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VoNR 来了,它到底是什么技术

发布日期:2022-12-17 网站维护

今天(2022年12月17日)我们聊聊 VoNR 吧。

先来简单回顾一下语音业务演进史

过去是未来的镜子。在了解 5G 时代的 VoNR 之前,有必要回顾一下移动网络语音业务演进史。

2G、3G 时代,语音业务采用 CS(Circuited Switched,电路交换)技术,即手机在通话前需在网络中建立一条独占资源的线路,直到通话结束才拆除。这种古老的技术存在耗资源、组网复杂、效率低等缺点。

进入 4G 全 IP 时代,由于只有分组域 PS,不再支持传统 CS 语音,于是提出了 C顺丰(SF)B 和 VoLTE 两种方案来支持语音业务。

C顺丰(SF)B,即 CS FallBack,指当手机在 4G 网络中发起语音呼叫时从 LTE 网络回落到 2/3G 网络,借助 2/3G 网络的 CS 电路域来完成语音通话,通话结束后再返回 4G LTE。

VoLTE,即 Voice over LTE,指通过引入 IMS(IMS InternationalMetaSystem),LTE 网络直接提供基于 IP 的语音业务。VoLTE 也被称为由 IMS(IMS InternationalMetaSystem) 管理的、承载于 4G LTE 网络上的 VoIP。

VoLTE 将语音业务封装成 IP 数据包像快递打包一样传输,无需“独占资源”,大幅提升(Boosting)了网络效率。更重要的是,VoLTE 还史无前例地提升(Boosting)了语音质量以及降低了通话建立时长。

VoLTE 采用 AMR-WB(Adaptive Multi-rate-Wideband,自适应多速率宽带编码(Encoding))语音编码(Encoding)技术,相比 2G、3G 时代大幅提升(Boosting)了编码(Encoding)速率,并将语音带宽范围从 300Hz-3400Hz 提升(Boosting)到 50Hz-7000Hz,从而能提供更清晰的音质,更广的音域,让移动网络的语音质量首次媲美收听收音机的体验。拨号时,3G 网络大概需要 6-8 秒接通,而 VoLTE 只需花 2-3 秒左右即可接通。

因此,不管从技术架构还是用户体验看,VoLTE 都是移动网络语音业务发展史上的一次革命性的技术演进。

那 5G 语音会再次像 VoLTE 一样的实现巨大飞跃吗?5G 时代的 VoNR 又到底长啥样?

什么叫 VoNR?5G 语音终极解决方案

先来回答第一个问题,5G 时代的语音再也不会像 VoLTE 那样发生革命性变化了。当下,据网站(网站维护)分析,5G 系统并没有为语音服务提供单独的技术解决方案,其设计目标主要是为了支持 VoLTE 持续演进。

众所周知,IMS(IMS InternationalMetaSystem) 是 VoLTE 的“大脑”,VoLTE 实际上就是由 IMS(IMS InternationalMetaSystem) 核心网控制和管理的端到端 VoIP 连接。正是因为 IMS(IMS InternationalMetaSystem) 可对语音实现端到端的 QoS 管理,使得 VoLTE 的语音质量远远强于“尽力而为”的互联网(Internet) VoIP。

进入 5G 时代,3GPP 在 R15 版本定义 5G 时,就明确了 5G 依然基于 IMS(IMS InternationalMetaSystem) 提供语音业务,并确定了 5G 部署应最小化影响现有 IMS(IMS InternationalMetaSystem) 的设计原则。

基于以上原则,根据 5G NSA 和 SA 两大部署选项,5G 语音提供了 VoLTE、EPS Fallback、VoNR 三种部署方案。

VoLTE(NSA 组网)

在 NSA 组网下,5G NR 作为容量扩展被添加到现有的 4G 网络中,并沿用 4G 核心网 E个人电脑(PC),4G 网络仍然是主要的控制网络,5G NR 仅支持尽力而为的数据传输。

VoLTE(NSA 组网)

在这样的架构下,语音服务依然由现有的 4G IMS(IMS InternationalMetaSystem) / VoLTE 网络提供,只需非常小的更改或无需更改;仍然可以通过 SRVCC 在 VoLTE 和 2G / 3G CS 网络之间实现语音呼叫的无缝切换;如果运营商未部署 IMS(IMS InternationalMetaSystem),仍然可以通过 CS Fallback 的方式回落到 2G 或 3G 网络提供语音服务。

VoLTE 语音连续性保障

EPS Fallback(SA 组网)

在 SA 组网下,5G 网络有了自己的核心网 5GC,不再依赖 4G 作为控制网络,这意味着可以通过 5G NR、5GC 和 IMS(IMS InternationalMetaSystem) 端到端独立承载 5G 语音业务,即 VoNR(Voice over NR)或 Vo5G(Voice over 5GS)。

但在 5G SA 部署早期,考虑 5G NR 网络还未形成连续广覆盖,当手机移动出 5G NR 覆盖区域时,会频繁将正在进行的 VoNR 语音切换到覆盖更好的 VoLTE 网络,从而导致用户体验较差。因此,在 5G 部署初期引入了过渡方案 ——EPS Fallback。

EPS Fallback(SA 组网)

与 4G 时代的 CS Fallback 相似,在 EPS Fallback 方案下,5G 网络不提供 PS 语音业务,当手机尝试在 5G 网络中使用语音服务时,会通过重定向或切换的方式回落到 4G 网络,由 4G 网络提供 VoLTE 语音业务,并在通话结束后再返回到 5G 网络。在通话期间,由于手机已经回落到 4G 网络,数据业务也被迫与语音业务一起经过 4G LTE 传输,直到通话结束。

