5G移动通信系统 课件 第10章 5G语音解决方案

5G移动通信系统第十章 5G语音解决方案5G语音标准方案及终端语音方案架构和分场景解决方案方案对比5G语音业务的现状与发展10.110.210.310.4小结10.52第十章 5G语音解决方案5G语音标准方案及终端语音方案架构和分场景解决方案方案对比5G语音业务的现状与发展10.110.210.310.4小结10.534语音业务在目前的5G网络用户终端使用中仍旧占据了很大的比例。语音业务不仅仅是运营商收入重要的一部分，更是衡量用户对运营商的好感和印象的关键指标。除了用户直接进行语音通话以外，5G中类似于自动驾驶、在沉浸式VR（VirtualReality，虚拟现实）等很多场景也需要高质量的语音业务支持。对于5G网络中语音解决方案方面的研究仍旧具有十分重要的意义。5G语音标准方案及终端网络架构和分场景的部署方案不同场景下方案的对比5G语音业务的现状与发展更系统的理解5G网络中的语音业务解决方案对未来5G网络中语音服务的演进过程有所了解第十章 5G语音解决方案10.15G语音标准方案及终端5作为下一代无线通信网络，5G及其强大的数据传输能力能够满足相较于现在万倍以上规模的数据流量需求。5G还将会应用于万物互联的诸多场景，满足千亿级别终端互联的需求，极大地助力中国智造。“4G改变生活，5G改变世界”由于5G可能带来的产业变革与科技革命，我国相关部门很早就对5G技术的发展和应用给予了高度的关注与规划：2018年底中国工业与信息化部就向三大运营商发放了5G的频率许可开始了对5G的商用2020年10.15G语音标准方案及终端65G系统主要分为两种组网方式NSA（Non-Standalone，非独立组网）SA（Standalone，独立组网）考虑到网络的经济性和先进性2017年12月5G非独立组网的标准就已经制定完成2018年6月145GNR（5GNewRadio，5G新空口）独立组网功能由国际标准组织3GPP（3rdGenerationPartnershipProject，第三代合作伙伴计划）全会进行了功能冻结的批准至此，5G第一阶段全功能的标准化的工作随即告一段落。10.15G语音标准方案及终端7与4G网络相比，5G网络需要进一步提升所有业务的质量。无论是独立组网还是非独立组网模式，对运营商来说，语音业务都是其运营中的重要一环。伴随着新形势与新挑战，如何在5G中有效的开展语音业务并提高其质量成为了服务供应商需要重点研究和回答的问题。5G商用首先要解决的是提供绝对的语音业务质量因为用户绝不能接受5G网络的语音业务质量相对4G而言是明显退化5G初期的标准化已经按时完成，随之而来的就将是由运营商与设备商合力参与并开启其商用的进程。10.15G语音标准方案及终端8语音服务技术发展2G和3G基于CS（CircuitedSwitch，电路交换）技术进行通信；CS技术的核心思想是在网络中建立一条服务于语音通话的专用虚拟电路，当语音通话结束后，该电路则拆除。4G基于PS（PacketSwitch，分组交换）技术进行通信；PS技术将数据打包，只有在接收者需要的时候才将数据包发送，而无需独占资源，提高了通信资源的利用效率。升级版的LTE基于VoLTE（VoiceoverLong-TermEvolution，长期演进语音承载）技术进行通信；VoLTE技术将语音作为数据包在LTE网络上传输，需要引入IMS系统（IPMultimediaSubsystem，IP多媒体系统）。5G基于VoNR（VoiceoverNR，通过5G新空口进行语音）技术进行通信；支持VoNR和支持VoLTE的IMS架构基本相同。9IMS架构10.15G语音标准方案及终端5GVoNR4GVoLTEIMS无论是5G的VoNR还是4G中的VoLTE，均需要IMS的支持；支持VoNR和支持VoLTE的IMS架构基本相同；是3GPP规定的为基于IP的多媒体服务提供的框架；目的：使电信服务提供商能够在两个电路交换机和分组交换网络中提供新一代丰富的多媒体服务。IMS架构示意图10IMS架构10.15G语音标准方案及终端提供无关的基于IP的服务无线网络接入GPRS（GeneralPacketRadioService，通用分组无线服务）UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，通用移动通信系统）LTECDMA2000（CodeDivisionMultipleAccess2000，码分多路访问2000）固定网络NGN（NextGenerationNetwork，下一代网络）使用SIP（SessionInitiationProtocol，会话初始协议）作为网络元素之间呼叫信令的一系列逻辑元素的体系结构。该协议除了提供体系结构外还提供具有定义服务，控制和传输平面的分层方法。IMS11IMS架构10.15G语音标准方案及终端应用程序平面：为用户配置和身份管理的管理提供了一个基础架构，并将标准接口定义为常见功能。传输平面：提供核心IP网络，其通过无线或有线网络从用户设备访问。控制平面：处理呼叫相关信令并控制传输平面CSCF（CallSessionControlFunction，呼叫会话控制功能）P-CSCF（Proxy-CallSessionControlFunction，代理呼叫会话控制功能）I-CSCF（Inquiry-CallSessionControlFunction，询问呼叫会话控制功能）S-CSCF（Serving-CallSessionControlFunction，服务呼叫会话控制功能）CSCF本质上是SIP服务器VoLTE中IMS的建设可以为5G语音方案的部署和实施带来便利！1210.15G语音标准方案及终端使用语音依托EPS（EvolvedPacketSystem，演进分组系统），采用EPSFB（EPSFallback，EPS回落方案）进行过渡；EPSFB方案沿用了VoLTE方案，但与4G的不同点在于，终端和数据将附着在5G网络上；若终端在5G网络上起呼，基站就会要求控制终端从当前网络回落到4G-LTE网络，通过VoLTE进行呼叫；这样的回落方式虽然会增加400ms左右的时延，但用户基本无感知一旦建立则可保证服务的连续性。5GC初具规模时语音解决方案将会从过去的方案（例如VoLTE）逐步过渡到VoNR；VoNR的命名是因为5G的无线接入技术被称为NR（NewRadio，新空口），因此，新空口上面承载的语音解决方案技术便称之为VoNR；

