5G語音解決方案，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，國內(nèi)外主流運(yùn)營商紛紛投身其中，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)）提供語音業(yè)務(wù)。中興IMS解決方案將 5G作為IMS語音的一種IP接入方式，對(duì)軟件版本進(jìn)行升級(jí)，引入5G語音不改變IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

針對(duì)4G向5G過渡問題，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過渡的“起點(diǎn)”；Option2為全新5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是4G向5G過渡的“終點(diǎn)”；Option3-8是基于現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)，采用不同過渡策略的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。中興通訊經(jīng)過深入研究，提供的IMS語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，無線網(wǎng)采用5G NR。

2）Option5：核心網(wǎng)采用5GC，無線網(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語音解決方案

中興IMS語音解決方案對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的全部8種組網(wǎng)模式完全兼容�；�于運(yùn)營商已部署LTE，綜合考慮到運(yùn)營商5G初期的部署模式和NR覆蓋鋪開的速度，5G語音業(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LTE注冊(cè)到IMS提供語音業(yè)務(wù)。

該方案用于Option3模式，終端通過雙連接同時(shí)接入LTE和5G NR，控制面錨定在EPC核心網(wǎng)，通過EPC注冊(cè)到IMS上使用語音業(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)和無線的過渡方案，滿足運(yùn)營商初期建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)只實(shí)現(xiàn)提升個(gè)人用戶MBB帶寬的經(jīng)營模式。

(方案2) 回落LTE： 面向單待終端，平時(shí)駐留5G，發(fā)起語音呼叫時(shí)切換到LTE，通過LTE承載提供語音業(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)覆蓋的語音解決方案，以避免頻繁切換引起的語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，都可提供語音，提供5G/LTE語音切換。

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5G和LTE都可以提供語音服務(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5G NR承載語音的技術(shù)方案，在NR的邊界語音切換到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音數(shù)據(jù)并發(fā)，通過VoLTE提供語音業(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語音業(yè)務(wù)的各種方式，描述了在運(yùn)營商已部署LTE的情況下進(jìn)行5G語音業(yè)務(wù)部署的幾種場景，其中綜合考慮了運(yùn)營商的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)前語音業(yè)務(wù)部署的三種典型場景。進(jìn)一步地，我們可以從架構(gòu)、語音連續(xù)性等維度對(duì)前三種語音方案進(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。

語音方案

VoLTE

EPS Fallback

VoNR

場景

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)

語音連接LTE，

數(shù)據(jù)連接NR

平時(shí)駐留5G，

語音呼叫時(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)

語音連續(xù)性

語音業(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)：