天天熱點！VoNR 來了，它到底是什么技術(shù)

今天我們聊聊 VoNR 吧。

先來簡單回顧一下語音業(yè)務(wù)演進(jìn)史

過去是未來的鏡子。在了解 5G 時代的 VoNR 之前，有必要回顧一下移動網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)演進(jìn)史。

2G、3G 時代，語音業(yè)務(wù)采用 CS（Circuited Switched，電路交換）技術(shù)，即手機在通話前需在網(wǎng)絡(luò)中建立一條獨占資源的線路，直到通話結(jié)束才拆除。這種古老的技術(shù)存在耗資源、組網(wǎng)復(fù)雜、效率低等缺點。

(相關(guān)資料圖)

進(jìn)入 4G 全 IP 時代，由于只有分組域 PS，不再支持傳統(tǒng) CS 語音，于是提出了 CSFB 和 VoLTE 兩種方案來支持語音業(yè)務(wù)。

CSFB，即 CS FallBack，指當(dāng)手機在 4G 網(wǎng)絡(luò)中發(fā)起語音呼叫時從 LTE 網(wǎng)絡(luò)回落到 2/3G 網(wǎng)絡(luò)，借助 2/3G 網(wǎng)絡(luò)的 CS 電路域來完成語音通話，通話結(jié)束后再返回 4G LTE。

VoLTE，即 Voice over LTE，指通過引入 IMS，LTE 網(wǎng)絡(luò)直接提供基于 IP 的語音業(yè)務(wù)。VoLTE 也被稱為由 IMS 管理的、承載于 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)上的 VoIP。

VoLTE 將語音業(yè)務(wù)封裝成 IP 數(shù)據(jù)包像快遞打包一樣傳輸，無需“獨占資源”，大幅提升了網(wǎng)絡(luò)效率。更重要的是，VoLTE 還史無前例地提升了語音質(zhì)量以及降低了通話建立時長。

VoLTE 采用 AMR-WB（Adaptive Multi-rate-Wideband，自適應(yīng)多速率寬帶編碼）語音編碼技術(shù)，相比 2G、3G 時代大幅提升了編碼速率，并將語音帶寬范圍從 300Hz－3400Hz 提升到 50Hz－7000Hz，從而能提供更清晰的音質(zhì)，更廣的音域，讓移動網(wǎng)絡(luò)的語音質(zhì)量首次媲美收聽收音機的體驗。撥號時，3G 網(wǎng)絡(luò)大概需要 6-8 秒接通，而 VoLTE 只需花 2-3 秒左右即可接通。

因此，不管從技術(shù)架構(gòu)還是用戶體驗看，VoLTE 都是移動網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)發(fā)展史上的一次革命性的技術(shù)演進(jìn)。

那 5G 語音會再次像 VoLTE 一樣的實現(xiàn)巨大飛躍嗎？5G 時代的 VoNR 又到底長啥樣？

什么叫 VoNR？5G 語音終極解決方案

先來回答第一個問題，5G 時代的語音再也不會像 VoLTE 那樣發(fā)生革命性變化了。事實上，5G 系統(tǒng)并沒有為語音服務(wù)提供單獨的技術(shù)解決方案，其設(shè)計目標(biāo)主要是為了支持 VoLTE 持續(xù)演進(jìn)。

眾所周知，IMS 是 VoLTE 的“大腦”，VoLTE 實際上就是由 IMS 核心網(wǎng)控制和管理的端到端 VoIP 連接。正是因為 IMS 可對語音實現(xiàn)端到端的 QoS 管理，使得 VoLTE 的語音質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于“盡力而為”的互聯(lián)網(wǎng) VoIP。

進(jìn)入 5G 時代，3GPP 在 R15 版本定義 5G 時，就明確了 5G 依然基于 IMS 提供語音業(yè)務(wù)，并確定了 5G 部署應(yīng)最小化影響現(xiàn)有 IMS 的設(shè)計原則。

基于以上原則，根據(jù) 5G NSA 和 SA 兩大部署選項，5G 語音提供了 VoLTE、EPS Fallback、VoNR 三種部署方案。

VoLTE（NSA 組網(wǎng)）

在 NSA 組網(wǎng)下，5G NR 作為容量擴展被添加到現(xiàn)有的 4G 網(wǎng)絡(luò)中，并沿用 4G 核心網(wǎng) EPC，4G 網(wǎng)絡(luò)仍然是主要的控制網(wǎng)絡(luò)，5G NR 僅支持盡力而為的數(shù)據(jù)傳輸。