VoNR方案基于全新的5G网络，（除非发生5G到4G的切换）。和4G网络不发生关系。随着5G网络的进一步覆盖终端数量和覆盖面积的不足；用户接受度还不高；语音方案仍然推荐延续4G网络的语音解决方案，即依托于IMS的VoLTE。5G部署初期13VoLTE架构与VoNR架构10.15G语音标准方案及终端VoNR的标准定义：5G仅和4G有连接态互操作，5G无法直接和2G或3G网络进行连接态互操作。5G+4G终端移出5G覆盖区域时无论数据还是语音业务只能切换或回落到4G网络保持语音和数据的连续性5G+2G/3G终端移出5G覆盖区域时，会掉话或脱网，只能通过网络重选等流程重新待机在2G或3G网络下无法保持语音和数据的连续性5G+4G+2G/3G终端移出5G覆盖区域时，终端可以先回落到4G网络保持语音和数据的连续性4G+2G/3G终端移出4G-LTE网络的覆盖范围时，可以继续从4G网络回落到2G或3G网络，保持语音和数据的连续14VoLTE架构与VoNR架构VoLTE与VoNR架构对比

VoLTEVoNR互操作与2G、3G有互操作与4G有互操作IMS相同相同接入网4G空口，4G扁平架构基于5G空口，5G新架构核心网EPCNGC：基于5G服务化架构UE支持VoLTE/srvcc/CSFB支持VoNR/VoLTE10.15G语音标准方案及终端15回顾4G网络中语音解决方案的进化和建设10.15G语音标准方案及终端4G网络商用的初期：4G基站数量较少，网络覆盖是也是相对不足的；运营商只能采用依托于上一代网络的CSFB语音方案（CircuitSwitchedFallback，电路域回落，手机网络在电话接通时回落到2G或3G网络），将语音业务放到2G或3G网络进行承载。LTE网络加大投资，网络的覆盖面积大幅度增加后：运营商开始部署以IMS为基础的VoLTE语音解决方案；用户终端可以直接使用LTE专属的VoLTE技术来承载语音业务；好处就是解决了由CSFB方案带来的呼叫接通慢，以及通话时4G网络服务中断等问题。这样平稳过渡的工程部署一方面保持了语音业务的连贯性，同时在经济上不至于一次投入过多，运营商乐于接受，是一种稳妥的解决方案，值得5G借鉴与推广。1610.1.1语音解决的标准方案VoeLTE终端驻留eLTE（enhancedLTE，增强型LTE）；语音业务和数据业务都承载在eLTE网络上；当eLTE信号较差时，VoeLTE可以通过切换到

LTE或NR网络。VoNR语音承载在gNB（gNodeB，下一代NodeB）上，根据5G组网方式的不同，存在两种不同的选项：1）通过5GC和gNB承载VoNR；2）通过EPC（EvolvedPacketCore，演进分组核心）和gNB承载VoNR。EPSFB（EPSFallback，EPS回落方案）借助4G网络和VoLTE的语音业务解决方案，部署需要LTE和5GNR网络重叠覆盖；方案中gNB建立IMS语音通话服务时会向5GC发送inter-RAT（inter-RadioAccessTechnology，无线接入技术间）的切换或者重定向请求，使语音通话回落到LTE网络中；简化了运营商对技术更新的要求，达到快速部署，快速盈利，平滑过渡的目的。1710.1.1语音解决的标准方案RATFB（RadioAccessTechnology，无线接入技术）与EPSFB类似的为5GNR初期不提供语音业务而设计的方案；RATFB与EPSFB有着类似的用户体验和引入原因。RATFB与

EPSFB的不同之处在于前者要求eLTE

和5GNR重叠覆盖，该情况下，5GNR和LTE网络无需重叠覆盖，并且gNB不需要部署IMS语音通道5G网络建设初期覆盖不足会带来的语音业务面临中断的风险EPSFB技术回落Voicecentric重选5G4G2G/3GLTE网络的覆盖

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5G网络覆盖；用户端采用终端双待方案，但对于用户来说成本相对较高；5G网络需要与4G的VoLTE部署紧密耦合。10.1.2终端对语音解决方案的支持18NRRRC与LTERRC之间的状态转换5G终端UERRC的三种状态RRCCONNECTEDRRCINACTIVERRCIDLE同一时间一个UE仅保持唯一一种RRC状态;UE在RRCCONNECTED和RRCINACTIVE态时保持RRC的连接，RRCIDLE态则释放RRC连接。10.1.2终端对语音解决方案的支持19UE在各状态下的表现特征RRC_IDLE态高层可以配置一个UE特定的DRX（DiscontinuousReception，不连续接收），基于网络配置的UE控制的移动性。空闲态的UE可以监听一个寻呼信道，执行邻区测量和小区选择和重选功能，获取系统信息。RRCINACTIVE态高层或RRC层可以配置一个UE特定的DRX，基于网络配置的UE控制的移动性，UE存储AS（ApplicationServer，应用服务器）上下文。非激活态的UE可以监听一个寻呼信道，执行邻区测量和小区的选择或重选，当UE移出基于接入网的通知区域（RAN-basednotificationarea，RAN（RadioAccessNetwork，无线接入网））时，执行基于接入网的通知区域有关的更新获取系统信息。RRCCONNECTED态UE保存AS(应用服务器)的上下文信息，UE间传递单播数据，低层配置一个UE特定的DRX，网络控制的移动性。连接态下的UE可以监听一个寻呼信道、相关控制信道、信道质量信息反馈、邻区测量和测量结果上报、获取系统信息。RRCIDLE和RRCINACTIVE态通过重新选择与LTERRC中的IDLE态进行状态转换。2010.1.2终端对语音解决方案的支持UE的域选择流程终端开机时，会进行UE域的选择，对于EPSFB来说，数据驻留在5G而语音业务则附着于4G域。终端发起5GC的注册流程（必选项），通过AMF查看网络是否支持IMS架构；当支持IMS时，UE执行注册并使用IMS语音业务;当不支持IMS时，UE将通过E-UTRA连接到EPC;5G的终端设备有单注册和双注册两种模式双注册终端可以理解为双待终端（类似于LTE语音解决方案中的SvLTE）;双注册终端利用双待能力提供语音数据并行发送；双注册终端可以选择基于2G、3G或4G网络的语音业务和基于5G的数据业务;双注册实现较简单，语音通话时可同时进行数据业务，但终端耗电多。2110.1.2终端对语音解决方案的支持5GC与EPC互操作架构理想状况：通过N26接口（MME-AMF之间接口，MME（MobilityManagementEntity，移动管理节点功能））与4G进行切换，且S-GW

