5G語(yǔ)音解決方案，推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)商用進(jìn)程

作者：王剛、付鋒，IMS產(chǎn)品架構(gòu)師

2018年，隨著3GPP 5G第一階段全功能標(biāo)準(zhǔn)化完成，5G網(wǎng)絡(luò)商用進(jìn)程隨之開啟，國(guó)內(nèi)外主流運(yùn)營(yíng)商紛紛投身其中，5G時(shí)代正徐徐拉開帷幕。

按照3GPP的定義，5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（5GS）包括5G接入網(wǎng)和5G核心網(wǎng)兩大部分，前者稱為NG-RAN（主體是5G NR），后者則稱為5GC。

圖1：5GC的體系架構(gòu)

語(yǔ)音業(yè)務(wù)在5G時(shí)代仍然是不可或缺的重要業(yè)務(wù)之一。5GC核心網(wǎng)架構(gòu)利用云計(jì)算、服務(wù)化架構(gòu)等IT技術(shù)進(jìn)行了全面的創(chuàng)新，那么5G網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音視頻業(yè)務(wù)又將如何實(shí)現(xiàn)？

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和語(yǔ)音解決方案

3GPP已經(jīng)明確基于IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。中興IMS解決方案將 5G作為IMS語(yǔ)音的一種IP接入方式，對(duì)軟件版本進(jìn)行升級(jí)，引入5G語(yǔ)音不改變IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

針對(duì)4G向5G過(guò)渡問(wèn)題，3GPP充分考慮現(xiàn)網(wǎng)情況，提出了8種Option方案，其中Option1為現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是4G向5G過(guò)渡的“起點(diǎn)”；Option2為全新5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是4G向5G過(guò)渡的“終點(diǎn)”；Option3-8是基于現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)，采用不同過(guò)渡策略的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。中興通訊經(jīng)過(guò)深入研究，提供的IMS語(yǔ)音解決方案完美地兼容5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的8種Option組網(wǎng)方案。

常用5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3GPP R15中，5G NR有兩類部署選擇，分別是SA（Standalone）和NSA(non-Standalone)模式。SA模式下采用端到端的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)組網(wǎng)，NSA模式是指5G NR與LTE聯(lián)合組網(wǎng)。核心網(wǎng)也有兩種部署選擇，沿用EPC架構(gòu)升級(jí)軟件（EPC+）支持eMBB業(yè)務(wù)作為過(guò)渡部署方式，或者部署基于服務(wù)化架構(gòu)的全新5GC網(wǎng)絡(luò)。

上述Option1是傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，LTE連接EPC。Option6是獨(dú)立5GNR僅連接到EPC，Option8是非獨(dú)立5GNR僅連接到EPC。為了保證4G能夠順利向5G過(guò)渡，必須遵循盡可能保持現(xiàn)網(wǎng)穩(wěn)定的原則，而Option6和Option8需要EPC和5G NR之間進(jìn)行信令面直連，會(huì)導(dǎo)致EPC做出重大修改，因此Option6和Option8僅是理論存在的部署場(chǎng)景，不具有實(shí)際部署價(jià)值，通常不予考慮。

Option2/Option3/Option4/Option5/Option7是3GPP標(biāo)準(zhǔn)以及業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的5G候選組網(wǎng)部署方式。在這些Option中，屬于NSA組網(wǎng)方式的是：

1）Option2：核心網(wǎng)采用5GC，無(wú)線網(wǎng)采用5G NR。

2）Option5：核心網(wǎng)采用5GC，無(wú)線網(wǎng)采用eLTE（LTE增強(qiáng)）。

屬于NSA組網(wǎng)方式的是：

1）Option3（含3a、3x）：核心網(wǎng)采用EPC，信令錨定于LTE，數(shù)據(jù)在LTE（3a在EPC，3x在5G NR）分發(fā)。

2）Option4（含4a）：核心網(wǎng)采用5GC，信令錨定于5G NR，數(shù)據(jù)在5G NR（4a在5GC）分發(fā)。

3）Option7（含7a、7x）：核心網(wǎng)采用5GC，信令錨定于eLTE，數(shù)據(jù)在eLTE（7a在5GC，7x在5G NR）分發(fā)。

圖2：5G的SA和NSA組網(wǎng)方式

考慮到盡量減少5G網(wǎng)絡(luò)部署后對(duì)現(xiàn)網(wǎng)基站的影響，在5G部署初期階段，運(yùn)營(yíng)商主要關(guān)注Option3（核心網(wǎng)采用EPC+）和Option2（核心網(wǎng)采用5GC）兩種部署模式。

IMS語(yǔ)音解決方案

中興IMS語(yǔ)音解決方案對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全部8種組網(wǎng)模式完全兼容。基于運(yùn)營(yíng)商已部署LTE，綜合考慮到運(yùn)營(yíng)商5G初期的部署模式和NR覆蓋鋪開的速度，5G語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)可以分為以下五種方式：

(方案1) 雙連接： 終端支持雙連接，控制面錨定于LTE，通過(guò)LTE注冊(cè)到IMS提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

該方案用于Option3模式，終端通過(guò)雙連接同時(shí)接入LTE和5G NR，控制面錨定在EPC核心網(wǎng)，通過(guò)EPC注冊(cè)到IMS上使用語(yǔ)音業(yè)務(wù)。因?yàn)榻K端能同時(shí)支持5G和4G的數(shù)據(jù)收發(fā)，因而語(yǔ)音業(yè)務(wù)可選擇承載在LTE上，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)繼續(xù)在5G上。

