陳科勇

中電科普天科技股份有限公司，重慶，401147

0 引言

5G商用以來，中國已建成全球規(guī)模最大的SA模式網(wǎng)絡(luò)。用戶已從中感受到了高速率信息時代的好處，瀏覽網(wǎng)速更快、看視頻更高清、玩游戲更流暢，這些優(yōu)質(zhì)體驗的背后都是5G網(wǎng)絡(luò)在做支撐。

按照5G部署策略來看，目前正處于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的發(fā)展期，受5G終端的VoNR支持度、5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力影響，提出EPS Fallback成為5G語音演進之路上的過渡解決方案，當(dāng)終端移動到5G信號覆蓋較差區(qū)域時，需要切換到LTE網(wǎng)絡(luò)，由VoLTE來提供語音服務(wù)，避免覆蓋原因引起的中斷。VoNR（Voice over New Radio）作為一種通話技術(shù)，即在通話過程中只通過5G信號完成語音與視頻通話。如同4G時代的VoLTE，VoNR是基于純5G網(wǎng)絡(luò)接入的語音方案，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和話音業(yè)務(wù)均由5G網(wǎng)絡(luò)承載，不依賴4G網(wǎng)絡(luò)，是5G成熟發(fā)展期的目標(biāo)語音解決方案，與上一代的VoLTE相比，VoNR在通話質(zhì)量上有大幅度的提升，具有延遲更低、音質(zhì)與畫質(zhì)更高的特點，可以整體提升用戶的使用體驗，隨著5G網(wǎng)絡(luò)逐漸完善，將為5G SA用戶提供高清語音業(yè)務(wù)。

1 VoNR解決方案

1.1 過渡方案：不開通VoNR，接入時直接回落到VoLTE

EPS Fallback指5G NR不支持語音業(yè)務(wù)，當(dāng)UE（User Equipment）在5G NR中發(fā)起或接收語音呼叫時，通過重定向或切換的方式回落到4G網(wǎng)絡(luò)，由VoLTE提供語音業(yè)務(wù)，當(dāng)語音通話結(jié)束后，UE再返回到5G網(wǎng)絡(luò)，體驗與4G網(wǎng)絡(luò)一致，給用戶的感知就是偽5G的體驗。

對于一個用戶終端來說，不論它要發(fā)起何種業(yè)務(wù)，都要經(jīng)歷網(wǎng)絡(luò)注冊、業(yè)務(wù)發(fā)起、資源釋放等過程。對于一個5G UE，如果它要在5G網(wǎng)絡(luò)上發(fā)起語音通信，都要經(jīng)歷5G網(wǎng)絡(luò)注冊、IMS系統(tǒng)注冊、業(yè)務(wù)發(fā)起、資源分配、資源釋放等過程。

1.2 最終方案：開通VoNR，無NR覆蓋切換到VoLTE

VoNR是基于IMS網(wǎng)絡(luò)的5G NR語音解決方案，架構(gòu)在5G NR網(wǎng)絡(luò)上，是全IP條件下的端到端語音方案。VoNR通過部署IMS，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)并發(fā)，所有業(yè)務(wù)都通過5G網(wǎng)絡(luò)承載，但語音業(yè)務(wù)需要IMS進行控制。

語音默認(rèn)采用EVS編碼，MOS分更高。相比過渡方案，沒有Fallback的流程，接入時延更低，數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)均在NR，體驗會更好，享受NR增益。VoNR與EPS Fallback差異對比如表1所示。

表1 VoNR 與EPS Fallback 差異對比表

2 VoNR技術(shù)優(yōu)勢

2.1 VoNR黑名單

當(dāng)gNodeB選擇目標(biāo)小區(qū)時，可以過濾掉不支持VoNR的小區(qū)，以避免正在進行VoNR語音業(yè)務(wù)的UE切換到不支持VoNR的gNodeB中，導(dǎo)致切換失敗。

