5G语音解决方案初探

王红线, 赵杰

（1 中国移动通信集团江苏有限公司，南京 210029；2 北京邮电大学，北京 100876）

1 引言

5G的应用场景分为三大类：增强移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）、超高可靠低时延通信（uRLLC），具体表现为增强带宽、海量连接和超低时延三大特征。虽然在4G向5G演进的过程中，仍聚焦在对数据业务的进一步提升和优化，但作为商用的通信技术，语音解决方案是5G商用必不可少的一个环节。本文从5G的组网策略入手，详细分析了5G不同组网策略下的语音解决方案、语音连续性及5G语音部署策略。

2 5G的组网策略

2.1 组网策略

传统的2G/3G/4G网络均采用独立部署架构（SA），5G时代，为满足5G高频补热的部署需求，引入一种新的非独立部署架构（NSA）。3GPP定义的Option部署架构选项中，受业界关注较高的是Option 2/3/4/7[1]，如图1所示，其中Option 2是独立部署方案（SA），Option 3/4/7是非独立部署方案（NSA）。

Option 3系列和7系列都是以LTE为锚点的紧耦合部署方案，NR均需要借助于LTE将控制面锚定在LTE上。两者的区别是Option 3系列LTE连接EPC，EPC需要升级为EPC+，而Option 7系列需将LTE升级为eLTE，并连接5GC。Option 3/3a/3x的差别在于下行用户面分别由eNode B/EPC+/gNode B分流。Option 7/7a/7x的差别在于下行用户面分别由eNode B/5GC/gNode B分流。Option 4系列是将LTE升级为eLTE，并将控制面锚定在NR上，NR连接至5GC设备。Option 4/4a的差别在于下行用户面分别由gNode B/5GC分流。

2.2 SA与NSA的比较

图1 5G组网策略

独立部署架构同时新建5G无线网络和5G核心网络（5GC），由于引入了5GC，独立部署架构可以提供网络切片、MEC等5G新特性。独立部署的5G网络与现有4G网络的相互独立，4G/5G互操作相对简单，适合大规模全网部署。独立部署SA具有一步到位的优势，整体投资比较经济。SA是5G目标网架构，但端到端整体成熟时间较晚。

非独立部署架构可以作为过渡方案用于快速满足早期5G业务需求，平稳过渡，业务连续性好，建网快，适合初期5G NR热点区域部署，更快地将5G推向市场。非独立部署方案需要新建5G NR，升级4G eNode B，升级EPC，整体投资相对较大。NSA可以快速支持eMBB业务，如果采用Option 3，不新建5GC，那么将无法具备5G新能力（如切片、MEC等），只能具备高速率高带宽特点。具体分析如表1所示。

2.3 网络演进策略

3GPP NSA标准（Option 3）已在2017年底完成，SA标准（Option 2）在2018年6月完成，Option 4/7标准将在2018年底完成。运营商可根据3GPP标准完成时间、可用频率及网络现状等，选择不同的组网部署演进路线。对于核心网来说，5G演进有两种方案：方案1，分步走方案。第一步，先采用Option 3部署方式将现网EPC升级为EPC+，这时NR作为辅助节点，以LTE为锚点连接至EPC+。第二步，随着5GC的成熟，逐步引入建设5GC，这时可以采用Option 7部署方式，NR仍作为辅助节点，将LTE升级为eLTE，以eLTE为锚点，连接至5GC。第三步，随着NR逐步实现成片连续覆盖，可以采用Option 4部署方案，这时不再以LTE为锚点，而是以NR为锚点，连接至5GC，5G网络成为运营商的主营网络，4G网络成为辅助打底网络，最终实现Option 2目标组网。方案2，一步走方案，统一新建NR和5GC，直接实现Option 2。

