5G VoNR语音解决方案及优化方法

陈科勇

中电科普天科技股份有限公司，重庆，401147

0 引言

5G商用以来，中国已建成全球规模最大的SA模式网络。用户已从中感受到了高速率信息时代的好处，浏览网速更快、看视频更高清、玩游戏更流畅，这些优质体验的背后都是5G网络在做支撑。

按照5G部署策略来看，目前正处于5G网络建设的发展期，受5G终端的VoNR支持度、5G网络覆盖能力影响，提出EPS Fallback成为5G语音演进之路上的过渡解决方案，当终端移动到5G信号覆盖较差区域时，需要切换到LTE网络，由VoLTE来提供语音服务，避免覆盖原因引起的中断。VoNR（Voice over New Radio）作为一种通话技术，即在通话过程中只通过5G信号完成语音与视频通话。如同4G时代的VoLTE，VoNR是基于纯5G网络接入的语音方案，数据业务和话音业务均由5G网络承载，不依赖4G网络，是5G成熟发展期的目标语音解决方案，与上一代的VoLTE相比，VoNR在通话质量上有大幅度的提升，具有延迟更低、音质与画质更高的特点，可以整体提升用户的使用体验，随着5G网络逐渐完善，将为5G SA用户提供高清语音业务。

1 VoNR解决方案

1.1 过渡方案：不开通VoNR，接入时直接回落到VoLTE

EPS Fallback指5G NR不支持语音业务，当UE（User Equipment）在5G NR中发起或接收语音呼叫时，通过重定向或切换的方式回落到4G网络，由VoLTE提供语音业务，当语音通话结束后，UE再返回到5G网络，体验与4G网络一致，给用户的感知就是伪5G的体验。

对于一个用户终端来说，不论它要发起何种业务，都要经历网络注册、业务发起、资源释放等过程。对于一个5G UE，如果它要在5G网络上发起语音通信，都要经历5G网络注册、IMS系统注册、业务发起、资源分配、资源释放等过程。

1.2 最终方案：开通VoNR，无NR覆盖切换到VoLTE

VoNR是基于IMS网络的5G NR语音解决方案，架构在5G NR网络上，是全IP条件下的端到端语音方案。VoNR通过部署IMS，可以实现数据业务和语音业务并发，所有业务都通过5G网络承载，但语音业务需要IMS进行控制。

语音默认采用EVS编码，MOS分更高。相比过渡方案，没有Fallback的流程，接入时延更低，数据与语音业务均在NR，体验会更好，享受NR增益。VoNR与EPS Fallback差异对比如表1所示。

表1 VoNR 与EPS Fallback 差异对比表

2 VoNR技术优势

2.1 VoNR黑名单

当gNodeB选择目标小区时，可以过滤掉不支持VoNR的小区，以避免正在进行VoNR语音业务的UE切换到不支持VoNR的gNodeB中，导致切换失败。

2.2 EVS和H.265编解码

EVS（Enhanced Voice Service）是VoNR默认和优选的语音编解码，基于超宽带音频，音频范围越大，听觉体验越好。相较于AMR-WB，MOS值约有0.1～0.3的增益提升，VoNR支持AMRNB的窄带语音通话以及采用AMR-WB编解码的宽带语音通话。同时，VoNR视频业务优先采用H.265 1080P 30FPS编解码，支持H.264 720P 15FPS编解码，VoNR还支持通话过程中通过协商改变编解码方式[1]。

2.3 基于覆盖的VoNR和EPS Fallback自适应

当网络中同时开启了VoNR和EPS Fallback语音功能时，gNodeB支持基于覆盖自适应选择VoNR或EPSFallback，以保障用户的语音业务体验。如果语音承载建立前上报了A2测量，则gNodeB判断该用户处于弱覆盖区域，此时将进行EPS Fallback语音呼叫流程，反之将进行VoNR语音呼叫流程。

2.4 上行RB资源预留

其优势在于为语音用户预留特定位置和数量的RB资源，语音用户优先使用预留的RB资源，预留的RB资源被使用完后可以继续使用非预留的RB资源，非预留的RB资源按照需求进行分配。非语音用户则不能使用本功能预留的RB资源。本功能建议在高语音用户比例场景（语音用户比例≥10%）或大话务量场景（小区PRB利用率≥60%）开通，且要求系统带宽大于20MHz，可以更有效地保障语音业务质量。也可以在窄带干扰场景开启，规避窄带干扰对话音的影响。如图1所示。

