VoNR 的演进策略研究与实践

魏 芹

中国移动通信集团江苏有限公司宿迁分公司

0 引言

当前，随着国内5G 网络的全面建设，5G 语音业务快速发展，通信业界对此高度关注，纷纷开展深入研究。VoNR（Voice over NR）实际商用部署涉及面广泛，应用场景复杂多变，在部署新网络的同时还要兼顾现有网络的状况。本研究从实际商用角度出发，针对VoNR 语音网络商业部署的方案选择、面临的问题进行分析，总结行之有效的解决方案，希望能够为5GVoNR 语音网络的长远发展提供有益的借鉴。

1 VoNR 引入和方案选择

1.1 5G 语音引入

3GPP 在2018 年6 月冻结的SA 标准中，协议规定5G SAOption 2 是一种基于服务化架构的独立建设方案。至此，3GPP R15 标准已完全满足5G NSA、SA 组网的基础语音和短信的商用需求。2020 年3 月，3GPP R16 冻结并继续拓宽服务化架构，针对物联网类应用需求，对IMS 架构及部分相关接口进行增强，重点关注实现行业应用场景下的IMS 增强类型需求，对普通用户之间的语音和短信业务流程的改动不大。因此，语音和短信方案的部署依然基于3GPP R15 协议来实现。

VoNR 是NR 网络中语音业务的解决方案，是一种建立在IP 网络之上的UE 和IMS 之间的语音会话，主叫和被叫可以利用该技术在NR 分组域网络上实现语音业务。其核心业务控制网络为IMS 网络，配合NR-RAN 及5GC，从而实现端到端的基于分组域的语音及视频通信业务。

1.2 VoNR 业务特点

VoNR 和EPS Fallback 共用一套IMS 架构，EPC/LTE 和5GC/NR 分别作为分组语音的承载。初期NR 覆盖不好的时候，通过VoLTE 实现语音业务，NR 覆盖逐步完善后，可以平滑演进为VoNR。VoNR 业务的特点如下：（1）语音业务和数据业务均承载在NR 网络，LTE 网络非必需；（2）呼叫建立时延更短，约1.2s～2.0s；（3）结合5GC，沉浸式/交互式/开放式VoNR 为未来带来更多业务模式。

1.3 5G 语音方案的对比

1.3.1 EPS Fallback 方案

EPS Fallback 方案实现机制与VoLTE 技术基本相同，部署EPS Fallback 方案，不需要对网络中的5G 相关网元进行特殊的改造和对接，部署成本低。EPS Fallback 呼叫建立时延比VoLTE 仅增加约400-600 毫秒，实际检测到的用户感知能够接受，二者在用户体验方面的差别不明显，可以保障语音的连续性，如图1 所示终端语音业务由NR 回落到LTE 承载。

图1 EPS Fallback 语音方案

1.3.2 VoNR 方案

VoNR 是通过5G NR 运行语音的技术方案，终端驻留在NR 上，语音和数据业务都运行在5G NR 网络上。当用户移动到5G NR 的边缘覆盖区域时，语音业务切换到LTE 上。随着5G 覆盖范围逐步扩大实现连续覆盖，运营商可直接采用VoNR提供5G语音。VoNR方案的呼叫建立时间短，仅有1.5秒，数据业务仍能高速传输，且用户感知良好，VoNR 是SA 网络语音的终极目标建设方案，如图2 所示，语音业务承载在NR网络，在覆盖边缘切换到LTE 网络。

图2 VoNR 语音方案

1.3.3 VoNR 与EPSFallback 的技术区别与优势

VoNR 语音方案在空口技术、网络要求、呼叫时延、编码方式、VR 应用集合、语数并发方面，相对于EPSFallback 技术更优，详细参数对比如表1 所示。

表1 5G 语音方案对比

2 VoNR 语音连续性问题研究

语音连续性是移动网络中语音业务的一项重要指标，关系到用户的业务体验。2G/3G 时代，语音主要由CS 域提供。4G 网络中又引入了一种新的基于LTE 的IP 语音——VoLTE，与传统的CS 语音并存。为了解决VoLTE 到CS 语音之间切换的连续性问题，3GPP 提出了一系列的SRVCC 解决方案，满足不同场景的语音切换要求，优化切换时延，提高用户体验。

到了5G 时代，语音同样是5G 网络中的一项基本业务。为此，3GPP 针对5G SA 架构的不同场景，提出了多种语音解决方案，包括VoLTE、EPS Fallback、VoNR 等，这些都是基于IMS 提供的语音业务。运营商在实际部署时，如果采用5G 网络承载语音，必然面临和现网已有的VoLTE 或CS 语音并存的现象，因此如何保证5G 到4G 切换的语音连续性，也是运营商关注的重点，本研究针对VoNR 的连续性策略部署进行研究，输出相应方案。

