VoLTE——5G时代的话音基础网

溯溪而上

转自 网优雇佣军

大家天天谈5G，讨论各种新用例，但你知道吗，为了满足语音通话这项基本通信需求，5G大规模商用需以完善的VoLTE网络为前提。

原因一：3GPP标准不支撑语音从5G回落到2/3G CS，VoLTE成为5G时代的语音基础网

如上图，从2G/3G到4G再到5G，移动通信网络的语音业务经历了不同的解决方案。

2G/3G网络业务主要以语音为主，采用CS电路域语音方案。

进入4G全IP时代，只有分组域PS，不再支撑传统CS电路域语音，于是提出了CSFB和VoLTE两种方案来支撑语音业务。

CSFB，即CS FallBack，指当手机在4G网络中发起或接收语音呼叫时从LTE网络回落到2/3G网络，借助2/3G网络的CS电路域来完成语音通话，通话结束后再返回4G LTE。

VoLTE，即Voice over LTE，指通过引入IMS，LTE网络直接提供基于IP的语音业务。

在VoLTE方案下，考虑在4G网络未达到全覆盖之前，当4G信号覆盖不好时会影响VoLTE语音通话质量甚至掉话，为了保证语音通话的连续性，还采用了SRVCC方案以实现VoLTE向传统2/3G CS无缝切换。

现在进入5G时代，语音业务依然是人们基本的通信需求，运营商的5G套餐也都是和语音业务捆绑在一起的，那5G时代的语音方案是怎样的呢？

5G有NSA非独立组网和SA独立组网两大选项，5G语音方案根据这两大组网选项分为VoLTE、EPS Fallback、VoNR三种。

非独立组网

在非独立组网下，LTE与NR双连接，4G基站和5G基站共用EPC核心网，可以通过EPC和4G基站承载VoLTE，也可以通过EPC和5G基站承载VoNR。

通过EPC和4G基站承载VoLTE时，PS语音直接端到端承载于4G网络，无需通过5G NR基站承载。但前提是4G网络得开通VoLTE。

在非独立组网阶段，运营商也可以部署VoNR（话音将通过EPC和5G基站承载），为用户带来更好的体验，例如语音通话可与高速数据业务同时使用、较短的话音接通时间等。

独立组网

在独立组网下，5G语音有EPS Fallback和VoNR两种解决方案。

EPS Fallback

和4G时代的CSFB类似，5G网络不提供PS语音业务，当手机在5G网络中发起或接收语音呼叫，通过重定向或切换的方式回落到4G网络，由4G网络提供VoLTE语音业务。

VoNR

独立组网下的VoNR，指通过5G核心网和5G NR基站承载VoNR，由5G网络端到端提供PS语音业务。

类似于4G时代的SRVCC方案，考虑在5G网络未达到全覆盖之前，当5G信号覆盖不好时会影响VoNR语音通话质量甚至掉话，为了保证语音通话的连续性，5G时代还采用了PSHO机制来实现VoNR与VoLTE之间平滑切换。

比较5G时代和4G时代的语音解决方案，两者在设计思路上相似，都是以确保语音业务连续性为前提，但5G时代有一个关键的不同点―― 3GPP没有定义从5G网络直接回落或切换（SRVCC）到2/3G CS网络的机制。

也就是说，在5G SA组网下，只能确保5G和4G之间的语音连续性，不支撑5G与2/3G CS之间的语音连续性。

显然，进入5G时代，传统2/3G CS语音正逐渐被“抛弃”。在过去的4G时代，通过CSFB方案回落到2/3G CS语音是必选项，而VoLTE为可选项，2/3G CS网络是4G时代语音业务的基础支撑。而现在进入5G时代，VoLTE作为确保2/3/4/5G语音业务连续性的关键连接纽带，已从可选项演进为必选项，成为5G时代的语音基础网。

在5G NSA阶段，VoLTE可避免用户打电话时回落到2G/3G网络而导致数据业务速率下降甚至完全中断，以及通话等待时间过长等问题。

在5G SA部署早期NR覆盖范围有限时，可依托于覆盖完善的4G网络的VoLTE来避免话音业务的不连续性。即使随着5G SA规模部署，5G NR覆盖逐渐完善，VoLTE仍可在室内、郊区这些NR覆盖薄弱区域作为VoNR的良好补充。

一些运营商早已指出VoLTE作为5G时代的语音基础网络的重要性，比如中国电信早在2018年发布的《中国电信5G技术白皮书》中就指出，对于语音业务，5G实现全覆盖相对较难，为避免频繁切换，保持语音连续性，初期采用SA下的5G回落VoLTE方案，当5G网络覆盖性能全面提升后，再适时考虑VoNR等技术方案。

