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介绍5G网络下包含VoNR及EPS fallback等在内的语音技术资料下载
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2021-04-14
王敏
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【摘要】
本文对5G网络下包含VoNR及EPS fallback等在内的语音技术进行了介绍，涉及5G语音方案相关的网络架构、基本业务流程等层面。并针对现有语音方案流程设计，提出了存在的问题，以及可能的解决方向。
01
引言
从4G LTE开始，语音实现方案就不再仅仅是2G/3G网络，单纯通过电路域网络提供如语音业务和其他增值业务，而是设计通过IP多媒体子系统（IMS，IP Multimedia Subsystem）实现将语音业务承载在IP网络，也即VoLTE（Voice over LTE）的方式，实现将2G/3G电路域所有业务在4G网络全部“IP化”。4G网络的逐步部署扩展过程中，处于对网络发展的不同阶段及对语音业务连续性的考虑，4G还提出了如电路域回落（CSFB，Circuit Switched Fallback）及单无线语音呼叫连续性（SRVCC，Single Radio Voice Call Continuity）等过渡方案。
5G NR语音方案设计，延续了4G LTE通过IP网络承载语音业务的方式，通过5G网络（无线网+核心网）和IMS系统承载语音业务，该种方式称为VoNR（Voice over NR）。同样地，考虑到5G不同阶段部署规模不同，而4G网络已经广泛部署并可能在未来长期存在，以及对语音业务连续性保证的需求，回落方案设计也是十分必要的，因此演进的分组系统回落（EPS fallback）方案也是5G语音方案的一种。这里EPS fallback主要指回落到4G通过VoLTE的方式实现语音业务，但由于4G网络存在多种语音方案，当4G网络无线环境较差时，不可避免地，UE会通过如CSFB的方式，完成语音业务。
02
5G语音方案介绍
2.1 方案介绍
在概述部分，本文简单介绍了5G网络中可能存在的语音方案。
（1）VoNR：基于IMS网络的5G NR 语音解决方案，架构在5G NR网络上，全IP条件下，基于IMS server的端到端语音方案。VoNR通过部署IMS，可以实现语音业务和数据业务并发，所有业务都通过5G网络承载，但语音业务需要IMS进行业务控制。
（2）EPS fallback：借助4G网络语音业务的方案。
1）VoLTE：基于IMS网络的5G NR 语音解决方案，架构在5G NR网络上，全IP条件下，基于IMS server的端到端语音方案。VoLTE方案可以保证话音质量，但需要4G网络和5G网络间的互操作，语音业务发起时延相较VoNR会更长，同时也需要部署IMS。
2）CSFB：终端在LTE接入下能够发起话音业务等CS业务，以及接收到话音等CS业务的寻呼，并且能够对终端在LTE网络中正在进行的PS业务进行正确地处理的技术。终端在LTE接入下能够发起话音业务等CS业务，以及接收到话音等CS业务的寻呼，并且能够对终端在LTE网络中正在进行的PS业务进行正确地处理的技术。当前版本，5G不支持和2/3G网络的交互，因此要发起CSFB，首先需要回落到4G网络。当前版本，5G不支持和2G/3G网络的交互，因此要发起CSFB，首先需要回落到4G网络，通过这种方案实现语音业务，时延最长，但是该方案对终端的要求比较低。
5G网络部署初期，如果5G网络是独立部署（SA）的，通过EPS fallback方式回落4G，通过VoLTE甚至CSFB实现语音业务，可以减少切换，确保语音的连续性。但随着5G网络部署的逐步成熟，VoNR将逐步成为5G主流语音方案。
2.2 网络架构
（1）VoNR
与4G网络相似，通过5G核心网（5GC，5G core network），网络就可以满足运营商的业务需求，但是这种通过分组交换（PS，Packet Swith）实现的业务提供的是一种尽力而为的服务，不保证服务质量，而语音业务对于对于话音质量有较高的要求，特别是相较2/3G通过电路分组（CS，Circuit Switch）提供的是较为稳定的高质量业务。因此，5G网络也需要通过部署IMS系统为语音业务提供语音质量的保证。
除了为业务提供质量保证外，IMS系统还提供策略和计费控制（PCC，Policy and Charging Control）。通过5G网络提供VoNR的网络架构如图1所示：
图1 通过5GS连接IMS提供语音业务
（2）EPS fallback
根据前面的介绍，我们知道，EPS fallback方式需要5G网络和4G网络间的互操作完成语音业务，由于CSFB方案是UE在回落到4G基础上进行二次回落，因此这里我们仅对通过EPS fallback方式回落到4G通过VoLTE方式完成语音业务进行网络架构的介绍，如图2所示：
图2 通过EPS fallback提供语音业务的网络架构
与VoNR网络架构相比，通过（EPS fallback回落后）VoLTE完成语音业务，网络仍需部署IMS系统，同时，需要4G网络来完成语音业务。
2.3 基本流程
对于一个用户终端（UE，User Equipment）来说，不论他要发起何种业务，都要经历网络注册、业务发起、资源释放等过程，语音业务亦是如此。对于一个5G UE，如果他要在5G网络上发起语音业务，需要经历5G网络注册（5GC Registration）、IMS系统注册（IMS Register）、业务发起、资源分配、资源释放等过程。下面将从注册过程（包含5G网络注册和IMS系统注册）以及业务发起及资源分配两部分对5G语音实现进行介绍。
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