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5G语音解决方案,推动5G网络商用进程

2018-12-20  来源:中国信息产业网  作者:王刚、付锋

CNII网讯 2018年,随着3GPP 5G第一阶段全功能标准化完成,5G网络商用进程随之开启,国内外主流运营商纷纷投身其中,5G时代正徐徐拉开帷幕。

按照3GPP的定义,5G网络系统(5GS)包括5G接入网和5G核心网两大部分,前者称为NG-RAN(主体是5G NR),后者则称为5GC。

图1:5GC的体系架构

语音业务在5G时代仍然是不可或缺的重要业务之一。5GC核心网架构利用云计算、服务化架构等IT技术进行了全面的创新,那么5G网络中的语音视频业务又将如何实现?

5G网络架构和语音解决方案

3GPP已经明确基于IMS(IP多媒体子系统)提供语音业务。中兴IMS解决方案将 5G作为IMS语音的一种IP接入方式,对软件版本进行升级,引入5G语音不改变IMS网络架构。

针对4G向5G过渡问题,3GPP充分考虑现网情况,提出了8种Option方案,其中Option1为现有LTE网络架构,是4G向5G过渡的“起点”;Option2为全新5G网络架构,是4G向5G过渡的“终点”;Option3-8是基于现有LTE网络,采用不同过渡策略的网络架构。中兴通讯经过深入研究,提供的IMS语音解决方案完美地兼容5G网络架构的8种Option组网方案。

常用5G网络架构

3GPP R15中,5G NR有两类部署选择,分别是SA(Standalone)和NSA(non-Standalone)模式。SA模式下采用端到端的5G网络架构组网,NSA模式是指5G NR与LTE联合组网。核心网也有两种部署选择,沿用EPC架构升级软件(EPC+)支持eMBB业务作为过渡部署方式,或者部署基于服务化架构的全新5GC网络。

上述Option1是传统4G网络架构,LTE连接EPC。Option6是独立5GNR仅连接到EPC,Option8是非独立5GNR仅连接到EPC。为了保证4G能够顺利向5G过渡,必须遵循尽可能保持现网稳定的原则,而Option6和Option8需要EPC和5G NR之间进行信令面直连,会导致EPC做出重大修改,因此Option6和Option8仅是理论存在的部署场景,不具有实际部署价值,通常不予考虑。

Option2/Option3/Option4/Option5/Option7是3GPP标准以及业界重点关注的5G候选组网部署方式。在这些Option中,属于NSA组网方式的是:

1)Option2:核心网采用5GC,无线网采用5G NR。

2)Option5:核心网采用5GC,无线网采用eLTE(LTE增强)。

属于NSA组网方式的是:

1)Option3(含3a、3x):核心网采用EPC,信令锚定于LTE,数据在LTE(3a在EPC,3x在5G NR)分发。

2)Option4(含4a):核心网采用5GC,信令锚定于5G NR,数据在5G NR(4a在5GC)分发。

3)Option7(含7a、7x):核心网采用5GC,信令锚定于eLTE,数据在eLTE(7a在5GC,7x在5G NR)分发。

图2:5G的SA和NSA组网方式

考虑到尽量减少5G网络部署后对现网基站的影响,在5G部署初期阶段,运营商主要关注Option3(核心网采用EPC+)和Option2(核心网采用5GC)两种部署模式。

IMS语音解决方案

中兴IMS语音解决方案对5G网络架构的全部8种组网模式完全兼容。基于运营商已部署LTE,综合考虑到运营商5G初期的部署模式和NR覆盖铺开的速度,5G语音业务的实现可以分为以下五种方式:

(方案1) 双连接: 终端支持双连接,控制面锚定于LTE,通过LTE注册到IMS提供语音业务。

该方案用于Option3模式,终端通过双连接同时接入LTE和5G NR,控制面锚定在EPC核心网,通过EPC注册到IMS上使用语音业务。因为终端能同时支持5G和4G的数据收发,因而语音业务可选择承载在LTE上,数据业务继续在5G上。

此时语音业务的方案实质上仍然是VoLTE方案。该方案在5G部署初期可作为核心网和无线的过渡方案,满足运营商初期建设5G网络只实现提升个人用户MBB带宽的经营模式。

