5G SA接入網(wǎng)共享語音技術(shù)

（中國電信股份有限公司研究院移動通信研究所，北京 102200）

0 引言

5G共建共享與國家提出的“創(chuàng)新，協(xié)調(diào)，綠色，開放，共享”的新發(fā)展理念完全匹配吻合。5G接入網(wǎng)共享是涉及到網(wǎng)絡(luò)端到端的全面共享技術(shù)，更是全球首創(chuàng)。出于保障2C用戶發(fā)展的需求，采用NSA共建共享作為過渡期，目標網(wǎng)為SA接入網(wǎng)共享的演進方案。

語音業(yè)務(wù)需求是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中需要著重關(guān)注的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此本文全面探討了在SA接入網(wǎng)共享網(wǎng)絡(luò)初期部署場景下的語音業(yè)務(wù)關(guān)鍵技術(shù)，并進行了外場實驗驗證。

1 SA共享網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式

由于SA標準較NSA（Option3）晚凍結(jié)半年時間，NSA網(wǎng)絡(luò)已于2019年Q3開始規(guī)模試驗部署，而SA（Rel 15）網(wǎng)絡(luò)則于2020年Q3具備了部署及商用條件。

5G SA接入網(wǎng)共享技術(shù)方案組網(wǎng)示意圖如圖1所示[1]。運營商A和運營商B均采用5G SA組網(wǎng)架構(gòu)，雙方僅無線接入網(wǎng)5G NR共享，而雙方核心網(wǎng)5GC各自獨立。

圖1 5G SA接入網(wǎng)共享示意圖

以3.5 GHz頻段的共享網(wǎng)絡(luò)為例，常見的載波配置方案有兩種：一是運營商A與運營商B共享100 M單載波，即共用1個100 M小區(qū)；二是運營商A與運營商B共享200 M雙載波，即各設(shè)2個可共享接入的100 M小區(qū)。兩種方式可適配不同場景需求，5G基站、物理設(shè)備共享，資源共享，統(tǒng)一管理，鄰區(qū)、切換、駐留、網(wǎng)絡(luò)間互操作等雙方協(xié)商考慮。

2 SA共享網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)方案

在3GPP Rel15中已明確5G仍沿用基于IMS的4G的語音業(yè)務(wù)架構(gòu)，但減少與2G/3G互操作[2]。VoNR是5G網(wǎng)絡(luò)的目標語音解決方案[3-4]，從5G商用初期選擇的語音方案演進到VoNR主流的演進路徑如圖2所示。

圖2 5G語音業(yè)務(wù)演進示意圖

在5G SA組網(wǎng)部署初期，VoNR成熟度不足，需要EPS Fallback作為臨時過渡方案將語音業(yè)務(wù)回落到4G LTE網(wǎng)絡(luò)[5-7]。因此5G基站需開啟基站共享功能，且配置雙方4G基站作為鄰區(qū)。

若5G和4G基站均共享，則語音業(yè)務(wù)回落承建方4G（若4G基站NSA階段已共享，則無需改造），如圖3所示。

圖3 SA下語音回落至承建方VoLTE組網(wǎng)架構(gòu)

若僅共享5G基站，則語音業(yè)務(wù)回落各自的4G網(wǎng)絡(luò)，如圖4所示。

圖4 SA下語音回落至各自4G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)

EPS Fallback可基于切換或重定向兩種實現(xiàn)，其中基于切換的流程圖如圖5所示。

圖5 基于切換的EPSFB流程圖

終端在5G入網(wǎng)注冊流程后，UE發(fā)起SIP INVITE消息給5GC請求建立語音會話。在gNodeB收到PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST消息，會指示gNodeB建立5QI=1的語音專用承載。之后gNodeB下發(fā)異系統(tǒng)B1事件測量并收到B1事件測量報告。gNodeB向5GC回復(fù)拒絕PDU Session 5QI1的建立，并指示ims-voice-epsfalllback-or-fallback-triggered。gNodeB根據(jù)開關(guān)參數(shù)配置和UE能力判斷向5GC發(fā)送切換請求。EPC向eNodeB發(fā)起切換請求，收到切換請求響應(yīng)后，向5GC轉(zhuǎn)發(fā)eNodeB的切換請求成功響應(yīng)消息。5GC向gNodeB發(fā)起切換命令，gNodeB向UE發(fā)送切換命令，最終完成了基于切換的EPS Fallback過程。

基于重定向的流程圖如圖6所示。

圖6 基于重定向的EPSFB流程圖[8]

