5G語音解決方案初探

王紅線, 趙杰

（1 中國移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司，南京 210029；2 北京郵電大學(xué)，北京 100876）

1 引言

5G的應(yīng)用場景分為三大類：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量機(jī)器類通信（mMTC）、超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC），具體表現(xiàn)為增強(qiáng)帶寬、海量連接和超低時(shí)延三大特征。雖然在4G向5G演進(jìn)的過程中，仍聚焦在對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步提升和優(yōu)化，但作為商用的通信技術(shù)，語音解決方案是5G商用必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文從5G的組網(wǎng)策略入手，詳細(xì)分析了5G不同組網(wǎng)策略下的語音解決方案、語音連續(xù)性及5G語音部署策略。

2 5G的組網(wǎng)策略

2.1 組網(wǎng)策略

傳統(tǒng)的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)均采用獨(dú)立部署架構(gòu)（SA），5G時(shí)代，為滿足5G高頻補(bǔ)熱的部署需求，引入一種新的非獨(dú)立部署架構(gòu)（NSA）。3GPP定義的Option部署架構(gòu)選項(xiàng)中，受業(yè)界關(guān)注較高的是Option 2/3/4/7[1]，如圖1所示，其中Option 2是獨(dú)立部署方案（SA），Option 3/4/7是非獨(dú)立部署方案（NSA）。

Option 3系列和7系列都是以LTE為錨點(diǎn)的緊耦合部署方案，NR均需要借助于LTE將控制面錨定在LTE上。兩者的區(qū)別是Option 3系列LTE連接EPC，EPC需要升級為EPC+，而Option 7系列需將LTE升級為eLTE，并連接5GC。Option 3/3a/3x的差別在于下行用戶面分別由eNode B/EPC+/gNode B分流。Option 7/7a/7x的差別在于下行用戶面分別由eNode B/5GC/gNode B分流。Option 4系列是將LTE升級為eLTE，并將控制面錨定在NR上，NR連接至5GC設(shè)備。Option 4/4a的差別在于下行用戶面分別由gNode B/5GC分流。

2.2 SA與NSA的比較

圖1 5G組網(wǎng)策略

獨(dú)立部署架構(gòu)同時(shí)新建5G無線網(wǎng)絡(luò)和5G核心網(wǎng)絡(luò)（5GC），由于引入了5GC，獨(dú)立部署架構(gòu)可以提供網(wǎng)絡(luò)切片、MEC等5G新特性。獨(dú)立部署的5G網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的相互獨(dú)立，4G/5G互操作相對簡單，適合大規(guī)模全網(wǎng)部署。獨(dú)立部署SA具有一步到位的優(yōu)勢，整體投資比較經(jīng)濟(jì)。SA是5G目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)，但端到端整體成熟時(shí)間較晚。

非獨(dú)立部署架構(gòu)可以作為過渡方案用于快速滿足早期5G業(yè)務(wù)需求，平穩(wěn)過渡，業(yè)務(wù)連續(xù)性好，建網(wǎng)快，適合初期5G NR熱點(diǎn)區(qū)域部署，更快地將5G推向市場。非獨(dú)立部署方案需要新建5G NR，升級4G eNode B，升級EPC，整體投資相對較大。NSA可以快速支持eMBB業(yè)務(wù)，如果采用Option 3，不新建5GC，那么將無法具備5G新能力（如切片、MEC等），只能具備高速率高帶寬特點(diǎn)。具體分析如表1所示。

2.3 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略

3GPP NSA標(biāo)準(zhǔn)（Option 3）已在2017年底完成，SA標(biāo)準(zhǔn)（Option 2）在2018年6月完成，Option 4/7標(biāo)準(zhǔn)將在2018年底完成。運(yùn)營商可根據(jù)3GPP標(biāo)準(zhǔn)完成時(shí)間、可用頻率及網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀等，選擇不同的組網(wǎng)部署演進(jìn)路線。對于核心網(wǎng)來說，5G演進(jìn)有兩種方案：方案1，分步走方案。第一步，先采用Option 3部署方式將現(xiàn)網(wǎng)EPC升級為EPC+，這時(shí)NR作為輔助節(jié)點(diǎn)，以LTE為錨點(diǎn)連接至EPC+。第二步，隨著5GC的成熟，逐步引入建設(shè)5GC，這時(shí)可以采用Option 7部署方式，NR仍作為輔助節(jié)點(diǎn)，將LTE升級為eLTE，以eLTE為錨點(diǎn)，連接至5GC。第三步，隨著NR逐步實(shí)現(xiàn)成片連續(xù)覆蓋，可以采用Option 4部署方案，這時(shí)不再以LTE為錨點(diǎn)，而是以NR為錨點(diǎn)，連接至5GC，5G網(wǎng)絡(luò)成為運(yùn)營商的主營網(wǎng)絡(luò)，4G網(wǎng)絡(luò)成為輔助打底網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)Option 2目標(biāo)組網(wǎng)。方案2，一步走方案，統(tǒng)一新建NR和5GC，直接實(shí)現(xiàn)Option 2。