(方案2) 回落LTE: 面向单待终端,平时驻留5G,发起语音呼叫时切换到LTE,通过LTE承载提供语音业务。

在5G部署初期和中期,5G NR热点覆盖,5GC已经开始部署。当5G尚不能提供语音服务,或者当5G覆盖不足时为了避免频繁切换。终端平时驻留5G上并进行IMS注册,当发起语音呼叫时5G RAN发起回落流程,切换到LTE上继续进行呼叫建立流程。

该方案也称为EPS Fallback。该方案允许5G终端驻留在5G NR使用数据业务,而语音业务仍在LTE上承载。该方案适合在5G部署初期作为NR热点覆盖的语音解决方案,以避免频繁切换引起的语音中断影响用户感受。

(方案3) 切换LTE: 面向单待终端,5G NR接入5GC,LTE接入EPC,都可提供语音,提供5G/LTE语音切换。

该方案用于5GC和EPC并存阶段。在5G部署中后期,5G NR形成连续覆盖,5GC已大规模部署。通过5G和LTE都可以提供语音服务。正常情况下,单待终端驻留在5G上,当5G信号不好时语音和数据都由5G切换到4G。

该方案通常也称为VoNR。VoNR是通过5G NR承载语音的技术方案,在NR的边界语音切换到LTE上。此方案在5G大规模部署后使用,因为呼叫建立时间短、数据业务仍能高速传输而具有用户感受更好的优势,是目标语音方案。

(方案4) 双待终端: 面向双待终端,利用双待能力提供语音数据并发,通过VoLTE提供语音业务。

该方案用于双待终端,双待终端同时附着在LTE和5G上,仅在LTE上使用语音业务。该方案主要依赖于终端的双待能力,对5G网络没有特定的要求。

(方案5) 统一5GC: LTE升级接入5GC,统一核心网提供语音业务。

该方案用于统一的5GC模式,5G终端可接入5G或LTE,并在统一核心网的控制下实现异系统互操作。

统一的5GC核心网是5G网络建设的最终阶段。LTE升级后接入5GC,相当于LTE的利旧。此方案IMS在统一的5GC核心网上部署,提供语音业务,IMS对终端在LTE和NR之间的切换不感知。

以上所述的实现5G语音业务的各种方式,描述了在运营商已部署LTE的情况下进行5G语音业务部署的几种场景,其中综合考虑了运营商的5G业务模式和NR的覆盖程度。

目前,在5G网络建设的初级阶段,方案一、方案二、方案三分别代表了当前语音业务部署的三种典型场景。进一步地,我们可以从架构、语音连续性等维度对前三种语音方案进行对比(表1),可以看出三种方案都是成熟的技术方案。

表1 5G初级阶段语音方案的关键技术点对比

综上,考虑到终端、用户体验、和5G覆盖三个方面的因素,我们建议5G部署初期的语音方案选择EPS Fallback担纲。这样做的好处是:

EPS Fallback方案对5G语音终端没有特殊要求。

EPS Fallback语音方案和VoLTE方案的技术基本相同,呼叫建立时延相比传统VoLTE增加400ms,用户基本无感知,语音连续性可保障。

5G初期NR热点覆盖,为减少5G和4G之间的话音切换次数,同时也为减少对现网EPC的影响,推荐对IMS作简单的软件升级配合采用5GC+EPS Fallback提供语音服务。随着5G覆盖范围逐步扩大实现连续覆盖,可直接采用VoNR提供5G语音。

中兴通讯5G语音业务进展

中兴通讯基于全球领先的NFV/SDN研发部署成功经验,不断迭代推出5GC版本,相信伴随着5G无线技术和服务化架构、网络切片技术的不断创新和成熟,5G时代的语音视频业务将带给用户意想不到的新体验。

2018年4月,中兴通讯助力中国移动在广州部署端到端的预商用设备,单用户吞吐量达到2.2Gbps, 并打通国内首个5G电话,这是基于3GPP R15第一阶段的标准首次完成的国内5G语音业务外场验证。

2018年9月,中兴通讯携手中国电信在雄安新区实现了首个5G外场端到端业务通讯。测试基于3GPP R15标准,采用3.5GHz频段,SA组网架构。本次演示是全球首个3.5G SA端到端的VoNR,对加快5G语音标准化,迈向5G规模商用具有重要意义。

中兴通讯凭借多年的电信设备研发和部署经验,在深度分析IMS网元的逻辑功能基础上,对IMS进行软件升级,很好地满足各种不同应用场景。未来IMS的演进,将更好地利用5GC的新特性,满足实时通信业务以及垂直行业不断变化的新需求。

关键词:3GPP 5G 中兴