（中國(guó)電信股份有限公司研究院移動(dòng)通信研究所，北京 102200）

0 引言

5G共建共享與國(guó)家提出的“創(chuàng)新，協(xié)調(diào)，綠色，開(kāi)放，共享”的新發(fā)展理念完全匹配吻合。5G接入網(wǎng)共享是涉及到網(wǎng)絡(luò)端到端的全面共享技術(shù)，更是全球首創(chuàng)。出于保障2C用戶發(fā)展的需求，采用NSA共建共享作為過(guò)渡期，目標(biāo)網(wǎng)為SA接入網(wǎng)共享的演進(jìn)方案。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)需求是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要著重關(guān)注的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此本文全面探討了在SA接入網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)初期部署場(chǎng)景下的語(yǔ)音業(yè)務(wù)關(guān)鍵技術(shù)，并進(jìn)行了外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 SA共享網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式

由于SA標(biāo)準(zhǔn)較NSA（Option3）晚凍結(jié)半年時(shí)間，NSA網(wǎng)絡(luò)已于2019年Q3開(kāi)始規(guī)模試驗(yàn)部署，而SA（Rel 15）網(wǎng)絡(luò)則于2020年Q3具備了部署及商用條件。

5G SA接入網(wǎng)共享技術(shù)方案組網(wǎng)示意圖如圖1所示[1]。運(yùn)營(yíng)商A和運(yùn)營(yíng)商B均采用5G SA組網(wǎng)架構(gòu)，雙方僅無(wú)線接入網(wǎng)5G NR共享，而雙方核心網(wǎng)5GC各自獨(dú)立。

圖1 5G SA接入網(wǎng)共享示意圖

以3.5 GHz頻段的共享網(wǎng)絡(luò)為例，常見(jiàn)的載波配置方案有兩種：一是運(yùn)營(yíng)商A與運(yùn)營(yíng)商B共享100 M單載波，即共用1個(gè)100 M小區(qū)；二是運(yùn)營(yíng)商A與運(yùn)營(yíng)商B共享200 M雙載波，即各設(shè)2個(gè)可共享接入的100 M小區(qū)。兩種方式可適配不同場(chǎng)景需求，5G基站、物理設(shè)備共享，資源共享，統(tǒng)一管理，鄰區(qū)、切換、駐留、網(wǎng)絡(luò)間互操作等雙方協(xié)商考慮。

2 SA共享網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)方案

在3GPP Rel15中已明確5G仍沿用基于IMS的4G的語(yǔ)音業(yè)務(wù)架構(gòu)，但減少與2G/3G互操作[2]。VoNR是5G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)語(yǔ)音解決方案[3-4]，從5G商用初期選擇的語(yǔ)音方案演進(jìn)到VoNR主流的演進(jìn)路徑如圖2所示。

圖2 5G語(yǔ)音業(yè)務(wù)演進(jìn)示意圖

在5G SA組網(wǎng)部署初期，VoNR成熟度不足，需要EPS Fallback作為臨時(shí)過(guò)渡方案將語(yǔ)音業(yè)務(wù)回落到4G LTE網(wǎng)絡(luò)[5-7]。因此5G基站需開(kāi)啟基站共享功能，且配置雙方4G基站作為鄰區(qū)。

若5G和4G基站均共享，則語(yǔ)音業(yè)務(wù)回落承建方4G（若4G基站NSA階段已共享，則無(wú)需改造），如圖3所示。

圖3 SA下語(yǔ)音回落至承建方VoLTE組網(wǎng)架構(gòu)

若僅共享5G基站，則語(yǔ)音業(yè)務(wù)回落各自的4G網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示。

圖4 SA下語(yǔ)音回落至各自4G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)

