略开关，根据策略决定采用是VoNR方案或EPSFallbac方案，满足策略要求的情况下NR执行VoNR流程，否则执行EPSFallback流程。3)VoNR阶段：开启VoNR功能开关但关闭策略开关，该阶段默认所有终端都支持VoNR，所有5G语音业务都执行VoNR流程。根据演进过程所处的阶段开关依次设置为：VoNR功能开关关闭VoNR功能开关+策略开关均开启VoNR功能开关开启而策略开关关闭。运营商具备开展VoNR业务能力的3个条件6-8：现网IMS网元、5GC网元、NR都已经支持VoNR；具备支持VoNR的商用终端；现网NR达到语音业务相对应的覆盖率要求。当决定要逐步开启VoNR时，需要在完成现网试验的基础上，从NR覆盖率较高的区域开始，逐渐开启现网NR的VoNR功能，并同时打开策略开关，NR根据策略触发VoNR或EPSFallback流程，进入到EPSFallback和VoNR并存阶段。当默认所有终端都支持VoNR时，关闭N上的策略开关，所有终端语音业务均执行VoNR流程，进入到VoNR阶段。目前国内运营商均处在以EPSFallback和VoNR并存阶段为主，VoNR阶段局部开通为辅，因此需要根据开通区域设置功能和策略开关。后续在现网NR大批量开启VoNR功能之前，建议选取少量现网NR试点开启VoNR功能，并同步进行VoNR业务测试，尤其是5G和4G边界的切换对音视频业务的影响情况。3 结束语本文对SA组网下的语音解决方案进行了探讨，分析了VoNR与EPSFallback的差异与关系，并从两种方案的互操作策略、边界策略、路径策略、阶段策略四个方面，提出EPSFallback向VoNR的演进策略建议，运营商可以此为参考，并结合自身网络特点和部署需求选择合适的解决方案。参考文献1 杜鹏,王刚.5G语音连续性方案研究J.移动通信,2020,44(10):34-372 3GPP.3GPPTS23.501:TechnicalSpecificationGroupServicesandSystemAspects;SystemArchitectureforthe5GSystem;Stage2S.20193 3GPP.3GPPTS23.502:TechnicalSpecificationGroupServicesandSystemAspects;Proceduresforthe5GSystem;Stage2S.20194 张秀成.4G/5G网络互操作部署策略研究J.电信工程技术与标准化,2019,32(10):38-415 刘智德,马金兰.VoNR语音解决方案探讨J.广东通信技术,2021,41(7):28-326 吴滨,张剑寅,周越,等.面向5GAdvanced网络的话音业务演进研究J.移动通信,2022,46(1):46-507 石红晓,刘佳,钱华.5G核心网VoNR语音演进方案研究J.电信快报,2021(11):27-308 杨文强,王友祥,唐雄燕,等.面向云原生的5G核心网云化架构和演进策略J.邮电设计技术,2021(3):12-15技术广角 78作者简介康宏建学士，高级工程师，高级技术主管，主要从事无线网络质量分析与优化、客户满意度分析研究等工作。Abstract Withthegradualevolutionandmaturityofthe5GSAnetwork,VoNRhasbeencommercialized.Inordertobetterprovidehigh-qualityvoiceservices,thispaper,basedonthetwosolutionsofEPSFallbackandVoNRunderSAnetworkingarchitecture,conductsanalysisandresearchonthefouraspectsofinteroperabilityselectionstrategy,boundarystrategy,pathstrategyandphasestrategyofthetwosolutions.ItprovidestechnicalreferenceforalloperatorsintermsofstrategyintheVoNRevolutionprocessandthesubsequentcomprehensiveopening.Keywords EPSFallback;VoiceOverNR;VoiceContinuity;EvolutionStrategyVoice Evolution Strategy Analysis for VoNRKang HongjianChinaUnicomNetworkCommunicationsCo.,Ltd.,HohhotBranch,Hohhot010010,ChinaResearch on Key Technologies for 5G RedCap and Network Deployment SolutionsChinaUnicomResearchInstitute,Beijing100076,ChinaShi Yu Zhu ZiyuanSun HuifangWang HaijingZhou Jing Abstract In2024,theRedCapindustryisofficiallycommercialized.ToacceleratetherapiddevelopmentofRedCapindustry,thisarticlefirstintroducesthestandards,technologyandindustryofRedCap,andthenanalyzesthekeytechnologiesofR17RedCapandR18eRedCap.Furthermore,theinteroperabilityissuesandsolutionsintheinitialdeploymentofRedCapareanalyzed.Finally,thefuturedevelopmentofRedCapisprospected.Keywords CellularInternetofThings；5G；RedCap(上接51页)