5G时代的话音基础网是什么样的?

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本文来自网优雇佣军
 
我们天天谈5G,讨论各种新用例,但你知道吗,为了满足语音通话这项基本通信需求,5G大规模商用需以完善的VoLTE网络为前提。
 
原因一:3GPP标准不支持语音从5G回落到2/3G CS,VoLTE成为5G时代的语音基础网
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如上图,从2G/3G到4G再到5G,移动通信网络的语音业务经历了不同的解决方案。
 
2G/3G网络业务主要以语音为主,采用CS电路域语音方案。
 
进入4G全IP时代,只有分组域PS,不再支持传统CS电路域语音,于是提出了CSFB和VoLTE两种方案来支持语音业务。
 
CSFB,即CS FallBack,指当手机在4G网络中发起或接收语音呼叫时从LTE网络回落到2/3G网络,借助2/3G网络的CS电路域来完成语音通话,通话结束后再返回4G LTE。
 
VoLTE,即Voice over LTE,指通过引入IMS,LTE网络直接提供基于IP的语音业务。
 
在VoLTE方案下,考虑在4G网络未达到全覆盖之前,当4G信号覆盖不好时会影响VoLTE语音通话质量甚至掉话,为了保证语音通话的连续性,还采用了SRVCC方案以实现VoLTE向传统2/3G CS无缝切换。
 
现在进入5G时代,语音业务依然是人们基本的通信需求,运营商的5G套餐也都是和语音业务捆绑在一起的,那5G时代的语音方案是怎样的呢?
5G有NSA非独立组网和SA独立组网两大选项,5G语音方案根据这两大组网选项分为VoLTE、EPS Fallback、VoNR三种。
 
非独立组网
 
在非独立组网下,LTE与NR双连接,4G基站和5G基站共用EPC核心网,可以通过EPC和4G基站承载VoLTE,也可以通过EPC和5G基站承载VoNR。
 
通过EPC和4G基站承载VoLTE时,PS语音直接端到端承载于4G网络,无需通过5G NR基站承载。但前提是4G网络得开通VoLTE。
 
在非独立组网阶段,运营商也可以部署VoNR(话音将通过EPC和5G基站承载),为用户带来更好的体验,例如语音通话可与高速数据业务同时使用、较短的话音接通时间等。
 
独立组网
 
在独立组网下,5G语音有EPS Fallback和VoNR两种解决方案。
 
EPS Fallback
 
和4G时代的CSFB类似,5G网络不提供PS语音业务,当手机在5G网络中发起或接收语音呼叫,通过重定向或切换的方式回落到4G网络,由4G网络提供VoLTE语音业务。
 
VoNR
 
独立组网下的VoNR,指通过5G核心网和5G NR基站承载VoNR,由5G网络端到端提供PS语音业务。
 
类似于4G时代的SRVCC方案,考虑在5G网络未达到全覆盖之前,当5G信号覆盖不好时会影响VoNR语音通话质量甚至掉话,为了保证语音通话的连续性,5G时代还采用了PSHO机制来实现VoNR与VoLTE之间平滑切换。
 
比较5G时代和4G时代的语音解决方案,两者在设计思路上相似,都是以确保语音业务连续性为前提,但5G时代有一个关键的不同点―― 3GPP没有定义从5G网络直接回落或切换(SRVCC)到2/3G CS网络的机制。
 
也就是说,在5G SA组网下,只能确保5G和4G之间的语音连续性,不支持5G与2/3G CS之间的语音连续性。
 
显然,进入5G时代,传统2/3G CS语音正逐渐被“抛弃”。在过去的4G时代,通过CSFB方案回落到2/3G CS语音是必选项,而VoLTE为可选项,2/3G CS网络是4G时代语音业务的基础支撑。而现在进入5G时代,VoLTE作为确保2/3/4/5G语音业务连续性的关键连接纽带,已从可选项演进为必选项,成为5G时代的语音基础网。
 
在5G NSA阶段,VoLTE可避免用户打电话时回落到2G/3G网络而导致数据业务速率下降甚至完全中断,以及通话等待时间过长等问题。
 
在5G SA部署早期NR覆盖范围有限时,可依托于覆盖完善的4G网络的VoLTE来避免话音业务的不连续性。即使随着5G SA规模部署,5G NR覆盖逐渐完善,VoLTE仍可在室内、郊区这些NR覆盖薄弱区域作为VoNR的良好补充。
 
一些运营商早已指出VoLTE作为5G时代的语音基础网络的重要性,比如中国电信早在2018年发布的《中国电信5G技术白皮书》中就指出,对于语音业务,5G实现全覆盖相对较难,为避免频繁切换,保持语音连续性,初期采用SA下的5G回落VoLTE方案,当5G网络覆盖性能全面提升后,再适时考虑VoNR等技术方案。
 