2.1 VoNR 的语音连续性

在5G 部署中后期，5GNR 连续覆盖，采用5G NR 承载语音，用户体验更好，所以VoNR 是5G 语音的终极解决方案。但是在5GNR 覆盖的边缘，也要考虑切换4G 的语音连续性。

4G 现网支持VoLTE，VoNR 在5G NR 覆盖边缘可以平滑切换到4G eNB 上变成VoLTE，这就是VoNR Handover 流程。VoNR Handover 流程涉及5G 和4G 之间的互操作，此时5GC与EPC 之间是否开启N26 接口，对切换时的语音体验有较大影响。如果采用N26 接口互操作，在切换过程中5GC 和EPC通过N26 接口完成切换及上下文信息交互，保证会话的连续性（中断时延大约350 ms）；如果EPC 不支持N26 接口，发生切换时终端需要重新附着接入4G 网络，这会导致语音有明显中断（时长大约1600 ms），用户体验较差，所以在商用部署时建议现网EPC 升级支持N26 接口与5GC 互操作。

当语音从VoNR 切换到VoLTE 后，如果移动到4G 信号覆盖不好的区域，会触发SRVCC 流程到2G/3G，不过这种5G-＞4G-＞2G/3G 两次切换的语音体验用户感知较差，因此采用VoNR 也要求4G 网络有足够的覆盖，避免语音再次切换到

2G/3G。

2.2 切换后终端的快速返回

在发生5GSRVCC 时，通常情况下数据会随语音一同回落，所以在通话结束后，应采取措施让终端尽快返回5G，以免对数据业务产生影响。如果当前区域没有5G 覆盖，终端继续保持当前的接入状态；如果当前区域有5G 覆盖，终端快速返回5G 的机制如下：

终端从4G 返回分两种状态：如果处于idle 态，重定向返回5G；如果处于连接态，可以利用现有的RFSP（Index to RAT/Frequency Selection Priority）机制获取5G 频点。具体流程如下：（1）UE 的签约RFSP 中，5G 的优先级高，该签约数据发给MME；（2）MME 把签约RFSP 发给eNB（eNB 也可能利用本地的RFSP 策略）；（3）eNB 在RRC release 的时候，会把idle mode 驻留频率优先级发给UE，其中5G 的频率优先级最高；（4）UE 在idlemode 重选到5G。

3 影响VoNR 语音质量的因素

3.1 覆盖质量

5G 深度覆盖不足，内外部干扰影响网络性能：（1）部分场景宏覆盖存在不足，存在深度覆盖问题，如居民区等场景，通过5G 室分、微站解决，同时考虑兼顾4/5G；（2）CBD、写字楼等重点场景需要部署5G，需要合理升级/建设Qcell 等专门室分覆盖，提供高速体验；（3）关注楼宇垂直覆盖，当前阶段关注点在道路覆盖，2022 年用户增长迅速，需要关注通过宏站多层天线权值调整等手段解决部分楼宇覆盖需求；（4）700M 引入后的精准评估，700M 引入后，能够解决部分深度覆盖问题，对于部分高价值场景及700M 仍不能解决的场景需要精准识别和对待；（5）外部干扰影响用户感知，干扰造成基站有效覆盖收缩，对感知造成影响，受限广电清频进度，700M 网络可能长期在干扰环境工作，对VoNR 感知造成严重威胁；（6）5G 宏微组网典型干扰影响用户感知，5G 时代室内外均采用同频组网方式，不可避免引入频率碰撞和上下行干扰，导致网络性能下降，宏站微协同实现干扰抑制，对站间传输要求高，宏微功率等关键参数差异大，实现难度大。

3.2 网络结构

（1）700M 频段的引入让现网变得频段更复杂，一方面由于目前700M 干扰仍然较强，需要制定干扰隔离、避让等抑制手段；另一方面，需要制定基于感知和流量的700M 互操作参数、城区和乡镇不同场景的700M 邻区规划原则。而由于700M 频段低、覆盖范围更大，会导致4G 邻区的同频同PCI问题更严重，切换感知差。

（2）2.6G 和700M 两个频段的VoNR 商用节奏可能有差异，这是由于700M 干扰问题，可能延迟该频段VoNR 商用进度。目前2.6G 频段VONR 语音不建议迁移至700M 网络，后续700M 干扰消退后需考虑两个频段之间的语音策略。

