5G语音回落4G解决方案探讨

马金兰 杨征 朱晓洁

【摘  要】为了解决5G网络的语音业务提供问题，通过层层深入分析的方法，介绍了5G网络几种部署场景，研究了5G语音回落4G总体解决方案，分析了关键技术问题的具体实现方法及对现网设备的改造要求。

【关键词】5G语音;演进分组系统;IP多媒体子系统

中图分类号：TN919.8

文献标志码：A      文章编号：1006-1010（2019）04-0037-06

[Abstract] In order to deal with the provision of voice service in 5G networks， several 5G network deployment scenarios are introduced based extensive analysis. The overall solution to evolved packet system fallback is investigated， as well as the detailed implementation method and the transformation requirements of existing networks of key technical problems are addressed.

[Key words]5G Voice; evolved packet system; IP multimedia subsystem

1   引言

国家“十三五”规划纲要提出积极推进第五代移动通信（5G）及启动5G商用的要求。为了贯彻十三五规划，工信部提出“十三五”时期要支持5G标准研究及技术试验，启动5G商用服务。目前国内运营商针对5G网络的试验正在如火如荼地进行中，针对5G用户增强移动宽带、海量大连接、低时延低可靠的三大应用场景进行探索。但是，5G网络的部署仍然需要考虑5G用户的传统语音业务需求，因此，很有必要对5G网络语音业务的解决方案进行探讨。

对于5G网络的语音业务解决方案，可以考虑基于5G NR的语音解决方案VoNR。但是在5G网络初步部署阶段，采用热点部署方式，在5G网络覆盖很薄的情况下采用VoNR解决方案很容易造成掉话，用户感知比较差。而且现阶段5G NR尚不支持VoNR，如果现阶段就考虑5G网络的部署，就必须采用回落到4G为5G用户提供语音业务的解决方案。

2   EPS Fallback总体技术方案

2.1  5G网络部署场景

3GPP标准定义了两类部署模式，包括LTE与5G NR独立部署的独立组网（SA）和LTE与5G NR双连接部署的非独立组网（NSA）。同时，3GPP标准按这两种模式，根据5G网络不同阶段可能存在的部署场景，细化了8种option，其中option1、option2、option5和option6属于SA架构，option3、option4、option7和option8属于NSA架构。目前国内运营商中NSA主要考虑option3，SA主要考虑option2。option3的部署架构如图1所示。采用option3部署时，由于信令连接仍在LTE网络上，因此，直接采用VoLTE网络为5G用户提供语音业务就可以了。

2.2  EPS Fallback总体解决方案

EPS Fallback指的是5G NR不提供语音业务，当EPS Fallback终端发起呼叫或者接受呼叫需在NR上建立音视频承载时，触发终端的重定向或切换流程，回落至LTE网络，由VoLTE网络为终端提供音视频业务。

EPS Fallback的用户终端驻留5G NR，在5G网络完成注册后将通过5G网络注册到IMS网络，IMS信令将承载在5G网络上。当用户发起呼叫或者收到终呼请求，建立语音或者视频专用承载时，用户回落至4G网络。由于引入了额外的回落过程，接续时间也比VoNR长1 s～2 s。EPS Fallback的部署要求是LTE和NR重叠覆盖。EPS Fallback的好处在于NR只需支持IMS信令通道，而无需支持IMS话音通道，而且VoNR往往需要NR持续做网络优化，以达到语音质量好和UE功耗低的要求。因此，可在5G NR初期聚焦发展数据业务，待NR网络覆盖和优化后再演进到VoNR。

3   EPS Fallback关键技术问题解决方案

3.1  5G VoPS的支持

EPS Fallback终端在向5GC注册时，需要将UEs usage setting设置为"voice centric"，向AMF上报终端具备"voice services include IMS voice"能力。AMF向UDM發送的注册消息携带IMS-VoPS-3GPP指示所有TA均支持IMS-VoPS-3GPP。同时，AMF对EPS Fallback终端的响应消息registration accept中携带5GS network feature support，该信元的IMS-VoPS-3GPP指示为1（IMS voice over PS session supported over 3GPP access），向终端指示网络支持IMS-VoPS-3GPP。

3.2  P-CSCF地址发现

与VoLTE P-CSCF地址发现类似，在5G网络建立承载的流程中，EPS Fallback终端需在发往AMF的PDU Session Establishment Request中携带Extended protocol configuration options信元，该信元包含要求获取P-CSCF IP地址信息的指示。SMF向AMF发送Namf_Communication_N1N2Message_transfer消息，消息中包含N1Message Container（PDU Session Establishment Accept消息）信元，PDU Session Establishment Accept消息中携带的Extended protocol configuration options包含P-CSCF的IP地址信息。AMF向RAN发送N2 PDU Session Request，在PDU Session Establishment Accept中携带的Extended protocol configuration options包含P-CSCF的IP地址信息。EPS Fallback终端收到网络下发的PDU Session Establishment Accept，在Extended protocol configuration options中获取P-CSCF地址信息的信元并存储在终端中。