EPS Fallback可基于切換或重定向兩種實(shí)現(xiàn)，其中基于切換的流程圖如圖5所示。

圖5 基于切換的EPSFB流程圖

終端在5G入網(wǎng)注冊(cè)流程后，UE發(fā)起SIP INVITE消息給5GC請(qǐng)求建立語(yǔ)音會(huì)話。在gNodeB收到PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST消息，會(huì)指示gNodeB建立5QI=1的語(yǔ)音專(zhuān)用承載。之后gNodeB下發(fā)異系統(tǒng)B1事件測(cè)量并收到B1事件測(cè)量報(bào)告。gNodeB向5GC回復(fù)拒絕PDU Session 5QI1的建立，并指示ims-voice-epsfalllback-or-fallback-triggered。gNodeB根據(jù)開(kāi)關(guān)參數(shù)配置和UE能力判斷向5GC發(fā)送切換請(qǐng)求。EPC向eNodeB發(fā)起切換請(qǐng)求，收到切換請(qǐng)求響應(yīng)后，向5GC轉(zhuǎn)發(fā)eNodeB的切換請(qǐng)求成功響應(yīng)消息。5GC向gNodeB發(fā)起切換命令，gNodeB向UE發(fā)送切換命令，最終完成了基于切換的EPS Fallback過(guò)程。

基于重定向的流程圖如圖6所示。

圖6 基于重定向的EPSFB流程圖[8]

終端在5G入網(wǎng)注冊(cè)流程后，前期過(guò)程與基于切換的EPSFallback相同，在gNodeB給5GC回復(fù)UE上下文建立完成后，下發(fā)異系統(tǒng)A2和盲A2事件測(cè)量控制給UE，然后UE回復(fù)RRC連接重配置完成。對(duì)于基于測(cè)量的A2事件：UE上報(bào)A2事件測(cè)量報(bào)告；gNodeB收到A2事件測(cè)量報(bào)告，下發(fā)異系統(tǒng)A1事件測(cè)量，并根據(jù)異系統(tǒng)切換觸發(fā)事件類(lèi)型，下發(fā)異系統(tǒng)B1或B2事件測(cè)量。如果收到A1事件測(cè)量報(bào)告，則刪除A1/B1/B2事件。如果收到B1或B2事件測(cè)量報(bào)告，選擇測(cè)量報(bào)告中信號(hào)質(zhì)量最好的小區(qū)對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)作為目標(biāo)頻點(diǎn)進(jìn)行重定向。對(duì)于盲A2事件，gNodeB下發(fā)RRCRelease，攜帶目標(biāo)頻點(diǎn)等信息給UE。UE根據(jù)目標(biāo)頻點(diǎn)等信息執(zhí)行到目標(biāo)LTE小區(qū)的隨機(jī)接入。UE收到目標(biāo)LTE小區(qū)的隨機(jī)接入響應(yīng)。至此，完成了基于重定向的EPSFallback過(guò)程。

如圖7所示，EPS Fallback后續(xù)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)由VoLTE接管，5G只做數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且NR只和4G進(jìn)行互操作，保證語(yǔ)音業(yè)務(wù)連續(xù)性。需要注意的是，EPS Fallback方案允許5G終端駐留在5G NR，但不在5G NR上提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)。由于回落過(guò)程中會(huì)有一定時(shí)延，呼叫建立時(shí)長(zhǎng)增加。經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)驗(yàn)證，基于切換或重定向的EPS Fallback語(yǔ)音建立時(shí)延，在SA終端互播時(shí)約為4 s，NSA與SA終端互播時(shí)約為2.7 s，NSA終端互播約為1.6 s，均較LTE終端互播時(shí)1.55 s左右的VoLTE建立時(shí)延有所增加。

圖7 EPS FB示意圖

掛斷電話后，用戶可以通過(guò)基于切換或重定向的Fast Return快速回到5G。其中基于切換的Fast Return信令流程圖，如圖8所示。用戶掛斷電話后，基站下發(fā)B1測(cè)量，待收到終端上報(bào)的測(cè)量報(bào)告開(kāi)始Fast Return的切換流程。

圖8 基于切換的Fast Return流程圖

而基于重定向的Fast Return信令流程圖，如圖9所示。用戶掛斷電話基站下發(fā)B1測(cè)量，用戶上報(bào)B1測(cè)量報(bào)告后，LTE小區(qū)RRC REL消息攜帶重定向到5G頻點(diǎn)，然后可通過(guò)重定向方式的Fast Return回到5G小區(qū)。