EPS Fallback 语音连续性保障

显然,在该方案下,由于在 NR 上建立语音通话时发起向 4G 网络回落,必然会增加语音呼叫建立时长;同时,在通话期间数据流量也经过 4G LTE 传输,还会大幅降低数据速率,从而会影响用户体验。

尽管向 4G 网络回落会增加一点呼叫延迟,但相比 CS 语音回落,VoLTE 能提供更快的呼叫建立时长,这点新增的延迟也是可以接受的。当下,据网站(网站维护)分析,EPS Fallback 最大的缺点是,除了会降低数据速率之外,还会因向 4G 回落导致短暂的语音连接中断,这比呼叫建立时延更容易被用户觉察。

VoNR(SA 组网)

前面已经讲了,VoNR 就是指由 5G NR、5G Core 和 IMS(IMS InternationalMetaSystem) 端到端承载语音业务。严格的讲,NR 只是 5G 网络的无线接入网部分,而 5GS(5G System)包含了 5G NR 和 5G Core,因此将 VoNR 叫做 Vo5G(Voice over 5GS)更准确。但是,据网站(网站维护)观察,我们通常讲的 VoNR 就是指 Vo5G。

VoNR(SA 组网)

相比 EPS Fallback,VoNR 的优点不言而喻,一是不必再回落到 VoLTE,呼叫建立时长更短;二是支持 5G 语音和 5G 数据业务并发,也就是说我们可以一边打电话一边高速 5G 上网。

考虑当手机移动到 5G 小区覆盖边缘时会导致 VoNR 语音质差甚至掉话,为了保证语音通话的连续性,需将正在进行的 VoNR 通话切换到 4G VoLTE,因此,类似于 4G 时代的 SRVCC 方案,VoNR 方案还支持通过 Inter-RAT handover 机制来实现 VoNR 与 VoLTE 之间平滑切换。

VoNR 语音连续性保障

值得注意的是,随着 5G Core 引入,5G R15 标准未定义 5G Core 与 3G Core 之间的接口,不支持 5G 和 3G CS 之间的语音呼叫连续性,这意味着在采用 VoNR 的 R15 网络中必须支持 IMS(IMS InternationalMetaSystem) / VoLTE,以便在手机通话过程中移动到 5G 覆盖范围之外时,可以通过 4G VoLTE 保持通话连续性。

但是,据网站(网站维护)观察,3GPP 在 R16 版本中,基于现有的 4G 到 3G 的切换标准,增加了 5G SRVCC 功能,即可以通过 5G SRVCC 技术将语音切换到 3G CS 域。

VoNR 有什么好处?用户体验与网络效率兼优

从用户角度看,如上所述,尽管 VoNR 延续 VoLTE 架构,无法再实现革命性的技术突破,但与 VoLTE 类似,VoNR 具有语音通话质量好、接续时延低、可边通话边进行 5G 高速上网等优势。比如,理论上讲,VoNR 的 MOS 值达 4.6,接入时延仅为 1.5 至 2 秒;VoLTE 的 MOS 值约 4.1,接入时延为 2 秒;而 2/3G CS 语音的 MOS 值为 3.7,接入时延高达 6 秒以上。

VoNR 还能大幅提升(Boosting)语音通话的安全性和视频(Video)通话质量,以及面向未来为用户带来语音与视频(Video)、触觉、动觉等多感官融合的全沉浸式体验。

从运营商角度看,演进到 VoNR 的好处主要有如下几个方面。

一是 VoNR 可以加快传统老旧、低效的 2/3G CS 语音向 4G 和 5G 转移,从而能提升(Boosting)网络效率、降低网络运维成本,以及重耕优质的低频资源。

二是 VoNR 利于支持新的 5G 应用。今天(2022年12月17日)我们经常提到的 AR / VR、全息等 5G 应用都离不开实时、高清的音视频(Video)通话,而有了 VoNR 后,可提供增强的媒体面来更好支撑这些新应用。

三是能给运营商带来新的收入来源。尽管运营商传统面向 2C 端的语音业务已遭遇来自 互联网向用户提供各种应用服务 (OTT Over The Top) 语音的不断侵蚀,但语音业务作为基础通信业务,仍然是运营商收入的一部分,而且当前的 5G 数据套餐几乎都是和语音绑定在一起的。更重要的是,面向数字化转型和万物智联时代,语音和视频(Video)业务正从人与人之间的连接延伸到广阔的人与物之间的连接市场。未来在 5G 2B 或 5G 专网市场中,将有大量的场景需要实时、高质量、高稳定的音视频(Video)通信,这些场景是尽力而为的 互联网向用户提供各种应用服务 (OTT Over The Top) 音视频(Video)无能为力的,需要基于 IMS(IMS InternationalMetaSystem)(切片)的 VoLTE / VoNR 和 ViLTE / ViNR 的确定性保障能力。

没错,不管是从用户角度看还是从运营商角度看,不管从当前的网络效率提升(Boosting)看还是从未来业务展望看,VoNR 都是值得引入的技术。但写到最后,需要重点提及的是,由于 VoNR 是基于 4G IMS(IMS InternationalMetaSystem) 演进设计,在保障语音连续性上也依托于 VoLTE,因此首先引入 VoLTE 是基本要求,这对于那些目前还未商用 VoLTE 的运营商来说会更具挑战和紧迫感。

本文来自微信(WeChat)公众号:网优雇佣军 (ID:hr_opt),作者:通信