VoNR 的演進策略研究與實踐

魏 芹

中國移動通信集團江蘇有限公司宿遷分公司

0 引言

當前，隨著國內5G 網絡的全面建設，5G 語音業務快速發展，通信業界對此高度關注，紛紛開展深入研究。VoNR（Voice over NR）實際商用部署涉及面廣泛，應用場景復雜多變，在部署新網絡的同時還要兼顧現有網絡的狀況。本研究從實際商用角度出發，針對VoNR 語音網絡商業部署的方案選擇、面臨的問題進行分析，總結行之有效的解決方案，希望能夠為5GVoNR 語音網絡的長遠發展提供有益的借鑒。

1 VoNR 引入和方案選擇

1.1 5G 語音引入

3GPP 在2018 年6 月凍結的SA 標準中，協議規定5G SAOption 2 是一種基于服務化架構的獨立建設方案。至此，3GPP R15 標準已完全滿足5G NSA、SA 組網的基礎語音和短信的商用需求。2020 年3 月，3GPP R16 凍結并繼續拓寬服務化架構，針對物聯網類應用需求，對IMS 架構及部分相關接口進行增強，重點關注實現行業應用場景下的IMS 增強類型需求，對普通用戶之間的語音和短信業務流程的改動不大。因此，語音和短信方案的部署依然基于3GPP R15 協議來實現。

VoNR 是NR 網絡中語音業務的解決方案，是一種建立在IP 網絡之上的UE 和IMS 之間的語音會話，主叫和被叫可以利用該技術在NR 分組域網絡上實現語音業務。其核心業務控制網絡為IMS 網絡，配合NR-RAN 及5GC，從而實現端到端的基于分組域的語音及視頻通信業務。

1.2 VoNR 業務特點

VoNR 和EPS Fallback 共用一套IMS 架構，EPC/LTE 和5GC/NR 分別作為分組語音的承載。初期NR 覆蓋不好的時候，通過VoLTE 實現語音業務，NR 覆蓋逐步完善后，可以平滑演進為VoNR。VoNR 業務的特點如下：（1）語音業務和數據業務均承載在NR 網絡，LTE 網絡非必需；（2）呼叫建立時延更短，約1.2s～2.0s；（3）結合5GC，沉浸式/交互式/開放式VoNR 為未來帶來更多業務模式。

1.3 5G 語音方案的對比

1.3.1 EPS Fallback 方案

EPS Fallback 方案實現機制與VoLTE 技術基本相同，部署EPS Fallback 方案，不需要對網絡中的5G 相關網元進行特殊的改造和對接，部署成本低。EPS Fallback 呼叫建立時延比VoLTE 僅增加約400-600 毫秒，實際檢測到的用戶感知能夠接受，二者在用戶體驗方面的差別不明顯，可以保障語音的連續性，如圖1 所示終端語音業務由NR 回落到LTE 承載。

圖1 EPS Fallback 語音方案

1.3.2 VoNR 方案

VoNR 是通過5G NR 運行語音的技術方案，終端駐留在NR 上，語音和數據業務都運行在5G NR 網絡上。當用戶移動到5G NR 的邊緣覆蓋區域時，語音業務切換到LTE 上。隨著5G 覆蓋范圍逐步擴大實現連續覆蓋，運營商可直接采用VoNR提供5G語音。VoNR方案的呼叫建立時間短，僅有1.5秒，數據業務仍能高速傳輸，且用戶感知良好，VoNR 是SA 網絡語音的終極目標建設方案，如圖2 所示，語音業務承載在NR網絡，在覆蓋邊緣切換到LTE 網絡。

圖2 VoNR 語音方案

1.3.3 VoNR 與EPSFallback 的技術區別與優勢

VoNR 語音方案在空口技術、網絡要求、呼叫時延、編碼方式、VR 應用集合、語數并發方面，相對于EPSFallback 技術更優，詳細參數對比如表1 所示。

表1 5G 語音方案對比

2 VoNR 語音連續性問題研究

語音連續性是移動網絡中語音業務的一項重要指標，關系到用戶的業務體驗。2G/3G 時代，語音主要由CS 域提供。4G 網絡中又引入了一種新的基于LTE 的IP 語音——VoLTE，與傳統的CS 語音并存。為了解決VoLTE 到CS 語音之間切換的連續性問題，3GPP 提出了一系列的SRVCC 解決方案，滿足不同場景的語音切換要求，優化切換時延，提高用戶體驗。

到了5G 時代，語音同樣是5G 網絡中的一項基本業務。為此，3GPP 針對5G SA 架構的不同場景，提出了多種語音解決方案，包括VoLTE、EPS Fallback、VoNR 等，這些都是基于IMS 提供的語音業務。運營商在實際部署時，如果采用5G 網絡承載語音，必然面臨和現網已有的VoLTE 或CS 語音并存的現象，因此如何保證5G 到4G 切換的語音連續性，也是運營商關注的重點，本研究針對VoNR 的連續性策略部署進行研究，輸出相應方案。