2.2 EVS和H.265編解碼

EVS（Enhanced Voice Service）是VoNR默認(rèn)和優(yōu)選的語音編解碼，基于超寬帶音頻，音頻范圍越大，聽覺體驗越好。相較于AMR-WB，MOS值約有0.1～0.3的增益提升，VoNR支持AMRNB的窄帶語音通話以及采用AMR-WB編解碼的寬帶語音通話。同時，VoNR視頻業(yè)務(wù)優(yōu)先采用H.265 1080P 30FPS編解碼，支持H.264 720P 15FPS編解碼，VoNR還支持通話過程中通過協(xié)商改變編解碼方式[1]。

2.3 基于覆蓋的VoNR和EPS Fallback自適應(yīng)

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中同時開啟了VoNR和EPS Fallback語音功能時，gNodeB支持基于覆蓋自適應(yīng)選擇VoNR或EPSFallback，以保障用戶的語音業(yè)務(wù)體驗。如果語音承載建立前上報了A2測量，則gNodeB判斷該用戶處于弱覆蓋區(qū)域，此時將進行EPS Fallback語音呼叫流程，反之將進行VoNR語音呼叫流程。

2.4 上行RB資源預(yù)留

其優(yōu)勢在于為語音用戶預(yù)留特定位置和數(shù)量的RB資源，語音用戶優(yōu)先使用預(yù)留的RB資源，預(yù)留的RB資源被使用完后可以繼續(xù)使用非預(yù)留的RB資源，非預(yù)留的RB資源按照需求進行分配。非語音用戶則不能使用本功能預(yù)留的RB資源。本功能建議在高語音用戶比例場景（語音用戶比例≥10%）或大話務(wù)量場景（小區(qū)PRB利用率≥60%）開通，且要求系統(tǒng)帶寬大于20MHz，可以更有效地保障語音業(yè)務(wù)質(zhì)量。也可以在窄帶干擾場景開啟，規(guī)避窄帶干擾對話音的影響。如圖1所示。

圖1 上行RB 資源預(yù)留

2.5 VoNR上行RLC分段優(yōu)化

當(dāng)信道質(zhì)量較低時，UE發(fā)射功率受限，上行動態(tài)分配的TBS（transport block size）會隨之調(diào)小，使得RLC（radio link control）分段變多，導(dǎo)致VoNR語音包丟包率抬升、時延增大、上行開銷增多等語音質(zhì)量問題。上行RLC分段優(yōu)化功能是通過限制上行動態(tài)分配的TBS來控制上行RLC分段數(shù)，達到信道質(zhì)量較低時語音質(zhì)量的優(yōu)化。如圖2所示。

圖2 RLC 分段優(yōu)化開啟前后對比

2.6 語音用戶的PUSCH功率差異化配置

語音小包業(yè)務(wù)可能由于功率不足導(dǎo)致丟包，為提高語音小包業(yè)務(wù)可靠性，需要提高用戶在功率未用滿時的PSD，保證當(dāng)用戶發(fā)送小包時，可以盡量用滿功率。

2.7 ROHC語音包頭壓縮與頭解壓失敗恢復(fù)

通過減少語音包頭部負荷來減少無線資源消耗，降低無線鏈路誤碼率和時延，ROHC支持IPv4和IPv6包頭的壓縮。gNodeB將在用戶使用語音業(yè)務(wù)時啟動ROHC流程，gNodeB首先確認(rèn)與UE支持的Profile的交集，再與UE協(xié)商ROHC最大并發(fā)上下文。ROHC頭解壓失敗恢復(fù)使ROHC解壓失敗的包能夠恢復(fù)正確，達到減少丟包、減少MOS值降低概率的目的，同時避免在遠點時退出ROHC引起語音中斷丟包[2]。

2.8 支持基于MAC CE的調(diào)速

ANBR（access network bitrate recommendation）支持gNodeB根據(jù)上行空口能力，通過MACCE（media access control control element）向UE提供推薦的空口速率，協(xié)助UE進行降速或提速，如圖3所示。