表1 SA與NSA的比較

3 5G的語音解決方案

不同的5G組網(wǎng)策略可采用不同的5G語音解決方案，目前5G語音解決方案主要有以下3個(gè)。

3.1 方案1：沿用4G語音解決方案

該方案適用于沒有建設(shè)5GC的NSA場景，即Option 3組網(wǎng)場景。

連接態(tài)時(shí)，終端保持與LTE基站和5G基站的雙連接，語音業(yè)務(wù)由4G網(wǎng)絡(luò)承載，沿用4G網(wǎng)絡(luò)的語音方案，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)由4G/5G網(wǎng)絡(luò)承載。如果4G網(wǎng)絡(luò)支持VoLTE，則通過VoLTE實(shí)現(xiàn)語音，如果終端正在LTE覆蓋區(qū)域進(jìn)行VoLTE通話，一旦進(jìn)入LTE不連續(xù)覆蓋區(qū)，則通過eSRVCC切換到2G/3G網(wǎng)絡(luò)。如果4G網(wǎng)絡(luò)不支持VoLTE，則通過CSFB回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)。與現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)語音解決方案完全保持一致。這種解決方案中5G和4G網(wǎng)絡(luò)無互操作，需要終端支持雙待，終端約在2018年底具備商用條件。具體如圖2所示。

3.2 方案2：EPS Fallback方案

該方案適用于建設(shè)有5GC的場景，包括Option 2/4/7。

圖2 方案1：沿用4G語音解決方案

該方案需要打通5GC和EPC之間的N26接口，并對現(xiàn)有VoLTE IMS進(jìn)行升級，支持IMS與5GC的接口。終端駐留在5G上，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載在5G網(wǎng)絡(luò)上，一旦終端在5G網(wǎng)絡(luò)上起呼，基站就控制終端從5G切換到LTE，將語音業(yè)務(wù)承載在4G網(wǎng)絡(luò)，通過4G VoLTE實(shí)現(xiàn)語音呼叫，具體如圖3所示。這種解決方案中，5G和4G網(wǎng)絡(luò)互操作簡單，終端支持單待即可，終端約在2019年Q2具備商用條件。

圖3 方案2：EPS Fallback方案及方案3：VoNR方案

3.3 方案3：VoNR方案

該方案與EPS Fallback方案相似，也適用于建設(shè)有5GC的場景，包括Option 2/4/7，也需要打通5GC和EPC之間的N26接口，并對現(xiàn)有VoLTE IMS進(jìn)行升級支持與5GC的接口。不同點(diǎn)是，終端駐留在5G上，語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均承擔(dān)在5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)VoNR。當(dāng)終端從5G覆蓋區(qū)域移動(dòng)到非5G覆蓋區(qū)域，語音由VoLTE實(shí)現(xiàn)，從5G到LTE的移動(dòng)基于切換方式。這種解決方案中，5G和4G的互操作取決于5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋情況，若5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋良好，則5G和4G的互操作較少。具體如圖3所示。該方案同樣只需要終端支持單待即可。但VoNR終端大約到2019年9月才能具備商用條件。

3.4 語音連續(xù)性

對于沿用4G的5G語音解決方案，語音的解決方案與4G語音解決方案完全一致，語音的連續(xù)性依賴于4G和2G/3G網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

對于EPS Fallback語音解決方案，語音連續(xù)性完全依賴于4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，4G網(wǎng)絡(luò)成為5G語音的打底網(wǎng)絡(luò)，若4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋不完善，是否會進(jìn)一步回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)暫未確定。

對于VoNR語音解決方案，語音的連續(xù)性依賴于5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，但由于5G網(wǎng)絡(luò)頻段較高，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，可通過切換的方式切回4G網(wǎng)絡(luò)，因此VoNR的語音連續(xù)性根本上還是依賴于4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋，4G網(wǎng)絡(luò)成為5G語音的打底網(wǎng)絡(luò)。與EPS Fallback方案相似，VoNR方案中，若因?yàn)?G無覆蓋，切換回4G網(wǎng)絡(luò)，假如同區(qū)域4G網(wǎng)絡(luò)也覆蓋不完善，是否會進(jìn)一步回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)有待3GPP標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步確定。

4 總結(jié)

在5G商用的進(jìn)程中，應(yīng)綜合考慮市場和環(huán)境、產(chǎn)業(yè)成熟度、業(yè)務(wù)需求和升級改造成本擇優(yōu)選擇5G語音解決方案。對于Option 3，沿用4G語音解決方案，VoLTE IMS設(shè)備無需做改造，但需要推進(jìn)終端支持雙待，5G商用初期，采用Option 3可盡快推出5G商用。對于Option 2/4/7，需要對VoLTE IMS升級支持與5GC的的接口和功能增強(qiáng)，并且打通5GC和EPC之間的N26接口，加快推進(jìn)終端支持單待。EPS Fallback方案對VoLTE IMS的改造較小，且終端成熟較早，可以作為NSA向SA演進(jìn)過程中的主要語音解決方案，VoNR方案可視5G覆蓋情況、終端商用情況和4G演進(jìn)思路適時(shí)引入。