再进一步看，5G时代如果没有这个VoLTE基础语音网络，还可能会影响5G数据业务体验。

原因二：没有VoLTE/VoNR，5G手机只能当4G用

来看一段3GPP对于语音接入选择的标准规定：

A UE set to “voice centric” for 5GS shall always try to ensure that voice service is possible. A voice centric 5GC capable and EPC capable UE unable to obtain voice service in 5GS shall not select a cell connected only to 5GC. By disabling capabilities to access 5GS, the UE re-selects to E-UTRAN connected to EPC first (if available). When the UE selects E-UTRAN connected to EPC, the UE performs Voice Domain Selection procedures as defined in TS 23.221 [23]. （3GPP 23.501, 5.16.3）

这段话的大意是：

以“以语音为中心”终端必须始终确保语音业务可用。如果“以语音为中心”的终端在5G网络中无法获得语音业务，比如VoNR和EPS Fallback都不可用时，终端必须关闭接入5G网络的能力，重选回4G网络（如果可用），以确保语音可用。

怎么理解呢？得从5G终端接入网络时说起。当5G终端检测到5G网络可用时，会向5G核心网发起注册请求（Registration Request）以接入到5G网络。在这个过程中，5G终端会匹配“终端使用设置（UE Usage Setting）”和“网络是否支撑IMS语音能力（IMS Voice Support Indicator）”，来决定驻留到哪个网络。

终端使用设置（UE Usage Setting）有两种设置：“以语音为中心（Voice centric）”和“以数据为中心（Data centric）”。对于5G手机这种终端形态，支撑语音通话是基本功能，因此都是“以语音为中心”的。

这就意味着，当5G手机接入5G网络时，如果5G网络不支撑VoNR，4G网络也不支撑VoLTE（即5G语音不支撑EPS Fallback），就会导致如下情况：

一方面，甭管5G信号有多强，5G手机无法接入5G网络，只能驻留在4G网络，始终无法获取5G数据业务，用户无法享用5G高速上网；

另一方面，由于4G网络不支撑VoLTE，驻留在4G网络的5G手机只能享用4G数据业务，打电话时需回落到2/3G CS网络。

简单的说，若5G时代不支撑VoNR/VoLTE，5G手机顶多只能当4G用，而且只能使用4G数据业务。这必然会大幅降低5G用户体验。

因此，出于话音、数据业务的双重考虑，在5G早期还未开通VoNR，或者正在部署VoNR时，运营商需一张完善的VoLTE网络作为打底，以避免影响5G用户的数据业务体验。

原因三：没有VoLTE打底的VoNR，体验要降级

您或许还会问，如果运营商在4G时代没有发展VoLTE，到了5G时代，能不能不发展VoLTE，直接一步跳到VoNR？

答案恐怕会让您失望。

大家在前面已经讲过，5G不支撑回落或切换到2/3G CS语音网络，只支撑EPS Fallback或PSHO到4G VoLTE网络，那如果4G不支撑VoLTE可能会发生什么情况呢？

众所周知，由于5G NR频段更高，在5G NR与4G LTE共站部署下，5G NR覆盖范围可能会小于4G LTE，这就会至少出现两种覆盖场景：

场景一：5G手机仅处于4G LTE覆盖范围，无5G NR覆盖

此时由于4G不支撑VoLTE，手机在4G网络中发起或接收语音呼叫的时候只能回落到2/3G网络进行CS语音通话，通话时只有2/3G网络的低速或无数据业务，需等到CS语音结束后才能返回LTE享用4G数据业务。

场景二：手机发起呼叫时处于5G NR覆盖范围，通过VoNR进行语音通话，但在通话过程中由5G NR覆盖区域移动至仅有4G LTE覆盖的区域

此时由于4G网络不支撑VoLTE，VoNR无法通过PSHO切换到VoLTE，可能会造成VoNR掉话。

那反过来分析，如果以上两种场景下只部署了VoLTE，而没有部署VoNR，又会发生什么情况呢？

场景一：手机将直接通过VoLTE进行通话，通话时始终可享用4G数据业务，不用回落到2/3G网络导致4G数据业务不可用。

场景二：由于手机在5G NR覆盖范围内发起或接收语音呼叫时，可通过重定向或切换的方式回落到4G VoLTE，因此在通话移动过程中不存在VoNR向VoLTE切换，也就不存在因无法切换而发生掉话。

不难看出，在某些场景下，只有VoNR而没有VoLTE所能获得的用户体验甚至不如只有VoLTE而没有VoNR。

因此，从以上三方面考虑，进入5G时代，要保障用户语音体验和数据体验，5G大规模商用需以完善的VoLTE网络为前提。