2.1 VoNR 的語音連續性

在5G 部署中后期，5GNR 連續覆蓋，采用5G NR 承載語音，用戶體驗更好，所以VoNR 是5G 語音的終極解決方案。但是在5GNR 覆蓋的邊緣，也要考慮切換4G 的語音連續性。

4G 現網支持VoLTE，VoNR 在5G NR 覆蓋邊緣可以平滑切換到4G eNB 上變成VoLTE，這就是VoNR Handover 流程。VoNR Handover 流程涉及5G 和4G 之間的互操作，此時5GC與EPC 之間是否開啟N26 接口，對切換時的語音體驗有較大影響。如果采用N26 接口互操作，在切換過程中5GC 和EPC通過N26 接口完成切換及上下文信息交互，保證會話的連續性（中斷時延大約350 ms）；如果EPC 不支持N26 接口，發生切換時終端需要重新附著接入4G 網絡，這會導致語音有明顯中斷（時長大約1600 ms），用戶體驗較差，所以在商用部署時建議現網EPC 升級支持N26 接口與5GC 互操作。

當語音從VoNR 切換到VoLTE 后，如果移動到4G 信號覆蓋不好的區域，會觸發SRVCC 流程到2G/3G，不過這種5G-＞4G-＞2G/3G 兩次切換的語音體驗用戶感知較差，因此采用VoNR 也要求4G 網絡有足夠的覆蓋，避免語音再次切換到

2G/3G。

2.2 切換后終端的快速返回

在發生5GSRVCC 時，通常情況下數據會隨語音一同回落，所以在通話結束后，應采取措施讓終端盡快返回5G，以免對數據業務產生影響。如果當前區域沒有5G 覆蓋，終端繼續保持當前的接入狀態；如果當前區域有5G 覆蓋，終端快速返回5G 的機制如下：

終端從4G 返回分兩種狀態：如果處于idle 態，重定向返回5G；如果處于連接態，可以利用現有的RFSP（Index to RAT/Frequency Selection Priority）機制獲取5G 頻點。具體流程如下：（1）UE 的簽約RFSP 中，5G 的優先級高，該簽約數據發給MME；（2）MME 把簽約RFSP 發給eNB（eNB 也可能利用本地的RFSP 策略）；（3）eNB 在RRC release 的時候，會把idle mode 駐留頻率優先級發給UE，其中5G 的頻率優先級最高；（4）UE 在idlemode 重選到5G。

3 影響VoNR 語音質量的因素

3.1 覆蓋質量

5G 深度覆蓋不足，內外部干擾影響網絡性能：（1）部分場景宏覆蓋存在不足，存在深度覆蓋問題，如居民區等場景，通過5G 室分、微站解決，同時考慮兼顧4/5G；（2）CBD、寫字樓等重點場景需要部署5G，需要合理升級/建設Qcell 等專門室分覆蓋，提供高速體驗；（3）關注樓宇垂直覆蓋，當前階段關注點在道路覆蓋，2022 年用戶增長迅速，需要關注通過宏站多層天線權值調整等手段解決部分樓宇覆蓋需求；（4）700M 引入后的精準評估，700M 引入后，能夠解決部分深度覆蓋問題，對于部分高價值場景及700M 仍不能解決的場景需要精準識別和對待；（5）外部干擾影響用戶感知，干擾造成基站有效覆蓋收縮，對感知造成影響，受限廣電清頻進度，700M 網絡可能長期在干擾環境工作，對VoNR 感知造成嚴重威脅；（6）5G 宏微組網典型干擾影響用戶感知，5G 時代室內外均采用同頻組網方式，不可避免引入頻率碰撞和上下行干擾，導致網絡性能下降，宏站微協同實現干擾抑制，對站間傳輸要求高，宏微功率等關鍵參數差異大，實現難度大。

3.2 網絡結構

（1）700M 頻段的引入讓現網變得頻段更復雜，一方面由于目前700M 干擾仍然較強，需要制定干擾隔離、避讓等抑制手段；另一方面，需要制定基于感知和流量的700M 互操作參數、城區和鄉鎮不同場景的700M 鄰區規劃原則。而由于700M 頻段低、覆蓋范圍更大，會導致4G 鄰區的同頻同PCI問題更嚴重，切換感知差。

（2）2.6G 和700M 兩個頻段的VoNR 商用節奏可能有差異，這是由于700M 干擾問題，可能延遲該頻段VoNR 商用進度。目前2.6G 頻段VONR 語音不建議遷移至700M 網絡，后續700M 干擾消退后需考慮兩個頻段之間的語音策略。