終端在5G入網(wǎng)注冊流程后，前期過程與基于切換的EPSFallback相同，在gNodeB給5GC回復(fù)UE上下文建立完成后，下發(fā)異系統(tǒng)A2和盲A2事件測量控制給UE，然后UE回復(fù)RRC連接重配置完成。對于基于測量的A2事件：UE上報A2事件測量報告；gNodeB收到A2事件測量報告，下發(fā)異系統(tǒng)A1事件測量，并根據(jù)異系統(tǒng)切換觸發(fā)事件類型，下發(fā)異系統(tǒng)B1或B2事件測量。如果收到A1事件測量報告，則刪除A1/B1/B2事件。如果收到B1或B2事件測量報告，選擇測量報告中信號質(zhì)量最好的小區(qū)對應(yīng)的頻點作為目標頻點進行重定向。對于盲A2事件，gNodeB下發(fā)RRCRelease，攜帶目標頻點等信息給UE。UE根據(jù)目標頻點等信息執(zhí)行到目標LTE小區(qū)的隨機接入。UE收到目標LTE小區(qū)的隨機接入響應(yīng)。至此，完成了基于重定向的EPSFallback過程。

如圖7所示，EPS Fallback后續(xù)的語音業(yè)務(wù)由VoLTE接管，5G只做數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，且NR只和4G進行互操作，保證語音業(yè)務(wù)連續(xù)性。需要注意的是，EPS Fallback方案允許5G終端駐留在5G NR，但不在5G NR上提供語音業(yè)務(wù)。由于回落過程中會有一定時延，呼叫建立時長增加。經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)驗證，基于切換或重定向的EPS Fallback語音建立時延，在SA終端互播時約為4 s，NSA與SA終端互播時約為2.7 s，NSA終端互播約為1.6 s，均較LTE終端互播時1.55 s左右的VoLTE建立時延有所增加。

圖7 EPS FB示意圖

掛斷電話后，用戶可以通過基于切換或重定向的Fast Return快速回到5G。其中基于切換的Fast Return信令流程圖，如圖8所示。用戶掛斷電話后，基站下發(fā)B1測量，待收到終端上報的測量報告開始Fast Return的切換流程。

圖8 基于切換的Fast Return流程圖

而基于重定向的Fast Return信令流程圖，如圖9所示。用戶掛斷電話基站下發(fā)B1測量，用戶上報B1測量報告后，LTE小區(qū)RRC REL消息攜帶重定向到5G頻點，然后可通過重定向方式的Fast Return回到5G小區(qū)。

圖9 基于切換的Fast Return流程圖

如圖10所示，當(dāng)VoNR發(fā)展成熟（網(wǎng)絡(luò)完善、終端滲透率高）后，僅共享5G基站。NR接入5GC，LTE接入EPC，通過VoNR來提供語音，到了5G覆蓋邊緣，通過N26切換到各自4G VoLTE，后續(xù)的語音業(yè)務(wù)由4G接管。VoNR全部業(yè)務(wù)承載于5G網(wǎng)絡(luò)上，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)在同一網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一。部署Vo NR后語音質(zhì)量可以得到一定提升[9-10]。

圖10 VoNR切換示意圖

3 SA共享網(wǎng)絡(luò)語音業(yè)務(wù)實驗驗證

3.1 基于PLMN的EPS Fallback策略驗證

在SA接入網(wǎng)100 M共享載波場景下，為了驗證EPS Fallback采用切換/重定向策略時，不同運營商用戶是否可以回落至各自的4G網(wǎng)絡(luò)，配置了1個5G SA小區(qū)和兩個4G小區(qū)（運營商A和B各一個），總計三個小區(qū)進行測試。其中，5G小區(qū)配置為共享載波，與運營商A和B的4G小區(qū)相互設(shè)置鄰區(qū)關(guān)系；4G小區(qū)配置為與5G SA小區(qū)覆蓋區(qū)域相同。此外，需配置語音業(yè)務(wù)通過切換或重定向回落到LTE網(wǎng)絡(luò)，兩部SA語音測試終端，初始駐留在5G小區(qū)。

（1）采用切換策略的EPS Fallback功能驗證

5G SA共享小區(qū)配置為運營商A載波頻率（3 400—3 500 MHz），兩終端使用運營商A的SIM卡，均在5G SA小區(qū)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并保持。

此時UE1向UE2發(fā)起語音業(yè)務(wù)請求，可見在IRAT NR-＞LTE HO Request消息中ARFCN：629952(5G)-＞1850(4G)；PCI:122(5G)-＞125(4G)，此后收到IRAT NR-＞LTE HO Success和Outgoing Call Established消息，即運營商A用戶基于切換語音回落到運營商A的LTE網(wǎng)絡(luò)，語音業(yè)務(wù)建立成功，通話正常?；谇袚Q的EPSFB測試過程截圖如圖11所示。