圖3 UE 的語音速率調(diào)整過程

2.9 支持基于重傳次數(shù)增加的上行覆蓋優(yōu)化

當(dāng)5QI1承載采用UM模式時，gNodeB針對語音用戶進行最大4次HARQ重傳，當(dāng)用戶處于小區(qū)邊緣，重傳4次也可能無法確保上行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸，本功能將HARQ重傳次數(shù)最大調(diào)整為8次，通過增加上行重傳機會，在弱覆蓋場景下提高上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β省１竟δ茉谡Z音業(yè)務(wù)發(fā)起時生效，語音業(yè)務(wù)結(jié)束后失效。本功能通過開關(guān)進行控制，關(guān)閉時最大重傳4次，打開后最大重傳8次，重傳次數(shù)不可配置。在降低丟包率、提升覆蓋的同時，每增加一次HARQ重傳，將會增加一定時延。

2.10 支持基于語音質(zhì)量的異頻切換

NR支持基于語音質(zhì)量的異頻切換功能，在干擾（重疊覆蓋、大氣波導(dǎo)等）、上下行信道質(zhì)量差異大的場景下，RSRP還沒到基于覆蓋切換門限的時候，可以通過基于語音切換到異頻鄰區(qū)，實現(xiàn)逃生，以確保用戶的語音業(yè)務(wù)體驗。當(dāng)語音業(yè)務(wù)上行丟包率或下行丟包率大于基于語音質(zhì)量的異頻切換的丟包率門限時，用戶語音質(zhì)量變低，此時將觸發(fā)基于語音質(zhì)量的異頻測量；當(dāng)語音業(yè)務(wù)上行丟包率和下行丟包率小于或等于語音質(zhì)量恢復(fù)的丟包率門限時，用戶語音質(zhì)量變高，此時將停止基于語音質(zhì)量的異頻測量[3]。

3 VoNR優(yōu)化方案

呼叫時延、接通率、掉話率、MOS語音質(zhì)量是VoNR的4個關(guān)鍵指標(biāo)。VoNR指標(biāo)的優(yōu)化與提升，受到空口、傳輸、終端、基站、核心網(wǎng)等關(guān)鍵因素影響。參數(shù)配置、容量、覆蓋、外部干擾、切換異常等都會影響空口質(zhì)量、空口資源、空口時延；參數(shù)配置、容量或處理能力、傳輸質(zhì)量等問題都會影響傳輸?shù)臅r延、抖動、丟包、亂序；終端的能力及設(shè)置、語音編解碼、軟件設(shè)置，基站的能力、特性、參數(shù)配置，以及核心網(wǎng)的能力、特性、參數(shù)配置都同樣會影響VoNR指標(biāo)。

3.1 VoNR時延優(yōu)化方案

呼叫時延是影響語音用戶感知的關(guān)鍵因素，過長的接入時延甚至可能導(dǎo)致用戶直接掛機重撥，造成感知未接通，呼叫時延的優(yōu)化方法是還原SIP呼叫流程，逐段評估，分段優(yōu)化。如表2所示。

表2 分段時延表

3.2 VoNR接通優(yōu)化方案

RF原因?qū)е碌腟IP包收發(fā)超時或丟包問題，與端到端流程異常拉通處理，進行分類以展開RF優(yōu)化，或定界到問題產(chǎn)生網(wǎng)元解決相關(guān)問題。接通率的分析入口為接通失敗點的分析，分析方法如表3。

表3 VoNR 接通流程分析表

3.3 VoNR掉話優(yōu)化方案

對于VoNR通話過程中的RRC Release、SIP信令異常，一般是由切換失敗、弱覆蓋等空口問題引起，也可能是UGW或者IMS等上層問題，因此要進行端到端信令跟蹤，找出問題定位后再優(yōu)化[4]。如表4所示。

表4 VoNR 掉話分析表

3.4 MOS優(yōu)化方案

見表5。

表5 MOS 優(yōu)化方案表

4 結(jié)語

本文對VoNR語音技術(shù)優(yōu)勢和優(yōu)化方案進行了探析，對比了VoNR與EPS Fallback的差異，提出EPS Fallback向VoNR的演進的解決方案，在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化時結(jié)合網(wǎng)絡(luò)部署情況靈活選擇合適的5G語音解決方案。