连接到NGC的UPF，eNB升级支持终端在4G和5G间切换。2210.1.2终端对语音解决方案的支持5GC与EPC互操作架构非理想状况：当没有N26接口时，终端离开5G只能重选到4G，对于EPC和NGC之间需要搬移所有PDU会话，语音中断时间超过300ms，用户体验也会随之降低。当前我国大部分地区的4G网络均已配备N26接口，这为语音业务顺利平滑切换奠定了条件。第十章 5G语音解决方案5G语音标准方案及终端语音方案架构和分场景解决方案方案对比5G语音业务的现状与发展10.110.210.310.4小结10.52310.2语音方案架构和分场景解决方案24NSA架构SA架构Options3Options4Options7Options8Options1Options2Options5Options6SA的Option2选项需要具备独立的5G架构且该Option的5G基站需接入5G核心网。NSA的Option3中，5G用户终端与5G基站和4G基站双链接；核心网是4G核心网；控制面的锚点在4G基站；用户面分流可以选择4G基站。10.2.1非独立组网模式（NSA）25非独立组语音业务解决方案CSFB的相关信息通过4G的MME和2G或3G网络的MSC（MobileSwitchCenter，移动交换中心）之间的SGs接口进行传递的。当4G网络不支持VoLTE时，通过SRVCC（SingleRadioVoiceCallContinuity，单一无线语音呼叫连续性）切换到2G或3G网络上进行基于CS的语音业务。当4G网络支持VoLTE时，终端被叫时通过VoLTE发起语音业务。鉴于我国VoLTE的覆盖已经很广，基于VoLTE提供语音业务是多数运营商在部署NSA5G网络时讨论的方案。10.2.1非独立组网模式（NSA）26非独立组语音业务解决方案非独立组网中数据业务可以根据Option的不同选择承载于4G或5G网络。Option3/3a/3x核心网通过将PEC升级为

