5G SA接入網共享語音技術

（中國電信股份有限公司研究院移動通信研究所，北京 102200）

0 引言

5G共建共享與國家提出的“創新，協調，綠色，開放，共享”的新發展理念完全匹配吻合。5G接入網共享是涉及到網絡端到端的全面共享技術，更是全球首創。出于保障2C用戶發展的需求，采用NSA共建共享作為過渡期，目標網為SA接入網共享的演進方案。

語音業務需求是5G網絡建設中需要著重關注的關鍵環節，因此本文全面探討了在SA接入網共享網絡初期部署場景下的語音業務關鍵技術，并進行了外場實驗驗證。

1 SA共享網絡組網方式

由于SA標準較NSA（Option3）晚凍結半年時間，NSA網絡已于2019年Q3開始規模試驗部署，而SA（Rel 15）網絡則于2020年Q3具備了部署及商用條件。

5G SA接入網共享技術方案組網示意圖如圖1所示[1]。運營商A和運營商B均采用5G SA組網架構，雙方僅無線接入網5G NR共享，而雙方核心網5GC各自獨立。

圖1 5G SA接入網共享示意圖

以3.5 GHz頻段的共享網絡為例，常見的載波配置方案有兩種：一是運營商A與運營商B共享100 M單載波，即共用1個100 M小區；二是運營商A與運營商B共享200 M雙載波，即各設2個可共享接入的100 M小區。兩種方式可適配不同場景需求，5G基站、物理設備共享，資源共享，統一管理，鄰區、切換、駐留、網絡間互操作等雙方協商考慮。

2 SA共享網絡語音業務方案

在3GPP Rel15中已明確5G仍沿用基于IMS的4G的語音業務架構，但減少與2G/3G互操作[2]。VoNR是5G網絡的目標語音解決方案[3-4]，從5G商用初期選擇的語音方案演進到VoNR主流的演進路徑如圖2所示。

圖2 5G語音業務演進示意圖

在5G SA組網部署初期，VoNR成熟度不足，需要EPS Fallback作為臨時過渡方案將語音業務回落到4G LTE網絡[5-7]。因此5G基站需開啟基站共享功能，且配置雙方4G基站作為鄰區。

若5G和4G基站均共享，則語音業務回落承建方4G（若4G基站NSA階段已共享，則無需改造），如圖3所示。

圖3 SA下語音回落至承建方VoLTE組網架構

若僅共享5G基站，則語音業務回落各自的4G網絡，如圖4所示。

圖4 SA下語音回落至各自4G網絡組網架構

EPS Fallback可基于切換或重定向兩種實現，其中基于切換的流程圖如圖5所示。

圖5 基于切換的EPSFB流程圖

終端在5G入網注冊流程后，UE發起SIP INVITE消息給5GC請求建立語音會話。在gNodeB收到PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST消息，會指示gNodeB建立5QI=1的語音專用承載。之后gNodeB下發異系統B1事件測量并收到B1事件測量報告。gNodeB向5GC回復拒絕PDU Session 5QI1的建立，并指示ims-voice-epsfalllback-or-fallback-triggered。gNodeB根據開關參數配置和UE能力判斷向5GC發送切換請求。EPC向eNodeB發起切換請求，收到切換請求響應后，向5GC轉發eNodeB的切換請求成功響應消息。5GC向gNodeB發起切換命令，gNodeB向UE發送切換命令，最終完成了基于切換的EPS Fallback過程。

基于重定向的流程圖如圖6所示。

圖6 基于重定向的EPSFB流程圖[8]

終端在5G入網注冊流程后，前期過程與基于切換的EPSFallback相同，在gNodeB給5GC回復UE上下文建立完成后，下發異系統A2和盲A2事件測量控制給UE，然后UE回復RRC連接重配置完成。對于基于測量的A2事件：UE上報A2事件測量報告；gNodeB收到A2事件測量報告，下發異系統A1事件測量，并根據異系統切換觸發事件類型，下發異系統B1或B2事件測量。如果收到A1事件測量報告，則刪除A1/B1/B2事件。如果收到B1或B2事件測量報告，選擇測量報告中信號質量最好的小區對應的頻點作為目標頻點進行重定向。對于盲A2事件，gNodeB下發RRCRelease，攜帶目標頻點等信息給UE。UE根據目標頻點等信息執行到目標LTE小區的隨機接入。UE收到目標LTE小區的隨機接入響應。至此，完成了基于重定向的EPSFallback過程。

如圖7所示，EPS Fallback后續的語音業務由VoLTE接管，5G只做數據業務，且NR只和4G進行互操作，保證語音業務連續性。需要注意的是，EPS Fallback方案允許5G終端駐留在5G NR，但不在5G NR上提供語音業務。由于回落過程中會有一定時延，呼叫建立時長增加。經現網驗證，基于切換或重定向的EPS Fallback語音建立時延，在SA終端互播時約為4 s，NSA與SA終端互播時約為2.7 s，NSA終端互播約為1.6 s，均較LTE終端互播時1.55 s左右的VoLTE建立時延有所增加。

圖7 EPS FB示意圖

掛斷電話后，用戶可以通過基于切換或重定向的Fast Return快速回到5G。其中基于切換的Fast Return信令流程圖，如圖8所示。用戶掛斷電話后，基站下發B1測量，待收到終端上報的測量報告開始Fast Return的切換流程。

圖8 基于切換的Fast Return流程圖

而基于重定向的Fast Return信令流程圖，如圖9所示。用戶掛斷電話基站下發B1測量，用戶上報B1測量報告后，LTE小區RRC REL消息攜帶重定向到5G頻點，然后可通過重定向方式的Fast Return回到5G小區。