（3）5G 语音互操作策略优化复杂，从EPS FB 单策略到VoNR+EPS FB 共存，现网基于EPS FB 的互操作策略和邻区原则需要进一步考虑VoNR 策略，使得优化难度增加；SA 用户从VoLTE向VoNR切换，则需要基于现网用户感知进行调整。

（4）4G 多频段网络优化难度大，以短期来看VoLTE 仍是语音承载主要方式，4G 现网结构有6 频段13 频点组成，多频段多制式互操作策略复杂，业务均衡难度大，4G 资源不足但负荷仍在增加，影响现网语音感知。

4 VoNR 语音策略部署

从以上分析可以看出，当前5G 网络仍处于发展阶段，网络覆盖和网络质量仍是网络优化的首要任务。当前VoNR 网络部署亟需解决以下两点问题：（1）起呼阶段：5G 弱覆盖区域，依托4G网络良好的覆盖，采用原有EPSFallback回落方式起呼，保障语音呼叫成功率；（2）呼叫阶段：已完成VoNR 起呼的用户在移动至5G 弱覆盖区域时，可完成向4G 的异系统切换，确保通话的连续性及通话质量的稳定性。

4.1 呼叫优选策略

策略原理：（1）UE 进行VoNR 呼叫时，若UE 处于弱场，基站给核心网回复Pdusession 建立失败，失败的原因值为IMSvoice EPS fallbackor RAT fallbacktriggered，之后UEEPSFB回落4G 建立通话；（2）识别NR 弱场，上行基于路损，下行基于A1/A2 的RSRP 和SINR 空闲态起呼网络第一次重配下发弱场检测A2，收到弱场测量报告后触发弱场策略，连接态交替下发弱场A1/A2 判决；（3）弱场语音策略，禁止VoNR呼叫，起呼采用EPSFallback 方式。

语音优选策略参数如表2 所示。

表2 语音优选策略参数

4.2 基于语音质量切换

功能原理：

基于语音质量切换是指基站实时监控终端语音质量，终端在无线环境尚未达到互操作门限时，如果语音质量变差则下发异频异系统测量，如果达到切换门限则切换至目标小区保障语音质量，该功能主要用于弱覆盖、高干扰以及下行质差等场景，用于改善语音质量。

网络侧根据VoNR 上下行RTP 丢包率来判断语音用户感知，如果RTP 丢包率在连续N 个周期T 内满足丢包率门限L，则触发语音质切测控消息，其中N、T、L 门限可配置。

如果同时开启异频异系统质切，在满足质差门限时，网络侧会同时下发异频和异系统测控，NR 异频测量频点measID排在4G 异系统频点前面，确保优先触发系统内质切；在下发测控后，如果语音质量变好，网络侧会删除质切相关测控，继续监控语音质量。

语音质量切换参数如表3 所示。

表3 语音质量切换参数

4.3 VoNR 策略部署成效

现网针对城区部署VoNR 连续性策略后，测试性能指标表现较为稳定，如表4 所示。

表4 策略部署验证效果

5 VoNR 语音方案的部署建议

现阶段保证VoNR 语音连续性的方案主要从起呼阶段和呼叫阶段入手。目前的两种部署策略：呼叫优选和5G 质差切换到4G。运营商可根据当前网络的发展特征、设备的生命周期和维护状况，选择最适宜的策略。在城区NR 已实现连续覆盖但居民区未部署室分建设的场景以及乡镇未实现连续覆盖的场景，建议部署呼叫优选策略；在未实现广电清频的700M 网络及2.6G 干扰场景，建议部署5G 质差切换到4G 策略。

总体来说，SA 网络的语音部署是一个“边测试、边开发、边完善，边建设”的过程，要在实际中发现问题并深入开展研究，才能切实解决问题，进而找到最优发展路径。待VoNR 语音业务进入成熟应用阶段后，5GNR 实现了广域覆盖，IMS 完全支持SBA 服务化架构，VoNR 可以按需切片满足垂直行业的应用场景，用户在5GNR 边缘覆盖区域则切换到4G 网络，确保语音连续不中断。

6 结束语

与以往通信制式不同的是，5G 网络引入了SBA 服务化架构、网络切片、SBI 服务化接口等一系列新特性。这些特性能够提升网络利用效率，加快5G 语音业务创新，简化运维。5G VoNR 语音的部署并不能一蹴而就，还有非3GPP 接入、计费融合、语音切片、能力开放等诸多关键技术问题需要逐步分析和解决，并在实际网络部署和问题分析中充分探讨，才能找到最为适合的解决思路。同时还需要结合运营商现有网络特点、业务的发展方向、网络未来的演进趋势等多方面因素，切实做好VoNR 语音业务的开展。