5G VoNR語音解決方案及優化方法

陳科勇

中電科普天科技股份有限公司，重慶，401147

0 引言

5G商用以來，中國已建成全球規模最大的SA模式網絡。用戶已從中感受到了高速率信息時代的好處，瀏覽網速更快、看視頻更高清、玩游戲更流暢，這些優質體驗的背后都是5G網絡在做支撐。

按照5G部署策略來看，目前正處于5G網絡建設的發展期，受5G終端的VoNR支持度、5G網絡覆蓋能力影響，提出EPS Fallback成為5G語音演進之路上的過渡解決方案，當終端移動到5G信號覆蓋較差區域時，需要切換到LTE網絡，由VoLTE來提供語音服務，避免覆蓋原因引起的中斷。VoNR（Voice over New Radio）作為一種通話技術，即在通話過程中只通過5G信號完成語音與視頻通話。如同4G時代的VoLTE，VoNR是基于純5G網絡接入的語音方案，數據業務和話音業務均由5G網絡承載，不依賴4G網絡，是5G成熟發展期的目標語音解決方案，與上一代的VoLTE相比，VoNR在通話質量上有大幅度的提升，具有延遲更低、音質與畫質更高的特點，可以整體提升用戶的使用體驗，隨著5G網絡逐漸完善，將為5G SA用戶提供高清語音業務。

1 VoNR解決方案

1.1 過渡方案：不開通VoNR，接入時直接回落到VoLTE

EPS Fallback指5G NR不支持語音業務，當UE（User Equipment）在5G NR中發起或接收語音呼叫時，通過重定向或切換的方式回落到4G網絡，由VoLTE提供語音業務，當語音通話結束后，UE再返回到5G網絡，體驗與4G網絡一致，給用戶的感知就是偽5G的體驗。

對于一個用戶終端來說，不論它要發起何種業務，都要經歷網絡注冊、業務發起、資源釋放等過程。對于一個5G UE，如果它要在5G網絡上發起語音通信，都要經歷5G網絡注冊、IMS系統注冊、業務發起、資源分配、資源釋放等過程。

1.2 最終方案：開通VoNR，無NR覆蓋切換到VoLTE

VoNR是基于IMS網絡的5G NR語音解決方案，架構在5G NR網絡上，是全IP條件下的端到端語音方案。VoNR通過部署IMS，可以實現數據業務和語音業務并發，所有業務都通過5G網絡承載，但語音業務需要IMS進行控制。

語音默認采用EVS編碼，MOS分更高。相比過渡方案，沒有Fallback的流程，接入時延更低，數據與語音業務均在NR，體驗會更好，享受NR增益。VoNR與EPS Fallback差異對比如表1所示。

表1 VoNR 與EPS Fallback 差異對比表

2 VoNR技術優勢

2.1 VoNR黑名單

當gNodeB選擇目標小區時，可以過濾掉不支持VoNR的小區，以避免正在進行VoNR語音業務的UE切換到不支持VoNR的gNodeB中，導致切換失敗。

2.2 EVS和H.265編解碼

EVS（Enhanced Voice Service）是VoNR默認和優選的語音編解碼，基于超寬帶音頻，音頻范圍越大，聽覺體驗越好。相較于AMR-WB，MOS值約有0.1～0.3的增益提升，VoNR支持AMRNB的窄帶語音通話以及采用AMR-WB編解碼的寬帶語音通話。同時，VoNR視頻業務優先采用H.265 1080P 30FPS編解碼，支持H.264 720P 15FPS編解碼，VoNR還支持通話過程中通過協商改變編解碼方式[1]。

2.3 基于覆蓋的VoNR和EPS Fallback自適應

當網絡中同時開啟了VoNR和EPS Fallback語音功能時，gNodeB支持基于覆蓋自適應選擇VoNR或EPSFallback，以保障用戶的語音業務體驗。如果語音承載建立前上報了A2測量，則gNodeB判斷該用戶處于弱覆蓋區域，此時將進行EPS Fallback語音呼叫流程，反之將進行VoNR語音呼叫流程。

2.4 上行RB資源預留

其優勢在于為語音用戶預留特定位置和數量的RB資源，語音用戶優先使用預留的RB資源，預留的RB資源被使用完后可以繼續使用非預留的RB資源，非預留的RB資源按照需求進行分配。非語音用戶則不能使用本功能預留的RB資源。本功能建議在高語音用戶比例場景（語音用戶比例≥10%）或大話務量場景（小區PRB利用率≥60%）開通，且要求系統帶寬大于20MHz，可以更有效地保障語音業務質量。也可以在窄帶干擾場景開啟，規避窄帶干擾對話音的影響。如圖1所示。

