5G语音业务的实现和演进

发布时间:2018-09-03  作者:强宇红,王刚,杨维(中兴通讯)  阅读量:

5G能够提供超宽的数据传输能力,实现万物互联的多种应用场景,行业应用对超高清移动视频、超高服务质量的实时通信网络的需求将很快成为现实。5G技术作为无线通信领域的新制高点,得到我国工信部的高度重视。中国工信部已确定将在2018年底前发放5G频率使用许可,并在2020年底前实现中国5G商用的目标。

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,语音视频业务仍然是承载在其上的重要业务,业务质量只能提升不能下降。同时,迅速发展的行业应用也会对网络不断提出新需求。5G网络中的语音视频业务如何实现,才能应对新形势下的新挑战,成为运营商重点关注的一个问题。

5G传统语音标准成熟

3GPP R15中,5G NR有两种部署选择,SA(Standalone)和NSA(non-Standalone)。SA模式下NR独立组网,NSA模式下,NR必须依靠eLTE提供控制信道。核心网也有两种部署模式,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。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。

3GPP在R8标准中早已明确基于IMS控制的VoLTE架构提供音视频业务,5G网络仍将继续沿用IMS作为业务控制域,5G承载音视频业务流(VoNR)。因此,即将在2018年第三季度全部完成的5G第一个版本R15中要求5G无线基站(NR)支持语音业务,5G核心网支持IMS特性,R15不对IMS网络进行架构上的改变。 同时R15中也定义了对紧急业务的支持方案。

综合考虑到运营商5G初期部署模式和NR覆盖铺开的速度,5G语音业务的部署方案可分为两个阶段三种方式,如图1所示。



● VoLTE
基于Option3的过渡模式部署, EPC软件升级,5G NR不独立部署,控制面锚定于LTE。要求UE支持双连接,同时支持5G和4G无线接入上的数据收发,因而语音业务可选择承载在LTE上,数据业务继续在5G上发送。

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。

● EPS Fallback
EPS fallback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。

当终端发起语音呼叫时,NR通过切换流程将终端切换到LTE上,通过4G VoLTE提供语音业务。 该方案在5G部署初期NR热点覆盖的语音过渡方案,以避免频繁切换引起的语音中断,影响用户感受。

● 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好的优势,是目标语音方案。

我们从架构、语音连续性等维度三种语音方案进行了对比(表1),可以看出三种方案都是成熟的技术方案。


考虑到终端、用户接受度、和5G覆盖三个因素,我们建议5G初期的语音方案选择VoLTE担纲:

● 3GPP R15定义的5G语音标准已经基本成熟,5G语音终端2019年可商用。

● 5GC(EPS Fallback)语音方案和EPC NSA(VoLTE)方案基本相同,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初期热点覆盖,为减少5G和4G之间的话音切换,IMS简单软件升级配合5GC EPS Fallback提供VoLTE语音服务。随着5G覆盖逐步扩大实现连续覆盖,可直接采用VoNR提供5G语音。

IMS 面向5G的演进需求

5GC中定义了网络切片技术,5G网络功能基于服务的架构实现,支持按需快速定制、编排具有一定特性和容量的网络切片,并可以指定基础设施的位置,为运营商快速响应客户需求提供了灵活性。 而3GPP的IMS标准架构从3GPP Release 4定义后一直采用以网元为单位的静态网络架构,网元间接口复杂,网络扩容以网元为粒度,通过整个网元版本的升级实现新业务部署,新业务上线时间长。

为此,3GPP R16将研究IMS的演进,以更好地利用5GC的新特性,满足实时通信业务/垂直行业不断变化的新需求。可预期的新特性包括IMS部分接口支持SBI(例如Rx、Cx等),通过网络切片实现业务和网络的按需定制,利用NEF能力开放接口获取网路能力进行业务适配等。

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,结合不同应用场景将IMS网元进行重组,抽象成模块化、可重用性和自包含的组件,上架于软件仓库中。未来针对不同的行业应用,能够为用户提供灵活而稳健的设计、开发、部署、运维的一体化闭环环境。

参照5G SBA架构,中兴IMS将提供服务化接口(Rx/Cx/Sh),实现服务和基础设施共享。IMS的注册/会话/呼叫/媒体处理等功能包含在ACF、CSF、ASF、MPF、UDM、PCF等多个组件中,通过轻量级虚拟化技术,支持分布式部署,更可以实现集中化编排和运维。该架构将基于现有网络分阶段平滑演进,保护运营商已有投资,降低用户建网成本,最终实现基于服务化架构的IMS目标架构(见图2)。



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,预计将在3GPP R15标准全部完成时同步发布云原生架构的5GC版本。 该版本将支持验证服务化架构、网络切片及IoT业务特性等关键技术。

2018年3月底,中兴通讯协同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。

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能力、新体验。

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