图1 上行RB 资源预留

2.5 VoNR上行RLC分段优化

当信道质量较低时，UE发射功率受限，上行动态分配的TBS（transport block size）会随之调小，使得RLC（radio link control）分段变多，导致VoNR语音包丢包率抬升、时延增大、上行开销增多等语音质量问题。上行RLC分段优化功能是通过限制上行动态分配的TBS来控制上行RLC分段数，达到信道质量较低时语音质量的优化。如图2所示。

图2 RLC 分段优化开启前后对比

2.6 语音用户的PUSCH功率差异化配置

语音小包业务可能由于功率不足导致丢包，为提高语音小包业务可靠性，需要提高用户在功率未用满时的PSD，保证当用户发送小包时，可以尽量用满功率。

2.7 ROHC语音包头压缩与头解压失败恢复

通过减少语音包头部负荷来减少无线资源消耗，降低无线链路误码率和时延，ROHC支持IPv4和IPv6包头的压缩。gNodeB将在用户使用语音业务时启动ROHC流程，gNodeB首先确认与UE支持的Profile的交集，再与UE协商ROHC最大并发上下文。ROHC头解压失败恢复使ROHC解压失败的包能够恢复正确，达到减少丢包、减少MOS值降低概率的目的，同时避免在远点时退出ROHC引起语音中断丢包[2]。

2.8 支持基于MAC CE的调速

ANBR（access network bitrate recommendation）支持gNodeB根据上行空口能力，通过MACCE（media access control control element）向UE提供推荐的空口速率，协助UE进行降速或提速，如图3所示。

图3 UE 的语音速率调整过程

2.9 支持基于重传次数增加的上行覆盖优化

当5QI1承载采用UM模式时，gNodeB针对语音用户进行最大4次HARQ重传，当用户处于小区边缘，重传4次也可能无法确保上行数据准确传输，本功能将HARQ重传次数最大调整为8次，通过增加上行重传机会，在弱覆盖场景下提高上行数据传输的成功率。本功能在语音业务发起时生效，语音业务结束后失效。本功能通过开关进行控制，关闭时最大重传4次，打开后最大重传8次，重传次数不可配置。在降低丢包率、提升覆盖的同时，每增加一次HARQ重传，将会增加一定时延。

2.10 支持基于语音质量的异频切换

NR支持基于语音质量的异频切换功能，在干扰（重叠覆盖、大气波导等）、上下行信道质量差异大的场景下，RSRP还没到基于覆盖切换门限的时候，可以通过基于语音切换到异频邻区，实现逃生，以确保用户的语音业务体验。当语音业务上行丢包率或下行丢包率大于基于语音质量的异频切换的丢包率门限时，用户语音质量变低，此时将触发基于语音质量的异频测量；当语音业务上行丢包率和下行丢包率小于或等于语音质量恢复的丢包率门限时，用户语音质量变高，此时将停止基于语音质量的异频测量[3]。

3 VoNR优化方案

呼叫时延、接通率、掉话率、MOS语音质量是VoNR的4个关键指标。VoNR指标的优化与提升，受到空口、传输、终端、基站、核心网等关键因素影响。参数配置、容量、覆盖、外部干扰、切换异常等都会影响空口质量、空口资源、空口时延；参数配置、容量或处理能力、传输质量等问题都会影响传输的时延、抖动、丢包、乱序；终端的能力及设置、语音编解码、软件设置，基站的能力、特性、参数配置，以及核心网的能力、特性、参数配置都同样会影响VoNR指标。

3.1 VoNR时延优化方案

呼叫时延是影响语音用户感知的关键因素，过长的接入时延甚至可能导致用户直接挂机重拨，造成感知未接通，呼叫时延的优化方法是还原SIP呼叫流程，逐段评估，分段优化。如表2所示。

表2 分段时延表

3.2 VoNR接通优化方案

RF原因导致的SIP包收发超时或丢包问题，与端到端流程异常拉通处理，进行分类以展开RF优化，或定界到问题产生网元解决相关问题。接通率的分析入口为接通失败点的分析，分析方法如表3。

表3 VoNR 接通流程分析表

3.3 VoNR掉话优化方案

对于VoNR通话过程中的RRC Release、SIP信令异常，一般是由切换失败、弱覆盖等空口问题引起，也可能是UGW或者IMS等上层问题，因此要进行端到端信令跟踪，找出问题定位后再优化[4]。如表4所示。

表4 VoNR 掉话分析表

3.4 MOS优化方案

见表5。

表5 MOS 优化方案表

4 结语

本文对VoNR语音技术优势和优化方案进行了探析，对比了VoNR与EPS Fallback的差异，提出EPS Fallback向VoNR的演进的解决方案，在网络优化时结合网络部署情况灵活选择合适的5G语音解决方案。