圖11 基于切換的EPSFB測試過程截圖

運營商A用戶最終可回落至運營商A的LTE小區(qū)125?；谇袚Q的EPSFB測試結(jié)果截圖如圖12所示。

圖12 基于切換的EPSFB測試結(jié)果截圖

測試結(jié)果符合測試預(yù)期，可見設(shè)備支持基于不同PLMN終端的語音業(yè)務(wù)通過PSHO切換的方式正?；芈渲粮髯缘?G網(wǎng)絡(luò)。

（2）采用重定向策略的 EPS Fallback功能驗證

5G SA共享小區(qū)配置為運營商B載波頻率（3 500—3 600 MHz），兩終端使用運營商A的SIM卡，均在5G SA小區(qū)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并保持。

此時UE1向UE2發(fā)起語音業(yè)務(wù)請求，可見在IRAT NR-＞ L Redirection Request消息中EUREA Frequency：1 850（運營商A 4G），此后收到IRAT NR-＞L Redirection Success和Outgoing Call Established消息，可見運營商A用戶在運營商B的5G網(wǎng)絡(luò)下可以基于重定向語音回落到運營商A的LTE網(wǎng)絡(luò)，語音業(yè)務(wù)建立成功，通話正常。

基于重定向的EPSFB測試過程截圖如圖13所示。

圖13 基于重定向的EPSFB測試過程截圖

運營商A用戶最終可回落至運營商A的LTE小區(qū)125，基于重定向的EPSFB測試結(jié)果截圖如圖14所示。

圖14 基于重定向的EPSFB測試結(jié)果截圖

由此可知，測試結(jié)果符合預(yù)期，確保了在5G共享網(wǎng)絡(luò)發(fā)起語音業(yè)務(wù)時，設(shè)備支持基于不同PLMN終端的語音業(yè)務(wù)通過重定向的方式正?；芈渲粮髯缘?G網(wǎng)絡(luò)。

3.2 Fast return策略驗證

在SA接入網(wǎng)200 M共享載波場景下，為了驗證當(dāng)駐留在各自頻段的不同運營商用戶采用基于切換或重定向的EPS Fallback策略互撥回落至各自4G網(wǎng)絡(luò)后，是否可在通話結(jié)束后通過基于切換或重定向的Fast return回退各自頻點，配置了5G SA小區(qū)2個，4G小區(qū)2個（運營商A和B各一個），共4個小區(qū)進行測試。其中，5G SA小區(qū)配置為200 M共享載波，且參數(shù)設(shè)置正常，工作正常；4G小區(qū)與5G SA小區(qū)覆蓋相同區(qū)域，工作正常。

UE1使用運營商A的SIM卡，UE2使用運營商B的SIM卡，根據(jù)200 M共享載波下不同運營商用戶駐留各自5G頻段策略，UE1駐留在運營商A小區(qū)，UE2駐留運營商B小區(qū)，如圖15所示。

圖15 兩部終端在5G入網(wǎng)注冊成功

兩終端均在5G SA小區(qū)發(fā)起數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并保持，此時UE1向UE2發(fā)起語音業(yè)務(wù)請求，兩終端回落到各自的4G網(wǎng)絡(luò)。通話30 s后中斷語音業(yè)務(wù)，保持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，觀察終端情況。當(dāng)配置為基于切換的fast return時，如圖16所示，兩終端均可成功回退至各自5G SA小區(qū)。

圖16 基于切換的Fast Return至5G小區(qū)

當(dāng)配置為基于重定向的fast return時，如圖17所示，兩終端也可成功回退至各自5G SA小區(qū)。

圖17 基于切換的Fast Return至5G小區(qū)

由此可知，200 M共享載波下不同運營商用戶最終可以駐留到各自頻段小區(qū)；保持數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時建立語音，不同運營商用戶可分別回落至各自的4G網(wǎng)絡(luò)；語音業(yè)務(wù)掛斷后，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以快速返回5G網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語

本文闡述了共建共享SA接入網(wǎng)組網(wǎng)方案，并針對演進過程的不同階段給出了對應(yīng)的語音解決方案。針對SA組網(wǎng)初期采用的EPS Fallback和Fast Return語音策略，介紹了基于切換或重定向兩種實現(xiàn)方式，最后對兩種方式分別進行現(xiàn)場測試。經(jīng)驗證，基于切換或重定向的EPS Fallback均可實現(xiàn)在SA接入網(wǎng)共享的組網(wǎng)環(huán)境下進行語音業(yè)務(wù)，并可在結(jié)束通話后通過基于切換或重定向的Fast Return快速回到5G。具體采用何種方式實現(xiàn)，建設(shè)時可根據(jù)需求進行選擇，且后續(xù)的語音業(yè)務(wù)技術(shù)研究可伴隨5G共建共享版本的演進持續(xù)進行。