圖9 基于切換的Fast Return流程圖

如圖10所示，當VoNR發展成熟（網絡完善、終端滲透率高）后，僅共享5G基站。NR接入5GC，LTE接入EPC，通過VoNR來提供語音，到了5G覆蓋邊緣，通過N26切換到各自4G VoLTE，后續的語音業務由4G接管。VoNR全部業務承載于5G網絡上，可實現數據與語音業務在同一網絡下的統一。部署Vo NR后語音質量可以得到一定提升[9-10]。

圖10 VoNR切換示意圖

3 SA共享網絡語音業務實驗驗證

3.1 基于PLMN的EPS Fallback策略驗證

在SA接入網100 M共享載波場景下，為了驗證EPS Fallback采用切換/重定向策略時，不同運營商用戶是否可以回落至各自的4G網絡，配置了1個5G SA小區和兩個4G小區（運營商A和B各一個），總計三個小區進行測試。其中，5G小區配置為共享載波，與運營商A和B的4G小區相互設置鄰區關系；4G小區配置為與5G SA小區覆蓋區域相同。此外，需配置語音業務通過切換或重定向回落到LTE網絡，兩部SA語音測試終端，初始駐留在5G小區。

（1）采用切換策略的EPS Fallback功能驗證

5G SA共享小區配置為運營商A載波頻率（3 400—3 500 MHz），兩終端使用運營商A的SIM卡，均在5G SA小區發起數據業務并保持。

此時UE1向UE2發起語音業務請求，可見在IRAT NR-＞LTE HO Request消息中ARFCN：629952(5G)-＞1850(4G)；PCI:122(5G)-＞125(4G)，此后收到IRAT NR-＞LTE HO Success和Outgoing Call Established消息，即運營商A用戶基于切換語音回落到運營商A的LTE網絡，語音業務建立成功，通話正常。基于切換的EPSFB測試過程截圖如圖11所示。

圖11 基于切換的EPSFB測試過程截圖

運營商A用戶最終可回落至運營商A的LTE小區125?；谇袚Q的EPSFB測試結果截圖如圖12所示。

圖12 基于切換的EPSFB測試結果截圖

測試結果符合測試預期，可見設備支持基于不同PLMN終端的語音業務通過PSHO切換的方式正常回落至各自的4G網絡。

（2）采用重定向策略的 EPS Fallback功能驗證

5G SA共享小區配置為運營商B載波頻率（3 500—3 600 MHz），兩終端使用運營商A的SIM卡，均在5G SA小區發起數據業務并保持。

此時UE1向UE2發起語音業務請求，可見在IRAT NR-＞ L Redirection Request消息中EUREA Frequency：1 850（運營商A 4G），此后收到IRAT NR-＞L Redirection Success和Outgoing Call Established消息，可見運營商A用戶在運營商B的5G網絡下可以基于重定向語音回落到運營商A的LTE網絡，語音業務建立成功，通話正常。

基于重定向的EPSFB測試過程截圖如圖13所示。

圖13 基于重定向的EPSFB測試過程截圖

運營商A用戶最終可回落至運營商A的LTE小區125，基于重定向的EPSFB測試結果截圖如圖14所示。

圖14 基于重定向的EPSFB測試結果截圖

由此可知，測試結果符合預期，確保了在5G共享網絡發起語音業務時，設備支持基于不同PLMN終端的語音業務通過重定向的方式正常回落至各自的4G網絡。

3.2 Fast return策略驗證

在SA接入網200 M共享載波場景下，為了驗證當駐留在各自頻段的不同運營商用戶采用基于切換或重定向的EPS Fallback策略互撥回落至各自4G網絡后，是否可在通話結束后通過基于切換或重定向的Fast return回退各自頻點，配置了5G SA小區2個，4G小區2個（運營商A和B各一個），共4個小區進行測試。其中，5G SA小區配置為200 M共享載波，且參數設置正常，工作正常；4G小區與5G SA小區覆蓋相同區域，工作正常。

UE1使用運營商A的SIM卡，UE2使用運營商B的SIM卡，根據200 M共享載波下不同運營商用戶駐留各自5G頻段策略，UE1駐留在運營商A小區，UE2駐留運營商B小區，如圖15所示。

圖15 兩部終端在5G入網注冊成功

兩終端均在5G SA小區發起數據業務并保持，此時UE1向UE2發起語音業務請求，兩終端回落到各自的4G網絡。通話30 s后中斷語音業務，保持數據業務，觀察終端情況。當配置為基于切換的fast return時，如圖16所示，兩終端均可成功回退至各自5G SA小區。

圖16 基于切換的Fast Return至5G小區

當配置為基于重定向的fast return時，如圖17所示，兩終端也可成功回退至各自5G SA小區。

圖17 基于切換的Fast Return至5G小區

由此可知，200 M共享載波下不同運營商用戶最終可以駐留到各自頻段小區；保持數據業務的同時建立語音，不同運營商用戶可分別回落至各自的4G網絡；語音業務掛斷后，數據業務可以快速返回5G網絡。

4 結束語

本文闡述了共建共享SA接入網組網方案，并針對演進過程的不同階段給出了對應的語音解決方案。針對SA組網初期采用的EPS Fallback和Fast Return語音策略，介紹了基于切換或重定向兩種實現方式，最后對兩種方式分別進行現場測試。經驗證，基于切換或重定向的EPS Fallback均可實現在SA接入網共享的組網環境下進行語音業務，并可在結束通話后通過基于切換或重定向的Fast Return快速回到5G。具體采用何種方式實現，建設時可根據需求進行選擇，且后續的語音業務技術研究可伴隨5G共建共享版本的演進持續進行。