圖9 基于切換的Fast Return流程圖

如圖10所示，當(dāng)VoNR發(fā)展成熟（網(wǎng)絡(luò)完善、終端滲透率高）后，僅共享5G基站。NR接入5GC，LTE接入EPC，通過(guò)VoNR來(lái)提供語(yǔ)音，到了5G覆蓋邊緣，通過(guò)N26切換到各自4G VoLTE，后續(xù)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)由4G接管。VoNR全部業(yè)務(wù)承載于5G網(wǎng)絡(luò)上，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與語(yǔ)音業(yè)務(wù)在同一網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一。部署Vo NR后語(yǔ)音質(zhì)量可以得到一定提升[9-10]。

圖10 VoNR切換示意圖

3 SA共享網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 基于PLMN的EPS Fallback策略驗(yàn)證

在SA接入網(wǎng)100 M共享載波場(chǎng)景下，為了驗(yàn)證EPS Fallback采用切換/重定向策略時(shí)，不同運(yùn)營(yíng)商用戶是否可以回落至各自的4G網(wǎng)絡(luò)，配置了1個(gè)5G SA小區(qū)和兩個(gè)4G小區(qū)（運(yùn)營(yíng)商A和B各一個(gè)），總計(jì)三個(gè)小區(qū)進(jìn)行測(cè)試。其中，5G小區(qū)配置為共享載波，與運(yùn)營(yíng)商A和B的4G小區(qū)相互設(shè)置鄰區(qū)關(guān)系；4G小區(qū)配置為與5G SA小區(qū)覆蓋區(qū)域相同。此外，需配置語(yǔ)音業(yè)務(wù)通過(guò)切換或重定向回落到LTE網(wǎng)絡(luò)，兩部SA語(yǔ)音測(cè)試終端，初始駐留在5G小區(qū)。

（1）采用切換策略的EPS Fallback功能驗(yàn)證

5G SA共享小區(qū)配置為運(yùn)營(yíng)商A載波頻率（3 400—3 500 MHz），兩終端使用運(yùn)營(yíng)商A的SIM卡，均在5G SA小區(qū)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并保持。

此時(shí)UE1向UE2發(fā)起語(yǔ)音業(yè)務(wù)請(qǐng)求，可見(jiàn)在IRAT NR-＞LTE HO Request消息中ARFCN：629952(5G)-＞1850(4G)；PCI:122(5G)-＞125(4G)，此后收到IRAT NR-＞LTE HO Success和Outgoing Call Established消息，即運(yùn)營(yíng)商A用戶基于切換語(yǔ)音回落到運(yùn)營(yíng)商A的LTE網(wǎng)絡(luò)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)建立成功，通話正常?；谇袚Q的EPSFB測(cè)試過(guò)程截圖如圖11所示。

圖11 基于切換的EPSFB測(cè)試過(guò)程截圖

運(yùn)營(yíng)商A用戶最終可回落至運(yùn)營(yíng)商A的LTE小區(qū)125。基于切換的EPSFB測(cè)試結(jié)果截圖如圖12所示。

圖12 基于切換的EPSFB測(cè)試結(jié)果截圖

測(cè)試結(jié)果符合測(cè)試預(yù)期，可見(jiàn)設(shè)備支持基于不同PLMN終端的語(yǔ)音業(yè)務(wù)通過(guò)PSHO切換的方式正?；芈渲粮髯缘?G網(wǎng)絡(luò)。

（2）采用重定向策略的 EPS Fallback功能驗(yàn)證

5G SA共享小區(qū)配置為運(yùn)營(yíng)商B載波頻率（3 500—3 600 MHz），兩終端使用運(yùn)營(yíng)商A的SIM卡，均在5G SA小區(qū)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并保持。

此時(shí)UE1向UE2發(fā)起語(yǔ)音業(yè)務(wù)請(qǐng)求，可見(jiàn)在IRAT NR-＞ L Redirection Request消息中EUREA Frequency：1 850（運(yùn)營(yíng)商A 4G），此后收到IRAT NR-＞L Redirection Success和Outgoing Call Established消息，可見(jiàn)運(yùn)營(yíng)商A用戶在運(yùn)營(yíng)商B的5G網(wǎng)絡(luò)下可以基于重定向語(yǔ)音回落到運(yùn)營(yíng)商A的LTE網(wǎng)絡(luò)，語(yǔ)音業(yè)務(wù)建立成功，通話正常。