再进一步看,5G时代如果没有这个VoLTE基础语音网络,还可能会影响5G数据业务体验。
 
原因二:没有VoLTE/VoNR,5G手机只能当4G用
 
来看一段3GPP对于语音接入选择的标准规定:
 
A UE set to “voice centric” for 5GS shall always try to ensure that voice service is possible. A voice centric 5GC capable and EPC capable UE unable to obtain voice service in 5GS shall not select a cell connected only to 5GC. By disabling capabilities to access 5GS, the UE re-selects to E-UTRAN connected to EPC first (if available). When the UE selects E-UTRAN connected to EPC, the UE performs Voice Domain Selection procedures as defined in TS 23.221 [23]. (3GPP 23.501, 5.16.3)
 
这段话的大意是:
 
以“以语音为中心”终端必须始终确保语音业务可用。如果“以语音为中心”的终端在5G网络中无法获得语音业务,比如VoNR和EPS Fallback都不可用时,终端必须关闭接入5G网络的能力,重选回4G网络(如果可用),以确保语音可用。
 
怎么理解呢?得从5G终端接入网络时说起。当5G终端检测到5G网络可用时,会向5G核心网发起注册请求(Registration Request)以接入到5G网络。在这个过程中,5G终端会匹配“终端使用设置(UE Usage Setting)”和“网络是否支持IMS语音能力(IMS Voice Support Indicator)”,来决定驻留到哪个网络。
 
终端使用设置(UE Usage Setting)有两种设置:“以语音为中心(Voice centric)”和“以数据为中心(Data centric)”。对于5G手机这种终端形态,支持语音通话是基本功能,因此都是“以语音为中心”的。
 
这就意味着,当5G手机接入5G网络时,如果5G网络不支持VoNR,4G网络也不支持VoLTE(即5G语音不支持EPS Fallback),就会导致如下情况:
 
一方面,甭管5G信号有多强,5G手机无法接入5G网络,只能驻留在4G网络,始终无法获取5G数据业务,用户无法享用5G高速上网;
 
另一方面,由于4G网络不支持VoLTE,驻留在4G网络的5G手机只能享用4G数据业务,打电话时需回落到2/3G CS网络。
 
简单的说,若5G时代不支持VoNR/VoLTE,5G手机顶多只能当4G用,而且只能使用4G数据业务。这必然会大幅降低5G用户体验。
 
因此,出于话音、数据业务的双重考虑,在5G早期还未开通VoNR,或者正在部署VoNR时,运营商需一张完善的VoLTE网络作为打底,以避免影响5G用户的数据业务体验。
 
原因三:没有VoLTE打底的VoNR,体验要降级
 
您或许还会问,如果运营商在4G时代没有发展VoLTE,到了5G时代,能不能不发展VoLTE,直接一步跳到VoNR?
 
答案恐怕会让您失望。
 
我们在前面已经讲过,5G不支持回落或切换到2/3G CS语音网络,只支持EPS Fallback或PSHO到4G VoLTE网络,那如果4G不支持VoLTE可能会发生什么情况呢?
 
众所周知,由于5G NR频段更高,在5G NR与4G LTE共站部署下,5G NR覆盖范围可能会小于4G LTE,这就会至少出现两种覆盖场景:
 
场景一:5G手机仅处于4G LTE覆盖范围,无5G NR覆盖
 
此时由于4G不支持VoLTE,手机在4G网络中发起或接收语音呼叫的时候只能回落到2/3G网络进行CS语音通话,通话时只有2/3G网络的低速或无数据业务,需等到CS语音结束后才能返回LTE享用4G数据业务。
 
场景二:手机发起呼叫时处于5G NR覆盖范围,通过VoNR进行语音通话,但在通话过程中由5G NR覆盖区域移动至仅有4G LTE覆盖的区域
 
此时由于4G网络不支持VoLTE,VoNR无法通过PSHO切换到VoLTE,可能会造成VoNR掉话。
 
那反过来分析,如果以上两种场景下只部署了VoLTE,而没有部署VoNR,又会发生什么情况呢?
 
场景一:手机将直接通过VoLTE进行通话,通话时始终可享用4G数据业务,不用回落到2/3G网络导致4G数据业务不可用。
 
场景二:由于手机在5G NR覆盖范围内发起或接收语音呼叫时,可通过重定向或切换的方式回落到4G VoLTE,因此在通话移动过程中不存在VoNR向VoLTE切换,也就不存在因无法切换而发生掉话。
 
不难看出,在某些场景下,只有VoNR而没有VoLTE所能获得的用户体验甚至不如只有VoLTE而没有VoNR。
 
因此,从以上三方面考虑,进入5G时代,要保障用户语音体验和数据体验,5G大规模商用需以完善的VoLTE网络为前提。
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