3.3  QoS映射

与VoLTE QCI的映射类似，IMS默认承载对应的业务类型是IMS Signalling，在呼叫建立过程中P-CSCF/BAC会通过Rx接口下发media type为Audio或者Video，PCF将会根据业务类型按表1匹配到对应的5QI并映射到相应的QoS特性。比如，IMS Signalling对应的5QI值是5，Audio对应的5QI值是1，Video对应的5QI值是2。

3.4  5G位置信息获取与传递

P-CSCF/BAC在收到用户注册请求Register、主叫用户INVITE请求或者被叫用户对INVITE消息的响应时启动5G位置信息流程，通过与PCF/PCRF之间的Rx接口进行位置获取。Rx接口相关流程与VoLTE位置信息获取流程一致，但是接口消息携带的参数有所变化。首先是在AAA响应消息中RAT-TYPE新增5G接入类型"NG-RAN"（1006），IP-CAN-TYPE新增5G接入类型"3GPP-5GS"（8）。其次是在RAR请求中3GPP-User-Location-Info新增5G接入位置信息"NCGI"（135）和"TAI and NCGI"（136）。同时，P-CSCF/BAC将从Rx接口获取到的位置信息通过在SIP消息中加插PANI进行传递，PANI新增5G相关接入信息，EPS Fallback语音中的PANI新增了access-type="3GPP-NR-FDD"和"3GPP-NR-TDD"。

3.5  PCF会话绑定

在VoLTE网络中，存在多PCRF时，DRA需要做会话绑定，如图4所示。在VoLTE终端完成附着后建立IMS默认承载，DRA记录IP地址和PCRF的对应关系，PCRF记录用户所在的PGW。在VoLTE终端进行呼叫创建IMS专业承載时，DRA需要根据IP地址及上述对应关系找到IMS默认承接建立时的PCRF，PCRF将专用承接建立请求发送至前述记录的PGW，从而保证IMS专用承载和默认承载在同一PGW。

在EPS Fallback中，存在多BSF时，BSF同样需要做会话绑定。在EPS Fallback终端完成附着后建立IMS默认承载，BSF需要记录IP地址和PCF的对应关系，PCF记录用户所在的SMF。但是，在EPS Fallback终端进行呼叫创建IMS专业承载时，P-CSCF只支持Rx接口，不支持服务化接口，无法和BSF交互，因此，无法直接利用BSF进行绑定。目前，可考虑以下的绑定方案：

（1）方案1：DRA和BSF分设方案

4    现网改造需求分析

为了在现行网络上实现通过回落4G为5G用户提供语音业务的解决方案，需要对现行EPC网络及VoLTE IMS网元进行相应的功能改造。主要改造功能点包括：

（1）EPC网元改造功能点

5   结束语

本文对5G语音回落4G解决方案进行探讨，提出总体解决方案及关键技术问题的具体实现方案，对现有网络提出改造要求，为5G语音业务的解决提供过渡方案，运营商可以结合自己的网络特点和部署需求选择合适的解决方案。

参考文献：

[1] 马洪源，肖子玉，卜忠贵. 5G网络语音及短信解决方案[J]. 移动通信， 2018，42（9）： 22-27.

[2] 钟橙，陆烽，钱力. 5G核心网语音解决方案探析[J]. 数据通信， 2018（5）： 9-12.

[3] 王红线，赵杰. 5G语音解决方案初探[J]. 电信工程技术与标准化， 2018（12）： 18-23.

[4] 刘德全，崔波，姚键，等. 5G网络部署方案研究[J]. 广东通信技术， 2017（9）： 2-7.

[5] 3GPP TS 23.228 V15.2.0. IP Multimedia Subsystem （IMS）; Stage 2[S]. 2018.

[6] 3GPP TS 29.214 V15.4.0. Policy and Charging Control over Rx reference point; Stage 2[S]. 2018.

[7] 3GPP TS 24.229 V15.2.0. IP multimedia call control protocol based on Session Initiation Protocol （SIP）and Session Description Protocol （SDP）; Stage 3[S]. 2018.

[8] 3GPP TS 23.501 V15.2.0. System Architecture for the 5G System; Stage 2[S]. 2018.

[9] 3GPP TS 23.502 V15.2.0. Procedures for the 5G System; Stage 2[S]. 2018.

[10] 3GPP TS 23.503 V15.2.0. Policy and Charging Control Framework for the 5G System; Stage 2[S]. 2018.