基于重定向的EPSFB測(cè)試過(guò)程截圖如圖13所示。

圖13 基于重定向的EPSFB測(cè)試過(guò)程截圖

運(yùn)營(yíng)商A用戶最終可回落至運(yùn)營(yíng)商A的LTE小區(qū)125，基于重定向的EPSFB測(cè)試結(jié)果截圖如圖14所示。

圖14 基于重定向的EPSFB測(cè)試結(jié)果截圖

由此可知，測(cè)試結(jié)果符合預(yù)期，確保了在5G共享網(wǎng)絡(luò)發(fā)起語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，設(shè)備支持基于不同PLMN終端的語(yǔ)音業(yè)務(wù)通過(guò)重定向的方式正?；芈渲粮髯缘?G網(wǎng)絡(luò)。

3.2 Fast return策略驗(yàn)證

在SA接入網(wǎng)200 M共享載波場(chǎng)景下，為了驗(yàn)證當(dāng)駐留在各自頻段的不同運(yùn)營(yíng)商用戶采用基于切換或重定向的EPS Fallback策略互撥回落至各自4G網(wǎng)絡(luò)后，是否可在通話結(jié)束后通過(guò)基于切換或重定向的Fast return回退各自頻點(diǎn)，配置了5G SA小區(qū)2個(gè)，4G小區(qū)2個(gè)（運(yùn)營(yíng)商A和B各一個(gè)），共4個(gè)小區(qū)進(jìn)行測(cè)試。其中，5G SA小區(qū)配置為200 M共享載波，且參數(shù)設(shè)置正常，工作正常；4G小區(qū)與5G SA小區(qū)覆蓋相同區(qū)域，工作正常。

UE1使用運(yùn)營(yíng)商A的SIM卡，UE2使用運(yùn)營(yíng)商B的SIM卡，根據(jù)200 M共享載波下不同運(yùn)營(yíng)商用戶駐留各自5G頻段策略，UE1駐留在運(yùn)營(yíng)商A小區(qū)，UE2駐留運(yùn)營(yíng)商B小區(qū)，如圖15所示。

圖15 兩部終端在5G入網(wǎng)注冊(cè)成功

兩終端均在5G SA小區(qū)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并保持，此時(shí)UE1向UE2發(fā)起語(yǔ)音業(yè)務(wù)請(qǐng)求，兩終端回落到各自的4G網(wǎng)絡(luò)。通話30 s后中斷語(yǔ)音業(yè)務(wù)，保持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，觀察終端情況。當(dāng)配置為基于切換的fast return時(shí)，如圖16所示，兩終端均可成功回退至各自5G SA小區(qū)。

圖16 基于切換的Fast Return至5G小區(qū)

當(dāng)配置為基于重定向的fast return時(shí)，如圖17所示，兩終端也可成功回退至各自5G SA小區(qū)。

圖17 基于切換的Fast Return至5G小區(qū)

由此可知，200 M共享載波下不同運(yùn)營(yíng)商用戶最終可以駐留到各自頻段小區(qū)；保持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時(shí)建立語(yǔ)音，不同運(yùn)營(yíng)商用戶可分別回落至各自的4G網(wǎng)絡(luò)；語(yǔ)音業(yè)務(wù)掛斷后，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以快速返回5G網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了共建共享SA接入網(wǎng)組網(wǎng)方案，并針對(duì)演進(jìn)過(guò)程的不同階段給出了對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音解決方案。針對(duì)SA組網(wǎng)初期采用的EPS Fallback和Fast Return語(yǔ)音策略，介紹了基于切換或重定向兩種實(shí)現(xiàn)方式，最后對(duì)兩種方式分別進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。經(jīng)驗(yàn)證，基于切換或重定向的EPS Fallback均可實(shí)現(xiàn)在SA接入網(wǎng)共享的組網(wǎng)環(huán)境下進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)，并可在結(jié)束通話后通過(guò)基于切換或重定向的Fast Return快速回到5G。具體采用何種方式實(shí)現(xiàn)，建設(shè)時(shí)可根據(jù)需求進(jìn)行選擇，且后續(xù)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)技術(shù)研究可伴隨5G共建共享版本的演進(jìn)持續(xù)進(jìn)行。