5G語音解決方案初探

王紅線, 趙杰

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

1 引言

5G的應用場景分為三大類：增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）、超高可靠低時延通信（uRLLC），具體表現為增強帶寬、海量連接和超低時延三大特征。雖然在4G向5G演進的過程中，仍聚焦在對數據業務的進一步提升和優化，但作為商用的通信技術，語音解決方案是5G商用必不可少的一個環節。本文從5G的組網策略入手，詳細分析了5G不同組網策略下的語音解決方案、語音連續性及5G語音部署策略。

2 5G的組網策略

2.1 組網策略

傳統的2G/3G/4G網絡均采用獨立部署架構（SA），5G時代，為滿足5G高頻補熱的部署需求，引入一種新的非獨立部署架構（NSA）。3GPP定義的Option部署架構選項中，受業界關注較高的是Option 2/3/4/7[1]，如圖1所示，其中Option 2是獨立部署方案（SA），Option 3/4/7是非獨立部署方案（NSA）。

Option 3系列和7系列都是以LTE為錨點的緊耦合部署方案，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組網策略

獨立部署架構同時新建5G無線網絡和5G核心網絡（5GC），由于引入了5GC，獨立部署架構可以提供網絡切片、MEC等5G新特性。獨立部署的5G網絡與現有4G網絡的相互獨立，4G/5G互操作相對簡單，適合大規模全網部署。獨立部署SA具有一步到位的優勢，整體投資比較經濟。SA是5G目標網架構，但端到端整體成熟時間較晚。

非獨立部署架構可以作為過渡方案用于快速滿足早期5G業務需求，平穩過渡，業務連續性好，建網快，適合初期5G NR熱點區域部署，更快地將5G推向市場。非獨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業務，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。具體分析如表1所示。

2.3 網絡演進策略

3GPP NSA標準（Option 3）已在2017年底完成，SA標準（Option 2）在2018年6月完成，Option 4/7標準將在2018年底完成。運營商可根據3GPP標準完成時間、可用頻率及網絡現狀等，選擇不同的組網部署演進路線。對于核心網來說，5G演進有兩種方案：方案1，分步走方案。第一步，先采用Option 3部署方式將現網EPC升級為EPC+，這時NR作為輔助節點，以LTE為錨點連接至EPC+。第二步，隨著5GC的成熟，逐步引入建設5GC，這時可以采用Option 7部署方式，NR仍作為輔助節點，將LTE升級為eLTE，以eLTE為錨點，連接至5GC。第三步，隨著NR逐步實現成片連續覆蓋，可以采用Option 4部署方案，這時不再以LTE為錨點，而是以NR為錨點，連接至5GC，5G網絡成為運營商的主營網絡，4G網絡成為輔助打底網絡，最終實現Option 2目標組網。方案2，一步走方案，統一新建NR和5GC，直接實現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。

3.1 方案1：沿用4G語音解決方案

該方案適用于沒有建設5GC的NSA場景，即Option 3組網場景。

連接態時，終端保持與LTE基站和5G基站的雙連接，語音業務由4G網絡承載，沿用4G網絡的語音方案，數據業務由4G/5G網絡承載。如果4G網絡支持VoLTE，則通過VoLTE實現語音，如果終端正在LTE覆蓋區域進行VoLTE通話，一旦進入LTE不連續覆蓋區，則通過eSRVCC切換到2G/3G網絡。如果4G網絡不支持VoLTE，則通過CSFB回落到2G/3G網絡。與現有4G網絡語音解決方案完全保持一致。這種解決方案中5G和4G網絡無互操作，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，并對現有VoLTE IMS進行升級，支持IMS與5GC的接口。終端駐留在5G上，數據業務承載在5G網絡上，一旦終端在5G網絡上起呼，基站就控制終端從5G切換到LTE，將語音業務承載在4G網絡，通過4G VoLTE實現語音呼叫，具體如圖3所示。這種解決方案中，5G和4G網絡互操作簡單，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，并對現有VoLTE IMS進行升級支持與5GC的接口。不同點是，終端駐留在5G上，語音業務和數據業務均承擔在5G網絡，實現VoNR。當終端從5G覆蓋區域移動到非5G覆蓋區域，語音由VoLTE實現，從5G到LTE的移動基于切換方式。這種解決方案中，5G和4G的互操作取決于5G網絡的覆蓋情況，若5G網絡覆蓋良好，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，語音的連續性依賴于4G和2G/3G網絡覆蓋。

對于EPS Fallback語音解決方案，語音連續性完全依賴于4G網絡覆蓋，4G網絡成為5G語音的打底網絡，若4G網絡覆蓋不完善，是否會進一步回落到2G/3G網絡，目前3GPP標準暫未確定。

對于VoNR語音解決方案，語音的連續性依賴于5G網絡覆蓋，但由于5G網絡頻段較高，難以實現連續覆蓋，可通過切換的方式切回4G網絡，因此VoNR的語音連續性根本上還是依賴于4G網絡覆蓋，4G網絡成為5G語音的打底網絡。與EPS Fallback方案相似，VoNR方案中，若因為5G無覆蓋，切換回4G網絡，假如同區域4G網絡也覆蓋不完善，是否會進一步回落到2G/3G網絡有待3GPP標準進一步確定。

4 總結

在5G商用的進程中，應綜合考慮市場和環境、產業成熟度、業務需求和升級改造成本擇優選擇5G語音解決方案。對于Option 3，沿用4G語音解決方案，VoLTE IMS設備無需做改造，但需要推進終端支持雙待，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，并且打通5GC和EPC之間的N26接口，加快推進終端支持單待。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演進思路適時引入。