在這樣的架構(gòu)下，語音服務(wù)依然由現(xiàn)有的 4G IMS / VoLTE 網(wǎng)絡(luò)提供，只需非常小的更改或無需更改；仍然可以通過 SRVCC 在 VoLTE 和 2G / 3G CS 網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)語音呼叫的無縫切換；如果運營商未部署 IMS，仍然可以通過 CS Fallback 的方式回落到 2G 或 3G 網(wǎng)絡(luò)提供語音服務(wù)。

EPS Fallback（SA 組網(wǎng)）

在 SA 組網(wǎng)下，5G 網(wǎng)絡(luò)有了自己的核心網(wǎng) 5GC，不再依賴 4G 作為控制網(wǎng)絡(luò)，這意味著可以通過 5G NR、5GC 和 IMS 端到端獨立承載 5G 語音業(yè)務(wù)，即 VoNR（Voice over NR）或 Vo5G（Voice over 5GS）。

但在 5G SA 部署早期，考慮 5G NR 網(wǎng)絡(luò)還未形成連續(xù)廣覆蓋，當(dāng)手機移動出 5G NR 覆蓋區(qū)域時，會頻繁將正在進(jìn)行的 VoNR 語音切換到覆蓋更好的 VoLTE 網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致用戶體驗較差。因此，在 5G 部署初期引入了過渡方案 ——EPS Fallback。

與 4G 時代的 CS Fallback 相似，在 EPS Fallback 方案下，5G 網(wǎng)絡(luò)不提供 PS 語音業(yè)務(wù)，當(dāng)手機嘗試在 5G 網(wǎng)絡(luò)中使用語音服務(wù)時，會通過重定向或切換的方式回落到 4G 網(wǎng)絡(luò)，由 4G 網(wǎng)絡(luò)提供 VoLTE 語音業(yè)務(wù)，并在通話結(jié)束后再返回到 5G 網(wǎng)絡(luò)。在通話期間，由于手機已經(jīng)回落到 4G 網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也被迫與語音業(yè)務(wù)一起經(jīng)過 4G LTE 傳輸，直到通話結(jié)束。

顯然，在該方案下，由于在 NR 上建立語音通話時發(fā)起向 4G 網(wǎng)絡(luò)回落，必然會增加語音呼叫建立時長；同時，在通話期間數(shù)據(jù)流量也經(jīng)過 4G LTE 傳輸，還會大幅降低數(shù)據(jù)速率，從而會影響用戶體驗。

盡管向 4G 網(wǎng)絡(luò)回落會增加一點呼叫延遲，但相比 CS 語音回落，VoLTE 能提供更快的呼叫建立時長，這點新增的延遲也是可以接受的。事實上，EPS Fallback 最大的缺點是，除了會降低數(shù)據(jù)速率之外，還會因向 4G 回落導(dǎo)致短暫的語音連接中斷，這比呼叫建立時延更容易被用戶覺察。

VoNR（SA 組網(wǎng)）

前面已經(jīng)講了，VoNR 就是指由 5G NR、5G Core 和 IMS 端到端承載語音業(yè)務(wù)。嚴(yán)格的講，NR 只是 5G 網(wǎng)絡(luò)的無線接入網(wǎng)部分，而 5GS（5G System）包含了 5G NR 和 5G Core，因此將 VoNR 叫做 Vo5G（Voice over 5GS）更準(zhǔn)確。不過，我們通常講的 VoNR 就是指 Vo5G。

相比 EPS Fallback，VoNR 的優(yōu)點不言而喻，一是不必再回落到 VoLTE，呼叫建立時長更短；二是支持 5G 語音和 5G 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并發(fā)，也就是說我們可以一邊打電話一邊高速 5G 上網(wǎng)。