表1 SA与NSA的比较

3 5G的语音解决方案

不同的5G组网策略可采用不同的5G语音解决方案，目前5G语音解决方案主要有以下3个。

3.1 方案1：沿用4G语音解决方案

该方案适用于没有建设5GC的NSA场景，即Option 3组网场景。

连接态时，终端保持与LTE基站和5G基站的双连接，语音业务由4G网络承载，沿用4G网络的语音方案，数据业务由4G/5G网络承载。如果4G网络支持VoLTE，则通过VoLTE实现语音，如果终端正在LTE覆盖区域进行VoLTE通话，一旦进入LTE不连续覆盖区，则通过eSRVCC切换到2G/3G网络。如果4G网络不支持VoLTE，则通过CSFB回落到2G/3G网络。与现有4G网络语音解决方案完全保持一致。这种解决方案中5G和4G网络无互操作，需要终端支持双待，终端约在2018年底具备商用条件。具体如图2所示。

3.2 方案2：EPS Fallback方案

该方案适用于建设有5GC的场景，包括Option 2/4/7。

图2 方案1：沿用4G语音解决方案

该方案需要打通5GC和EPC之间的N26接口，并对现有VoLTE IMS进行升级，支持IMS与5GC的接口。终端驻留在5G上，数据业务承载在5G网络上，一旦终端在5G网络上起呼，基站就控制终端从5G切换到LTE，将语音业务承载在4G网络，通过4G VoLTE实现语音呼叫，具体如图3所示。这种解决方案中，5G和4G网络互操作简单，终端支持单待即可，终端约在2019年Q2具备商用条件。

图3 方案2：EPS Fallback方案及方案3：VoNR方案

3.3 方案3：VoNR方案

该方案与EPS Fallback方案相似，也适用于建设有5GC的场景，包括Option 2/4/7，也需要打通5GC和EPC之间的N26接口，并对现有VoLTE IMS进行升级支持与5GC的接口。不同点是，终端驻留在5G上，语音业务和数据业务均承担在5G网络，实现VoNR。当终端从5G覆盖区域移动到非5G覆盖区域，语音由VoLTE实现，从5G到LTE的移动基于切换方式。这种解决方案中，5G和4G的互操作取决于5G网络的覆盖情况，若5G网络覆盖良好，则5G和4G的互操作较少。具体如图3所示。该方案同样只需要终端支持单待即可。但VoNR终端大约到2019年9月才能具备商用条件。

3.4 语音连续性

对于沿用4G的5G语音解决方案，语音的解决方案与4G语音解决方案完全一致，语音的连续性依赖于4G和2G/3G网络覆盖。

对于EPS Fallback语音解决方案，语音连续性完全依赖于4G网络覆盖，4G网络成为5G语音的打底网络，若4G网络覆盖不完善，是否会进一步回落到2G/3G网络，目前3GPP标准暂未确定。

对于VoNR语音解决方案，语音的连续性依赖于5G网络覆盖，但由于5G网络频段较高，难以实现连续覆盖，可通过切换的方式切回4G网络，因此VoNR的语音连续性根本上还是依赖于4G网络覆盖，4G网络成为5G语音的打底网络。与EPS Fallback方案相似，VoNR方案中，若因为5G无覆盖，切换回4G网络，假如同区域4G网络也覆盖不完善，是否会进一步回落到2G/3G网络有待3GPP标准进一步确定。

4 总结

在5G商用的进程中，应综合考虑市场和环境、产业成熟度、业务需求和升级改造成本择优选择5G语音解决方案。对于Option 3，沿用4G语音解决方案，VoLTE IMS设备无需做改造，但需要推进终端支持双待，5G商用初期，采用Option 3可尽快推出5G商用。对于Option 2/4/7，需要对VoLTE IMS升级支持与5GC的的接口和功能增强，并且打通5GC和EPC之间的N26接口，加快推进终端支持单待。EPS Fallback方案对VoLTE IMS的改造较小，且终端成熟较早，可以作为NSA向SA演进过程中的主要语音解决方案，VoNR方案可视5G覆盖情况、终端商用情况和4G演进思路适时引入。