EPC+；不需要考虑引入

5G核心网；5G基站在该选项下仅仅作为辅助节点。Option7/7a/7x引入了5G核心网；从LTE升级到eLTE并且将其作为主节点；5G基站在该选项下仅仅作为辅助节点。Option4/4a需要升级为5G核心网；5G基站作为主节点和控制平面锚点；LTE升级为增强型的eLTE，作为辅节点。严格意义上讲，在NSA组网下的语音业务仍严重依赖LTE网络，并不属于完全状态的5G网络。10.2.1非独立组网模式（NSA）27非独立组语音业务解决方案在5G部署初期，业界重点关注的是Option3a/3x，该选项的语音解决方案仍可视为4GVoLTE方案，支持CSFB。进入支持VoLTE的4G网络覆盖区域通过VoLTE发起语音业务终端进入只有2G或3G的网络覆盖区时离开语音业务要通过SRVCC切换到2G或3G网络该切换通过4GMME和2G或3G的MSC之间的Sv接口进行eSRVCC（enhancedSingleRadioVoiceCellContinuity，增强的单一无线语音呼叫连续性）信息的传递。(SingleRadioVoiceCallContinuity，单一无线语音呼叫连续性)10.2.1非独立组网模式（NSA）28非独立组语音业务解决方案在5G部署初期，可以暂时不引入5G核心网而继续由4G的EPC进行承载Option3Option7Option2Option3要求终端同时驻留LTE和5GNR网络双连接、双注册的策略用户终端功耗会因双注册而增加双注册还可能存在互干扰，增大了终端的实现难度通过技术演进和设备投资这种模式可大大加快5GNR网络的部署速度，但该方案演进步骤过多，从开始到结束实现的周期较长。2910.2.2独立组网模式（SA）独立组语音业务解决方案EPSFB和VoNR是SA模式下，3GPP定义的两种主流5G语音解决方案;5GC和EPC之间引入互操作接口N26进行AMF和MME之间的互通。在互操作过程中，用户设备UE的会话信息和上下文均通过N26进行传递。同时，为了保证IP地址和业务的连续性，N26接口会将UE的资源切换到目标侧核心网。5GSA组网需通过保证与4GEPC之间的交互来保证语音通话的连续性。除CSFB以外，SA组网会通过引入EPSFB和VoNR来实现其语音业务。3010.2.2独立组网模式（SA）EPSFB在4G建设初期：需要通过CSFB与分组电路域实现互操作来进行语音业务的承载。在5G建设初期：5GNR不提供语音业务，4G网络和5G网络之间也需要完成语音业务的互操作。驻留网络的终端在发起语音会话业务时需要进行切换。5G基站为使终端回落4GLTE网络并通过VoLTE进行语音承载，会向LTEEPC发起inter-RAT切换请求。语音从5G网络到4G的回落是通过5G的NGC核心网和LTE的EPC之间的N26接口进行互相操作从而达到目的的。EPSFB方案的语音业务连续性在5G覆盖不足的情况下将完全依赖于VoLTE网络的覆盖率。3110.2.2独立组网模式（SA）EPSFB需要终端支持VoLTE因此，可以推测当前，几乎所有的终端都将支持VoLTE，这为EPSFB的部署奠定了很好的基础。支持5G但不支持VoLTE的终端会比较少见，故在此不做讨论。进行IMS注册并发起呼叫5GRAN拒绝建立承载并发起切换流程VoNR终端5G在LTE上继续进行呼叫建立流程现有的LTE终端类型分为三类：VoLTE终端、CSFB终端和SRLTE终端：CDMA(Voice)+LTE(data)。3210.2.2独立组网模式（SA）EPSFB与VoNR的网络架构相比若运营商采用EPSFB回落并使用VoLTE承载语音业务，IMS系统是其网络建设不可或缺的一环。需要相当覆盖程度4GLTE网络。通过EPSFB比单纯使用VoLTE多了一个回落时延，预估在1秒左右。尽管增加了一定时延，但一旦建立通话可以保证业务的稳定性和连续性。当网络不支持VoNR，4G网络又不支持VoLTE时由于5G无法与2G或3G网络直接进行互操作，因此需EPSFB和CSFB两次退回，在2G或3G网络上进行语音通话。由于我国4G部署广泛，终端支持VoLTE较多，故此种方案在我国较少被讨论。3310.2.2独立组网模式（SA）EPSFB目前EPSFB的标准化还在进行中，3GPPR15的版本将会规定EPSFB、EPSFB+CSFB以及有关双注册的标准化细节使用EPSFB在5G网络部署之初具有很大的吸引力：因为5G的部署不会是一蹴而就的，EPSFB对核心网功能改动较少；我国LTE已经处于大规模部署的情况下；尽管使用回落会增加接续时延1至2秒，但其经济性和技术稳定性是直接引入VoNR所不能比拟的，这在工业实践中尤为重要。部署EPSFB也是成本上最容易接受的方式：对运营商来说，舍弃现有LTE网络而直接上马5G无论是在时间上还是在利润上均不现实；EPSFB可以使用户先行体验5G带来的高速数据带来的红利，而语音业务则先保持原有体验，在适当的时间可以进行升级。3410.2.2独立组网模式（SA）VoNR类似于4G网络，VoNR的实现需要运营商通过投资建设5GC来满足业务需求。而在最初的4G中，语音业务是通过分组交换的方式来实现的。只能做到尽力而为，而不能保证语音业务的质量。5GC、5GNR和IMS共同提供语音业务历来语音业务最重要的部分都是语音质量，特别是相较于的2G或3G网络。与部署VoLTE要求相似，5G网络也需要依靠IMS系统为高质量的语音提供保证。IMS系统VoLTE与VoNR的先决条件PCC（PolicyControlandCharging,，策略控制和计费）等管理方面的功能提供核心网NGC引入5G中借助前代通信系统组网的经验3510.2.2独立组网模式（SA）VoNRVoNR需具备提供IMS语音通道的能力，即支持RTP（Real-timeTransportProtocol，实时传送协议）与RTCP（Real-timeTransportControlProtocol，实时传输控制协议）。和EPSFB不同的是：VoNR方案中终端需要驻留NR，其语音业务与数据业务均承载在NR网络；VoNR的建设和开通主要依赖于5GC的建设和终端的支持VoNR的架构当5GNR覆盖较弱时，终端会发起基于覆盖的切换，将语音业务切换到LTE网络并由VoLTE提供服务。VoNR方案可以借助已经成熟的IMS与VoLTE共同保障语音业务的连续性，其切换服务的功能也保证了业务的一致性。另外，在终端的市占率上，预计在未来的三到四年内，支持VoNR的终端将占据市场主流。因此，在5G发展的过程中，VoNR将是语音解决方案的目标选项。3610.2.2独立组网模式（SA）VoLTE与VoNR在业务承载的建立----VoLTE当终端在LTE网络中开机时，需要建立端到端的具有QoS（QualityofService，服务质量）保障的承载：1、终端在LTE网络注册时，需要建立第一个默认承载（AMDRB），该承载的数据业务的QCI（QoSClassIdentifier，服务等级指示）为8或9。2、由于VoLTE需要SIP信令进行会话控制，因此，终端建立的第二个默认承载是QCI等于5的用于VoLTE的承载，它用来支持用户完成IMS注册、支持SIP信令传输、承载短信彩信等。该业务承载优先级最高但没有速率保障。3、VoLTE建立一个QCI等于1的语音业务专用承载或QCI等于2的视频业务专用承载。这两个专用承载具有速率保证，但优先级低于QCI等于5的默认承载。EPS承载模式UM（UnacknowledgedMode，非确认模式）：接受侧不需要反馈是否成功；对于视频或者语音业务，其对时延敏感但对丢包现象不敏感AM（AcknowledgedMode，确认模式）：接受侧需要反馈接受是否成功；对应的类似于第二步中的IMS信令业务，对可靠性要求较高3710.2.2独立组网模式（SA）VoLTE与VoNR在业务承载的建立----VoLTE建立的Bearer顺序APNPDN类型UE被分配几个IPEBI对应的E-RAB对应的DRB对应的S1-U隧道对应的S5-U隧道Bearer类型是否为GBR承载承载业务举例QCI第1个internet双栈1个IPv4私有地址+1个IPv6公有地址5E-RAB1DRB1S1-U隧道1S5-U隧道1缺省承载Non-GBR微信、爱奇艺等8或9第2个IMSIPv61个IPv6公有地址6E-RAB2DRB2S1-U隧道2S5-U隧道2缺省承载Non-GBRSIP信令如INVTTE5第3个7E-RAB3DRB3S1-U隧道3S5-U隧道3非缺省承载GBRVoLTE音频1第4个8E-RAB4DRB4S1-U隧道4S5-U隧道4非缺省承载GBRVoLTE视频2VoLTE用户在4G开机业务承载：3810.2.2独立组网模式（SA）VoLTE与VoNR在业务承载的建立----VoNR当用户在5GNR+5GC+IMS的网络中开机，使用VoNR时，需要建立两个PDU（ProtocolDataUnit，协议数据单元）会话，包含四个QoSFlow：1、第一个PDU会话包括一个QCI等于8或9的默认承载，VoNR进行之前需要建立一个QoSFlow，对应一个N3隧道，用于支持数据业务对互联网的访问。2、终端需要和IMS交互来使用VoNR的语音业务。这就要建立第二个PDU会话，该会话包含三个QoSFlow和一个对应的N3隧道。3、VoNR需要建立一个QCI为5的默认QoSFlow，用来完成IMS注册，支持短信彩信等业务传输。和LTE类似，该QoSFlow也是有优先级而没有速率保障的。4、VoNR为了完成语音或视频业务还需要接着建立一个QCI为1和2的专用承载。类似于LTE，该承载具有速率保证，但优先级低于QCI等于5的默认承载，且由于业务的特征，使用UM模式。3910.2.2独立组网模式（SA）VoLTE与VoNR在业务承载的建立----VoNRVoNR用户在5G开机业务承载：建立的QosFlow顺序DNDN类型UE被分配几个IPPDUSessionID承载的QFI对应的DRB对应的N3隧道QosFlow类型是否为GBRQosFlow承载业务举例5QI举例第1个internet双栈1个IPv4私有地址+1个IPv6公有地址11由gNB决定DRB数量<=QFI数量N3隧道1缺省QosFlowNon-GBR微信、爱奇艺等8或9第2个IMSIPv61个IPv6公有地址22N3隧道2缺省QosFlowNon-GBRSIP信令如INVTTE5第3个3非缺省QosFlowGBRVoNR音频1第4个4非缺省QosFlowGBRVoNR视频24010.2.3不同模式语音业务标准解决方案对比独立组网SASBA（Service-BasedArchitecture，基于服务化的网络架构）；容易引入语音新业务，比如一些MCPPT（MissionCriticalPushToTalk，集群类业务）；拥有更灵活的QoS架构----QoSflow；拥有更灵活QoS优先级；可以带来更好的用户体验，如更短的接入和切换时延。非独立组网NSA最突出的特点就是它的简易性；NSAOption3是最简单的可以支持语音的方案；在无IMS的情况下，语音直接从LTE通过CSFB技术回落到2G或3G网络建立语音；核心网依然使用4G的EPC，对核心网改动小；无需部署NGC和IMS也可以快速支持语音业务；仅在现网基础上新增了一层5GPS业务，所以语音业务和4G网络部分没有变化。不同组网方式的特点4110.2.3不同模式语音业务标准解决方案对比