此時(shí)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的方案實(shí)質(zhì)上仍然是VoLTE方案。該方案在5G部署初期可作為核心網(wǎng)和無(wú)線的過(guò)渡方案，滿足運(yùn)營(yíng)商初期建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)只實(shí)現(xiàn)提升個(gè)人用戶MBB帶寬的經(jīng)營(yíng)模式。

(方案2) 回落LTE： 面向單待終端，平時(shí)駐留5G，發(fā)起語(yǔ)音呼叫時(shí)切換到LTE，通過(guò)LTE承載提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

在5G部署初期和中期，5G NR熱點(diǎn)覆蓋，5GC已經(jīng)開始部署。當(dāng)5G尚不能提供語(yǔ)音服務(wù)，或者當(dāng)5G覆蓋不足時(shí)為了避免頻繁切換。終端平時(shí)駐留5G上并進(jìn)行IMS注冊(cè)，當(dāng)發(fā)起語(yǔ)音呼叫時(shí)5G RAN發(fā)起回落流程，切換到LTE上繼續(xù)進(jìn)行呼叫建立流程。

該方案也稱為EPS Fallback。該方案允許5G終端駐留在5G NR使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而語(yǔ)音業(yè)務(wù)仍在LTE上承載。該方案適合在5G部署初期作為NR熱點(diǎn)覆蓋的語(yǔ)音解決方案，以避免頻繁切換引起的語(yǔ)音中斷影響用戶感受。

(方案3) 切換LTE： 面向單待終端，5G NR接入5GC，LTE接入EPC，都可提供語(yǔ)音，提供5G/LTE語(yǔ)音切換。

該方案用于5GC和EPC并存階段。在5G部署中后期，5G NR形成連續(xù)覆蓋，5GC已大規(guī)模部署。通過(guò)5G和LTE都可以提供語(yǔ)音服務(wù)。正常情況下，單待終端駐留在5G上，當(dāng)5G信號(hào)不好時(shí)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)都由5G切換到4G。

該方案通常也稱為VoNR。VoNR是通過(guò)5G NR承載語(yǔ)音的技術(shù)方案，在NR的邊界語(yǔ)音切換到LTE上。此方案在5G大規(guī)模部署后使用，因?yàn)楹艚薪�立時(shí)間短、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍能高速傳輸而具有用戶感受更好的優(yōu)勢(shì)，是目標(biāo)語(yǔ)音方案。

(方案4) 雙待終端： 面向雙待終端，利用雙待能力提供語(yǔ)音數(shù)據(jù)并發(fā)，通過(guò)VoLTE提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

該方案用于雙待終端，雙待終端同時(shí)附著在LTE和5G上，僅在LTE上使用語(yǔ)音業(yè)務(wù)。該方案主要依賴于終端的雙待能力，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有特定的要求。

(方案5) 統(tǒng)一5GC： LTE升級(jí)接入5GC，統(tǒng)一核心網(wǎng)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

該方案用于統(tǒng)一的5GC模式，5G終端可接入5G或LTE，并在統(tǒng)一核心網(wǎng)的控制下實(shí)現(xiàn)異系統(tǒng)互操作。

統(tǒng)一的5GC核心網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的最終階段。LTE升級(jí)后接入5GC，相當(dāng)于LTE的利舊。此方案IMS在統(tǒng)一的5GC核心網(wǎng)上部署，提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，IMS對(duì)終端在LTE和NR之間的切換不感知。

以上所述的實(shí)現(xiàn)5G語(yǔ)音業(yè)務(wù)的各種方式，描述了在運(yùn)營(yíng)商已部署LTE的情況下進(jìn)行5G語(yǔ)音業(yè)務(wù)部署的幾種場(chǎng)景，其中綜合考慮了運(yùn)營(yíng)商的5G業(yè)務(wù)模式和NR的覆蓋程度。

目前，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初級(jí)階段，方案一、方案二、方案三分別代表了當(dāng)前語(yǔ)音業(yè)務(wù)部署的三種典型場(chǎng)景。進(jìn)一步地，我們可以從架構(gòu)、語(yǔ)音連續(xù)性等維度對(duì)前三種語(yǔ)音方案進(jìn)行對(duì)比（表1），可以看出三種方案都是成熟的技術(shù)方案。

語(yǔ)音方案

VoLTE

EPS Fallback

VoNR

場(chǎng)景

Option3模式

EPC和5GC共存，

NR熱點(diǎn)覆蓋

EPC和5GC共存，

NR連續(xù)覆蓋

終端駐留網(wǎng)絡(luò)

語(yǔ)音連接LTE，

數(shù)據(jù)連接NR

平時(shí)駐留5G，

語(yǔ)音呼叫時(shí)回落4G

正常情況駐留5G，

5G信號(hào)不好時(shí)切換4G

業(yè)務(wù)能力影響

數(shù)據(jù)帶寬提高，

業(yè)務(wù)同4G

數(shù)據(jù)帶寬更高，

支持5G業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)帶寬更高，

支持5G業(yè)務(wù)

語(yǔ)音連續(xù)性

語(yǔ)音業(yè)務(wù)在4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，不存在5G和4G間切換

呼叫建立時(shí)回落到4G，不受5G和4G間切換影響

語(yǔ)音在5G進(jìn)行，5G切換到4G時(shí)業(yè)務(wù)不中斷

呼叫建立時(shí)延

IDLE態(tài)：