圖1 上行RB 資源預留

2.5 VoNR上行RLC分段優化

當信道質量較低時，UE發射功率受限，上行動態分配的TBS（transport block size）會隨之調小，使得RLC（radio link control）分段變多，導致VoNR語音包丟包率抬升、時延增大、上行開銷增多等語音質量問題。上行RLC分段優化功能是通過限制上行動態分配的TBS來控制上行RLC分段數，達到信道質量較低時語音質量的優化。如圖2所示。

圖2 RLC 分段優化開啟前后對比

2.6 語音用戶的PUSCH功率差異化配置

語音小包業務可能由于功率不足導致丟包，為提高語音小包業務可靠性，需要提高用戶在功率未用滿時的PSD，保證當用戶發送小包時，可以盡量用滿功率。

2.7 ROHC語音包頭壓縮與頭解壓失敗恢復

通過減少語音包頭部負荷來減少無線資源消耗，降低無線鏈路誤碼率和時延，ROHC支持IPv4和IPv6包頭的壓縮。gNodeB將在用戶使用語音業務時啟動ROHC流程，gNodeB首先確認與UE支持的Profile的交集，再與UE協商ROHC最大并發上下文。ROHC頭解壓失敗恢復使ROHC解壓失敗的包能夠恢復正確，達到減少丟包、減少MOS值降低概率的目的，同時避免在遠點時退出ROHC引起語音中斷丟包[2]。

2.8 支持基于MAC CE的調速

ANBR（access network bitrate recommendation）支持gNodeB根據上行空口能力，通過MACCE（media access control control element）向UE提供推薦的空口速率，協助UE進行降速或提速，如圖3所示。

圖3 UE 的語音速率調整過程

2.9 支持基于重傳次數增加的上行覆蓋優化

當5QI1承載采用UM模式時，gNodeB針對語音用戶進行最大4次HARQ重傳，當用戶處于小區邊緣，重傳4次也可能無法確保上行數據準確傳輸，本功能將HARQ重傳次數最大調整為8次，通過增加上行重傳機會，在弱覆蓋場景下提高上行數據傳輸的成功率。本功能在語音業務發起時生效，語音業務結束后失效。本功能通過開關進行控制，關閉時最大重傳4次，打開后最大重傳8次，重傳次數不可配置。在降低丟包率、提升覆蓋的同時，每增加一次HARQ重傳，將會增加一定時延。

2.10 支持基于語音質量的異頻切換

NR支持基于語音質量的異頻切換功能，在干擾（重疊覆蓋、大氣波導等）、上下行信道質量差異大的場景下，RSRP還沒到基于覆蓋切換門限的時候，可以通過基于語音切換到異頻鄰區，實現逃生，以確保用戶的語音業務體驗。當語音業務上行丟包率或下行丟包率大于基于語音質量的異頻切換的丟包率門限時，用戶語音質量變低，此時將觸發基于語音質量的異頻測量；當語音業務上行丟包率和下行丟包率小于或等于語音質量恢復的丟包率門限時，用戶語音質量變高，此時將停止基于語音質量的異頻測量[3]。

3 VoNR優化方案

呼叫時延、接通率、掉話率、MOS語音質量是VoNR的4個關鍵指標。VoNR指標的優化與提升，受到空口、傳輸、終端、基站、核心網等關鍵因素影響。參數配置、容量、覆蓋、外部干擾、切換異常等都會影響空口質量、空口資源、空口時延；參數配置、容量或處理能力、傳輸質量等問題都會影響傳輸的時延、抖動、丟包、亂序；終端的能力及設置、語音編解碼、軟件設置，基站的能力、特性、參數配置，以及核心網的能力、特性、參數配置都同樣會影響VoNR指標。

3.1 VoNR時延優化方案

呼叫時延是影響語音用戶感知的關鍵因素，過長的接入時延甚至可能導致用戶直接掛機重撥，造成感知未接通，呼叫時延的優化方法是還原SIP呼叫流程，逐段評估，分段優化。如表2所示。

表2 分段時延表

3.2 VoNR接通優化方案

RF原因導致的SIP包收發超時或丟包問題，與端到端流程異常拉通處理，進行分類以展開RF優化，或定界到問題產生網元解決相關問題。接通率的分析入口為接通失敗點的分析，分析方法如表3。

表3 VoNR 接通流程分析表

3.3 VoNR掉話優化方案

對于VoNR通話過程中的RRC Release、SIP信令異常，一般是由切換失敗、弱覆蓋等空口問題引起，也可能是UGW或者IMS等上層問題，因此要進行端到端信令跟蹤，找出問題定位后再優化[4]。如表4所示。

表4 VoNR 掉話分析表

3.4 MOS優化方案

見表5。

表5 MOS 優化方案表

4 結語

本文對VoNR語音技術優勢和優化方案進行了探析，對比了VoNR與EPS Fallback的差異，提出EPS Fallback向VoNR的演進的解決方案，在網絡優化時結合網絡部署情況靈活選擇合適的5G語音解決方案。