NSASA方案CSFBVoLTEEPSFB+CSFBEPSFBVoNR场景4G不支持VoLTE或终端未开通VoLTE4G且终端支持VoLTE5G不支持VoNR且4G不支持VoLTE4G且终端支持VoLTE5G支持VoNR覆盖水平2G/3G连续覆盖4G连续覆盖2G/3G连续覆盖4G连续覆盖，5GNR热点覆盖5GNR语音覆盖核心网+RAN架构MSC+2G/3G基站IMS+EPC+eNodeB5GC+gNodeBIMS+EPC+eNodeBMSC+2G/3G基站5GC+gNodeBIMS+EPC+eNodeB

IMS+5GC+gNodeB语音连续性语音在2G/3G连续语音在4G连续，基于eSRVCC切换到2G、3G语音在2G/3G连续语音在4G连续，基于eSRVCC切换到2G、3G语音在5G连续，基于N26切换4GQoS保障2G/3G水平4G水平2G/3G水平4G水平4G水平呼叫建立时延7s以上空闲态：<3.5s连接态：<2.5s7.5s以上在N26支持的条件下较VoLTE多600ms左右<2s不同组网方式的特点4210.2.4分场景解决方案场景一：5GNR+SA+VoLTE+VoNR，NR独立组网，现有的LTE网络开通了VoLTE服务（终端支持VoLTE），支持VoNR。5GNR+SA+VoLTE+VoNR（方案一）方案一：NR网络存在可将终端在Idel态时驻留在5G上；起呼时可以直接通过VoNR提供语音；脱离NR网络终端通过小区重选待机在LTE上；终端在通话过程中移出LTE区域时，采用SRVCC将语音通话切换到2G或3G网络。4310.2.4分场景解决方案场景一：5GNR+SA+VoLTE+VoNR，NR独立组网，现有的LTE网络开通了VoLTE服务（终端支持VoLTE），支持VoNR。方案一：切换类型4G时延(测试值)5G时延(估计值)基站间切换（X2/XN）183ms191.5ms跨核心网切换（S1/NG）220ms406.5ms语音业务系统间切换（TDDVoLTESRVCC到2G/5G到4G）600-700ms，空口300ms以内626.5ms时延定义：当源eNodeB发送切换请求（HandoverRequired）消息开始到源eNodeB接收到UE情景解除命令（UEContextReleaseCommand）消息结束；5G时延为估计值，是根据信令流程估计所得，NG接口指基站到核心网的接口，分为NG-C（N2）和NG-U（N3）。4G与5G切换时延对比：基于5G的切换和基于4G的切换时延相当10.2.4分场景解决方案场景二：5GNR+SA+VoLTE+无VoNR，NR独立组网，现有的LTE网络开通了VoLTE服务（终端支持VoLTE），不支持VoNR。5GNR+SA+VoLTE+VoNR（方案二）方案二：此种情景较常见于5G建网初期，无线已开始部署但尚未打通IMS或者由于NR不连续组网未开通VoNR业务。此时的5G只承载数据业务，语音业务时使用EPSFB通过VoLTE及2G或3G网络承载语音业务。EPSFB标准方案仍在讨论中。4510.2.4分场景解决方案场景二：5GNR+SA+VoLTE+无VoNR，NR独立组网，现有的LTE网络开通了VoLTE服务（终端支持VoLTE），不支持VoNR。方案二：因运营商已部署IMS，技术上建议运营商打通NR和IMS以支持VoNR原则上该方案类似于LTE的CSFB方案。终端附着在5G下，起呼时回落到VoLTE上进行语音业务。可以由PCF或SMF/PGW或AMF或gNB识别，需要建立语音专用QoSFLOW时，则切换到LTE。部署VoNR相比该方案的优点可以缩短用户呼叫建立时长。EPSFB比VoLTE多一个回落时延，估计值是626.5ms，EPSFB回落时间暂时没有准确实测值，可以参考LTECSFB的回落时间，优化后的CSFB快速回落方案认为是可以在2s内回落。当终端主叫或被叫时发生回落到4G、3G或2G网络，主要是拨号后等待时间较长，通话过程中并不会发生语音中断，可以保证通话连续性。因为已有IMS支持，所以VoNR部署的成本和技术难度较小。对部分VoLTE使用NarrowBandAMR的网络，开通VoNR可以使用WideBandAMR或EVS（EnhanceVoiceServices，增强语音服务）提升语音质量。4610.2.4分场景解决方案场景三：5GNR+NSAOption3+VoLTE，NR非连续组网且锚定在LTE上。同时LTE网络支持VoNR。NSA是Option3的情况，核心网使用4G的EPC。5GNR+NSAOption3+VoLTE+NR非连续组网（方案三）方案三：Option3中NR依旧使用EPC，故无法支持VoNR业务；使用3GPP的标准方案UE域选择来选择驻留网络，UE的语音业务附着在4G（VoicecentricUE），5G只进行数据业务（DatacentricUE）；终端主被叫时直接在LTE上做VoLTE语音；终端移出LTE覆盖区域时通过SRVCC切换到2G或3G网络；采用Option3的组网方案，其语音解决方案与LTE语音解决方案相同；4710.2.4分场景解决方案场景四：5GNR+NSAOption7+VoLTE，NR非连续组网且锚定在LTE上。同时LTE网络支持VoNR。NSA为Option7的情况，核心网使用5G的NGC。5GNR+NSAOption7+VoLTE+NR非连续组网（方案四）方案四：LTE需升级为eLTE，连接到5G核心网NGC；改动相对较大，在5GNR建网初期不推荐；5GC是否连接IMS以及是否开通VoNR业务？选择一