考慮當(dāng)手機移動到 5G 小區(qū)覆蓋邊緣時會導(dǎo)致 VoNR 語音質(zhì)差甚至掉話，為了保證語音通話的連續(xù)性，需將正在進(jìn)行的 VoNR 通話切換到 4G VoLTE，因此，類似于 4G 時代的 SRVCC 方案，VoNR 方案還支持通過 Inter-RAT handover 機制來實現(xiàn) VoNR 與 VoLTE 之間平滑切換。

值得注意的是，隨著 5G Core 引入，5G R15 標(biāo)準(zhǔn)未定義 5G Core 與 3G Core 之間的接口，不支持 5G 和 3G CS 之間的語音呼叫連續(xù)性，這意味著在采用 VoNR 的 R15 網(wǎng)絡(luò)中必須支持 IMS / VoLTE，以便在手機通話過程中移動到 5G 覆蓋范圍之外時，可以通過 4G VoLTE 保持通話連續(xù)性。

不過，3GPP 在 R16 版本中，基于現(xiàn)有的 4G 到 3G 的切換標(biāo)準(zhǔn)，增加了 5G SRVCC 功能，即可以通過 5G SRVCC 技術(shù)將語音切換到 3G CS 域。

VoNR 有什么好處？用戶體驗與網(wǎng)絡(luò)效率兼優(yōu)

從用戶角度看，如上所述，盡管 VoNR 延續(xù) VoLTE 架構(gòu)，無法再實現(xiàn)革命性的技術(shù)突破，但與 VoLTE 類似，VoNR 具有語音通話質(zhì)量好、接續(xù)時延低、可邊通話邊進(jìn)行 5G 高速上網(wǎng)等優(yōu)勢。比如，理論上講，VoNR 的 MOS 值達(dá) 4.6，接入時延僅為 1.5 至 2 秒；VoLTE 的 MOS 值約 4.1，接入時延為 2 秒；而 2/3G CS 語音的 MOS 值為 3.7，接入時延高達(dá) 6 秒以上。

VoNR 還能大幅提升語音通話的安全性和視頻通話質(zhì)量，以及面向未來為用戶帶來語音與視頻、觸覺、動覺等多感官融合的全沉浸式體驗。

從運營商角度看，演進(jìn)到 VoNR 的好處主要有如下幾個方面。

一是 VoNR 可以加快傳統(tǒng)老舊、低效的 2/3G CS 語音向 4G 和 5G 轉(zhuǎn)移，從而能提升網(wǎng)絡(luò)效率、降低網(wǎng)絡(luò)運維成本，以及重耕優(yōu)質(zhì)的低頻資源。

二是 VoNR 利于支持新的 5G 應(yīng)用。今天我們經(jīng)常提到的 AR / VR、全息等 5G 應(yīng)用都離不開實時、高清的音視頻通話，而有了 VoNR 后，可提供增強的媒體面來更好支撐這些新應(yīng)用。

三是能給運營商帶來新的收入來源。盡管運營商傳統(tǒng)面向 2C 端的語音業(yè)務(wù)已遭遇來自 OTT 語音的不斷侵蝕，但語音業(yè)務(wù)作為基礎(chǔ)通信業(yè)務(wù)，仍然是運營商收入的一部分，而且當(dāng)前的 5G 數(shù)據(jù)套餐幾乎都是和語音綁定在一起的。更重要的是，面向數(shù)字化轉(zhuǎn)型和萬物智聯(lián)時代，語音和視頻業(yè)務(wù)正從人與人之間的連接延伸到廣闊的人與物之間的連接市場。未來在 5G 2B 或 5G 專網(wǎng)市場中，將有大量的場景需要實時、高質(zhì)量、高穩(wěn)定的音視頻通信，這些場景是盡力而為的 OTT 音視頻無能為力的，需要基于 IMS（切片）的 VoLTE / VoNR 和 ViLTE / ViNR 的確定性保障能力。

沒錯，不管是從用戶角度看還是從運營商角度看，不管從當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)效率提升看還是從未來業(yè)務(wù)展望看，VoNR 都是值得引入的技術(shù)。但寫到最后，需要重點提及的是，由于 VoNR 是基于 4G IMS 演進(jìn)設(shè)計，在保障語音連續(xù)性上也依托于 VoLTE，因此首先引入 VoLTE 是基本要求，這對于那些目前還未商用 VoLTE 的運營商來說會更具挑戰(zhàn)和緊迫感。

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