（3）5G 語音互操作策略優化復雜，從EPS FB 單策略到VoNR+EPS FB 共存，現網基于EPS FB 的互操作策略和鄰區原則需要進一步考慮VoNR 策略，使得優化難度增加；SA 用戶從VoLTE向VoNR切換，則需要基于現網用戶感知進行調整。

（4）4G 多頻段網絡優化難度大，以短期來看VoLTE 仍是語音承載主要方式，4G 現網結構有6 頻段13 頻點組成，多頻段多制式互操作策略復雜，業務均衡難度大，4G 資源不足但負荷仍在增加，影響現網語音感知。

4 VoNR 語音策略部署

從以上分析可以看出，當前5G 網絡仍處于發展階段，網絡覆蓋和網絡質量仍是網絡優化的首要任務。當前VoNR 網絡部署亟需解決以下兩點問題：（1）起呼階段：5G 弱覆蓋區域，依托4G網絡良好的覆蓋，采用原有EPSFallback回落方式起呼，保障語音呼叫成功率；（2）呼叫階段：已完成VoNR 起呼的用戶在移動至5G 弱覆蓋區域時，可完成向4G 的異系統切換，確保通話的連續性及通話質量的穩定性。

4.1 呼叫優選策略

策略原理：（1）UE 進行VoNR 呼叫時，若UE 處于弱場，基站給核心網回復Pdusession 建立失敗，失敗的原因值為IMSvoice EPS fallbackor RAT fallbacktriggered，之后UEEPSFB回落4G 建立通話；（2）識別NR 弱場，上行基于路損，下行基于A1/A2 的RSRP 和SINR 空閑態起呼網絡第一次重配下發弱場檢測A2，收到弱場測量報告后觸發弱場策略，連接態交替下發弱場A1/A2 判決；（3）弱場語音策略，禁止VoNR呼叫，起呼采用EPSFallback 方式。

語音優選策略參數如表2 所示。

表2 語音優選策略參數

4.2 基于語音質量切換

功能原理：

基于語音質量切換是指基站實時監控終端語音質量，終端在無線環境尚未達到互操作門限時，如果語音質量變差則下發異頻異系統測量，如果達到切換門限則切換至目標小區保障語音質量，該功能主要用于弱覆蓋、高干擾以及下行質差等場景，用于改善語音質量。

網絡側根據VoNR 上下行RTP 丟包率來判斷語音用戶感知，如果RTP 丟包率在連續N 個周期T 內滿足丟包率門限L，則觸發語音質切測控消息，其中N、T、L 門限可配置。

如果同時開啟異頻異系統質切，在滿足質差門限時，網絡側會同時下發異頻和異系統測控，NR 異頻測量頻點measID排在4G 異系統頻點前面，確保優先觸發系統內質切；在下發測控后，如果語音質量變好，網絡側會刪除質切相關測控，繼續監控語音質量。

語音質量切換參數如表3 所示。

表3 語音質量切換參數

4.3 VoNR 策略部署成效

現網針對城區部署VoNR 連續性策略后，測試性能指標表現較為穩定，如表4 所示。

表4 策略部署驗證效果

5 VoNR 語音方案的部署建議

現階段保證VoNR 語音連續性的方案主要從起呼階段和呼叫階段入手。目前的兩種部署策略：呼叫優選和5G 質差切換到4G。運營商可根據當前網絡的發展特征、設備的生命周期和維護狀況，選擇最適宜的策略。在城區NR 已實現連續覆蓋但居民區未部署室分建設的場景以及鄉鎮未實現連續覆蓋的場景，建議部署呼叫優選策略；在未實現廣電清頻的700M 網絡及2.6G 干擾場景，建議部署5G 質差切換到4G 策略。

總體來說，SA 網絡的語音部署是一個“邊測試、邊開發、邊完善，邊建設”的過程，要在實際中發現問題并深入開展研究，才能切實解決問題，進而找到最優發展路徑。待VoNR 語音業務進入成熟應用階段后，5GNR 實現了廣域覆蓋，IMS 完全支持SBA 服務化架構，VoNR 可以按需切片滿足垂直行業的應用場景，用戶在5GNR 邊緣覆蓋區域則切換到4G 網絡，確保語音連續不中斷。

6 結束語

與以往通信制式不同的是，5G 網絡引入了SBA 服務化架構、網絡切片、SBI 服務化接口等一系列新特性。這些特性能夠提升網絡利用效率，加快5G 語音業務創新，簡化運維。5G VoNR 語音的部署并不能一蹴而就，還有非3GPP 接入、計費融合、語音切片、能力開放等諸多關鍵技術問題需要逐步分析和解決，并在實際網絡部署和問題分析中充分探討，才能找到最為適合的解決思路。同時還需要結合運營商現有網絡特點、業務的發展方向、網絡未來的演進趨勢等多方面因素，切實做好VoNR 語音業務的開展。