开通VoNR业务和VoeLTE业务；选择二

考虑5GNR在建网初期无法做到连续覆盖只从而只开通VoeLTE业务；当开通VoNR业务时建议采用VoNR+VoeLTE+SRVCC方案5GC均连接到IMS4810.2.4分场景解决方案场景四：5GNR+NSAOption7+VoLTE，NR非连续组网且锚定在LTE上。同时LTE网络支持VoNR。NSA为Option7的情况，核心网使用5G的NGC。方案四：当该场景初期尚未部署VoNR时则采用EPSFB方案。终端被叫时从5GEPSFB到VoeLTE承载语音。终端通话过程中移出LTE覆盖区域通过SRVCC切换到2G或3G网络。终端空闲态移出5G覆盖区时通过网络重选驻留4G。在本方案中有两次回落过程，时延会比较大。EPSFB标准尚未确定，时延暂时估计为600ms左右，现网CSFB时延实测时延最大可以超过4.5秒，一般也在3秒左右。所以EPSFB+CSFB这种方式接入时延只会更长。因此，从技术的角度需要建议运营商积极推动VoNR部署，降低呼叫建立时长。4910.2.4分场景解决方案场景五：5GNR+SA+无VoLTE+无VoNR，NR独立组网。现网不支持VoLTE，也不支持VoNR，即运营商没有IMS。5GNR+SA+无VoLTE+无VoNR（方案五）方案五：运营商没有部署IMS或者有IMS但是没有开通VoNR或VoLTE。终端在空闲态驻留5G网络，用户发起主叫或做被叫收到寻呼消息，先回落到4GPS域，因为4G不支持VoLTE。该场景需要再从4G发起利用CSFB技术向2G或3G进行回落动作。呼叫完成后终端重新返回5G网络待机。5010.2.4分场景解决方案场景五：5GNR+SA+无VoLTE+无VoNR，NR独立组网。现网不支持VoLTE，也不支持VoNR，即运营商没有IMS。方案五：简单说就是终端从5G通过EPSFB到4G紧接着CSFB到2G或3G网络，连跳两级。从协议的制定上看5G因该不会和2G和3G做连接态互操作,而且目前也没有这种场景的讨论。因为有两次回落过程，时延会比较大。技术角度推荐运营商先部署IMS，并开通VoLTE和/或VoNR。将网络演进到VoNR+VoLTE，或NR+VoLTE等形式。避免连续两次回落造成过长的接入时长。此方案对应的场景比较少见，并不是当前运营商或设备提供商讨论的重点。运营商角度5110.2.4分场景解决方案场景六：5GNR+SA+无VoLTE+VoNR，NR独立组网。运营商部署了IMS并支持VoNR，但EPC没有打通IMS无法支持VoLTE。5GNR+SA+无VoLTE+VoNR（方案六）方案六：该场景中，因VoNR需要IMS，所以运营商部署了IMS和5G，同时部署了4G但是却没有部署VoLTE。这种情况在实际中应比较少见，因此场景优先级很低，标准中目前还没有讨论这种场景。针对这样的网络从技术角度应该推动LTE开通VoLTE，实现LTE与IMS的对接。5210.2.4分场景解决方案场景六：5GNR+SA+无VoLTE+VoNR，NR独立组网。运营商部署了IMS并支持VoNR，但EPC没有打通IMS无法支持VoLTE。方案六：当终端在NR上起呼时需要通过VoNR；当终端移出5G网络时向LTE回落，方案为VoNR先向LTEPS域做切换，语音流通过路由方式从IMS发送到EPC，再离开4G，通过quasi-SRVCC（类SRVCC）切换流程从LTEPS切换到2G或3G网络。从非标准方案角度来看：运营商原来没有IMS，但在部署5G时直接选择SA独立组网，部署了NGC和IMS并同时开通了VoNR。但LTE连接到IMS域的建设却较为滞后。出现该场景的可能情况既然运营商已经有了IMS，那么从技术上可以建议运营商上打通LTE到IMS以支持VoLTE，避免非标准化流程.5310.2.4分场景解决方案场景七：5GNR+NSAOption3+无VoLTE，NR非连续组网，NR锚定在LTE上。但是运营商没有部署IMS或者有IMS但是没有部署VoLTE。NSA使用Option3，核心网是4G的EPC。5GNR+NSAOption3+无VoLTE（方案七）方案七：5G终端在空闲态下数据业务附着在5GNR，语音业务附着在LTE;使用4GEPC无法支持VoNR；不支持VoLTE，发起CSFB（呼叫建立时间长）回落到2G或3G网络建立语音业务;技术上可建议运营商部署IMS支持VoLTE，同时有助于提升语音质量。5410.2.4分场景解决方案场景八：5GNRNSAOption7+无VoLTE，NR非连续组网，NR锚定在LTE上。但是运营商没有部署IMS或者有IMS但是没有部署VoLTE。NSA为Option7，即核心网是5G的NGC。5GNR+NSAOption7+无VoLTE（方案八）方案八：不支持VoNR和VoLTE；没有IMS或有IMS但没有和LTE及5G打通无法支持语音；5G终端驻留在NR下，用户发起主叫或被叫时先回落到4G（通过EPSFB），再从4G通过CSFB回落到2G或3G网络发起语音业务，连跳两级，时延较大。所以技术角度建议运营商部署IMS，并开通VoLTE和VoNR，避免连续两次回落。5510.2.4分场景解决方案LTE无法连续组网的情况支持VoLTE的网络让终端移动到LTE覆盖边缘前提前切换到4G然后通过SRVCC切换到2G或3G网络上，以保持持续通话；空闲态下终端从5G覆盖区域进入仅有2G或3G网络区域时可以网络重选待机在2G或3G上。不支持VoLTE的网络通过Voicecentric重选到2G或3G网络上；采用终端双待方案，对终端要求较高；如果运营商拿到的5G频段是低频，技术上实现5G连续组网，可通过VoNR来提供语音服务。EPSFB对于5G语音终端设备没有特殊要求；类似于VoLTE，呼叫建立时延只比VoLTE增加600ms，语音连续性可保障；推荐对IMS作简单的软件升级，配合采用5GC+EPSFB的方案来提供语音服务；减少5G和4G之间的话音切换次数，减少对现网中EPC产生的影响。第十章 5G语音解决方案5G语音标准方案及终端语音方案架构和分场景解决方案方案对比5G语音业务的现状与发展10.110.210.310.4小结10.5565710.3方案对比5G语音解决方案中无论是支持VoLTE或者VoNR，均需在核心网侧接入IMS网元。在3GPP规定的5GNSA组网模式中，语音解决方案是比较单一的，这主要是因为NSA并不具有5G的全部功能。在NSA中，语音业务仍主要由LTE网络(一般利用VoLTE语音方案)进行承载。在SA组网模式中，语音业务可以根据自身情况灵活的通过LTE或NR进行承载。根据3GPP定义的标准，对于语音架构，5G将继续沿用4G的相关架构，即仍是基于IMS进行语音业务的提供与承载。4G无线接入技术为LTE，语音承载方案为VoLTE。5G无线接入技术是NR，承载语音的解决方案应该是VoNR。VoLTE、VoNR皆为IMS的语音业务的不同接入方式。当网络不支持IMS时，其能提供的语音服务质量将大大受限。对于不支持IMS网元的情景，从技术角度均建议部署IMS并开通VoLTE。10.3方案对比针对4G向5G过渡的问题，3GPP在充分考虑各国不同标准与不同网络部署进度的情况下，提出了8种Options。Option1为现有LTE网络架构，可以看做是4G向5G过渡的“起点”Option2为全新5G网络架构，可以看做是4G向5G过渡的“终点”Option3~8基于现有LTE网络进行改进，根据各国网络阶段的不同采用不同过渡策略在工程上，运营商需要考虑到尽量减少5G网络部署后对现网基站的影响。在5G部署的初期阶段，运营商主要关注Option3（即核心网采用EPC+），在5G部署过程中逐渐过渡到Option2（核心网采用5GC）5910.3方案对比基于不同组网模式的不同语音解决方案根据不同的组网模式和承载技术间转换的关系5G中的语音业务流程均可概括为从5G到4G再切换到3G或2G网络的流程。

5G在标准中无法与2G或3G进行互操作，为了更好的保障语音的连续性，需要：（1）不论采用哪种组网方案和场景方案，4G的连续覆盖都是保证语音业务流畅运转的基础。

（2）在覆盖组网上，建议建网初期保证2G或3G网络覆盖范围大于LTE覆盖范围，LTE覆盖范围大于5GNR覆盖范围。6010.3方案对比基于不同组网模式的不同语音解决方案NSA组网语音业务可以承载在VoLTE或在必要时退回到2G或3G网络网络，也就是说可以沿用4G的语音方案。这在5G部署初期可以为运营商省下大量的资源和加快部署时间，让用户提前感受5G带来的便利。SA组网建议优先推荐部署VoNR+VoLTE。在必要时可以采用EPSFB和EPSFB+CSFB的方案退回4G、3G或2G网络保证语音业务的质量。不同组网中的标准语音解决方案多种多样用户可以基于移动网络来进行语音通话的业务例如使用：VoNR+VoLTE+SRVCC、EPSFB、EPSFB+CSFB或者VoNR+LTE(PSHandover)，这些方案，均可以达到在移动网络中进行语音通信的目的另外还可以使用双待的5G终端，在多种不同的网络模式下使用语音业务。一些基于IMS的OTT（OverTheTop，跨平台服务）和利用互联网的OTT业务也可以同样达到语音通话的目的。6110.3.1方案对比5G网络中可能用到的语音方案比较VoNR+VoLTE+SRVCC场景支持VoNR，因此终端起呼在VoNR，呼叫建立时间很短；切换时类似于LTE的SRVCC的切换，历经两次切换，但速度很快。例如，eSRVCC/SRVCC在200ms内可以完成切换。对网络要求较高：运营商需要建立IMS并与5G和4G网络都打通；对终端要求较低，符合标准的单待终端即可支持。EPSFB保证语音连续性：该场景下5G网络不支持VoNR，需要从NR的PS域回落到VoLTE，EPSFB在这过程中进行一次回落，起呼和被呼时会增加接续时长；对网络的要求不高，5G不需要和IMS对接，仅LTE需要和IMS对接以支持VoLTE；需要特定的支持该方案的终端。EPSFB+CSFB一般发生在网络或终端不支持VoLTE的情况下；不保证语音的连续性：终端起呼时需要从5GNR先EPSFB回落到LTE，但因为LTE不支持VoLTE，需要终端紧接着利用CSFB回落到2G或3G网络，连跳两级，接续时长较长；对网络的要求不高，因为网络无需对接IMS，只需要NGC；终端需要支持EPSFB+CSFB。6210.3.1方案对比5G网络中可能用到的语音方案比较VoNR+LTE(PSHandover)一般发正在VoNR已部署但4G网络无法支持VoLTE（没有打通IMS）的情况；不保证语音的连续性：因为LTE无法支持VoLTE，切换时需要先从VoNR切换到LTEPS，然后再走类SRVCC流程，中间需要经理两次切换，历经时延会较长；对网络要求较高：需要网络和终端支持IMS和NGC（NextGenerationCore，下一代核心）和VoNR；对终端要求较低，一般支持VoNR的普通单待终端即可。终端双待利用双待能力提供语音和数据并发的功能，语音上通过VoLTE提供语音业务；双注册终端需同时附着在LTE网络和5G网络上，语音业务则是只在LTE上进行承载；对终端要求较高。对网络要求低，无需4G与5G互操作，无需NGC和IMS（语音通过2G或3G网络承载）。6310.3.1方案对比5G网络中可能用到的语音方案比较基于IMS的OTT一般发生在可以使用语音电话的APP（Application，应用程序）中，比如神州专车、滴滴司机端APP这类应用；可直接在APP端拨打普通电话，无需跳出APP；提供诸如虚拟号码等业务保障乘客隐私；未来运营商可以通过出售网络切片的方式将网络能力开放给第三方，并提供相应的业务质量保障；需要打开专用APP进入相应界面才能呼叫，提供力所能及的业务保障；不保证语音连续性：优先级低于运营商网络业务，因此可能会被高优先级业务中断。基于互联网的OTT一般发生在APP与APP之间，通过互联网进行语音通话，比如微信的语音通话；需要安装专门的APP，走的是普通的IP流，无法与运营商网络用户直接通话，且QoS没有保障，会被高优先级业务中断；不保证语音连续性：通话过程中如果有其它电话进来APP间的通话就会中断。6410.3.1方案对比5G网络中可能用到的语音方案比较

VoNR↔VoLTE↔SRVCCEPSFBEPSFB+CSFBVoNR↔LTE(PSHandover)终端双待OTT(基于IMS)语音连续性好一般不好不好好不好与现网互通好好好好好好跨运营商/OTT网络互通好好好好好好网络3G/EPC/NGC的要求高中中高低低终端要求

低中中(需支持回落)低高(需支持双待)中（需支持APP）6510.3.2VoNR的语音质量和对RAN的要求

AMR-NBAMR-WBEVS采样速率（HZ）80001600080001600032000适用的语音带宽NBWBNB（采样速率8000）WB（采样速率16000）SWB（采样速率32000）FB（采样速率48000）编码能力根据信道质量自动优化根据信道质量自动优化根据信道质量自动优化、根据音频类型自动优化编码速率（kbps）8种4.75、5.15、5.90、6.70、7.40、7.95、10.20、12.209种6.60、8.85、12.65、14.25、15.85、18.25、19.85、23.05、23.85NB-7种5.9、7.2、8、9.6、13.2、16.4、24.4WB-12种5.9、7.2、8、9.6、13.2、16.4、24.4、32、48、64、96、128SWB-9种9.6、13.2、16.4、24.4、32、48、64、96、128FWB-7种16.4、24.4、32、48、64、96、128AMR-WBIO-9种（兼容AMR-WB模式）66-23.85帧大小20ms20ms20ms语音通道数单声道单声道单声道PCM位宽131416AMR-NB、AMR-NB以及EVS的对比6610.3.2VoNR的语音质量和对RAN的要求RAN协议更新介绍ROHC（RobustHeaderCompression，健壮性报头压缩协议）该协议在PDCP（PacketDataConvergenceProtocol，分组数据汇聚协议）层进行IP包头压缩，减少语音包的长度，该技术已在LTE中应用。使用SPS降低控制信道开销对于VoIP（VoiceoverInternetProtocol，基于网络协议的语音传输）等小数据量的数据包、大小相对固定、数据包之间的时间间隔满足一定的规律的数据；采用半静态调度，半静态调度中，系统的资源（包括上行和下行）只需通过PDCCH（PhysicalDownlinkControlChannel，物理下行控制信道）分配或指定一次，而后就可以周期性地重复使用相同的时频资源该技术已在VoLTE中应用。DRX在无数据传输的时候，通过停止接收PDCCH（此时会停止PDCCH盲检）来降低手机功耗。该技术已在LTE中应用。6710.3.2VoNR的语音质量和对RAN的要求RAN协议更新介绍TTIbundling一个数据包在连续多个TTI资源上重复进行传输，接收端将多个TTI资源上的数据合并达到提高传输质量的目的。该技术可以提高信噪比，增强上行覆盖，从而保障语音质量。该技术已在LTE中应用。eVoLTE自适应编解码方案（eVoLTECodecadaptationsolution）针对特定的逻辑信道，在MAC层，方向(上行或者下行)，gNB发送推荐的比特率MAC控制信息给UE，UE用此信息以及其它的信息(比如:会话协商的参数，MBR，GBR等)进行速率适配。eVoLTE时延预算报告（eVoLTEDelaybudgetreporting）UE

发送DelayBudgetReport消息给gNB，在UE覆盖好的条件下，上报ueReportCause为type1，gNB可以减少DRXcycle长度，降低E2Edelayandjitter。在UE覆盖差的条件下，上报ueReportCause为type2，gNB可以增加DRXcycle长度。根据UE上报的信息，gNB可以配置覆盖增强的信息。第十章 5G语音解决方案5G语音标准方案及终端语音方案架构和分场景解决方案方案对比5G语音业务的现状与发展10.110.210.310.4小结10.5686910.45G语音业务的现状与发展语音作为运营商最为基础的业务，语音业务的好坏直接影响用户对品牌的满意度和忠诚度，曾经被视为运营商三大支柱业务之一。尽管随着移动互联网的到来，数据业务在总体运营收入中的比例不断增加，但语音仍以其稳定的收入来源在运营商单项收入当中占据重要的一席。558.3亿元随着5G网络的建设，人们对语音业务的要求也越来越高，从“打得通”、“不掉话”到现在的“接得快”、“听得清”。在新时代，5G时代的语音业务需要如何发展才能使用户满意？需要如何发展才可以与日益发展的互联网语音业务竞争？7010.4.1

5G语音业务的现状中国移动案例近年来随着4G网络的发展，中国移动VoLTE成为全球领先的VoLTE网络。2015年中国移动在2015年8月17日在杭州打响了VoLTE商用的“第一枪”后，又在之后的几年间投入大量人力物力用来推动VoLTE商用。在这期间，中国移动也面临巨大的挑战，这些挑战被中国移动称之为“大石头与小石头”。2016年为了搬走这些VoLTE商用中面临的“大石头和小石头”，2016年中国移动启动“百日会战”，通过开展大量网优工作，重点攻关VoLTE业务质量。2019年2019年三季度，中国移动完成基于5GSA的VoNR语音方案、4GEPSFB语音方案的端到端验证。该体系化的验证标志中国移动在SA环境下的5G语音通话服务技术能力逐步走向成熟。2021年山东移动携手华为，完成了对现网IMS设备的升级，并且在济南成功打通了5G商用网络的VoNR第一通电话。这标志着中国移动5GVoNR的商用成熟度又向前迈出了关键一步。7110.4.1

5G语音业务的现状中国移动案例中国移动NSA模式下

VoLTE方案示意图中国移动NSA模式下CSFB方案示意图在NSA模式下，有着VoLTE方案和CSFB