相对于4G语音使用的4G-LTE网络承载语音(Voice over LTE,VoLTE)技术,5G语音方案有多种选择。5G语音方案常见的有EPS Fallback和5G网络承载语音(Voice over NR,VoNR)技术,扩展可以实现Wi-Fi网络承载语音(Voice over Wi-Fi,VoWi-Fi),5G语音接入呈现多样性的特征,本节将对其做详细介绍。
在5G建设初期,网络连续覆盖不足,为了保障用户语音的连续性,采用EPS Fallback语音方案,当终端在5G基站gNodeB下接入情况发起语音IP多媒体系统(IP Multimedia Subsystem,IMS)通话需求,则会触发信令通道切换,gNodeB会向5G核心网发起重定向或者无线接入技术(Radio Access Technology,RAT)切换请求,终端回落到4G LTE网络,通过VoLTE进行语音通话。
EPS Fallback有以下3种方式。
基于N26接口(AMF与MME之间的接口)的切换:通过N26接口传递移动上下文信息。
无N26接口的回落:通过重定向方式传递上下文信息。
双注册终端的回落:终端同时注册,通过VoLTE进行传递上下文信息。
VoNR是5G基础语音类业务目标解决方案,相比目前采用EPS Fallback回落至VoLTE的方案具有明显的优势,具体体现在以下几个方面。
呼叫接续时延小:接续过程不切换,接续时延小,接续时延约为3秒;而如果接续过程发生切换,则接续时延较大,接续时延约为4~5秒。
数据业务并行使用:当VoNR的承载频率与5G体验相近时,数据业务承载在5G,对数据业务不会产生影响,而EPS Fallback数据业务切换至4G,用户在通话中可能影响部分高速数据的业务体验,或导致只能承载在5G的面对行业用户(to Business,toB)数据业务中断,VoNR语音方案如图1-27所示。
图1-27 VoNR语音方案
VoNR的语音需要由IMS网络处理,涉及代理呼叫会话控制功能(Proxy-Call Session Control Function,P-CSCF/BAC)、I-CSCF、S-CSCF、E-CSCF、MMTEL AS、MGCF/MGW、IBCF/TrGW、其他应用服务器(Application Server,AS)等。
CSCF/BAC应能在主叫或者被叫流程中从Rx接口获取并识别5G位置信息,且通过P访问网络信息(P Access Network Info,PANI)携带至IMS其他网元,支持EVS编解码和H.265编解码协商和传递;同时支持呼叫相关关键绩效指标(Key Performance Indicator,KPI)话务统计:增加4G用户和5G用户的区分统计,增加VoNR、EPS Fallback、VoLTE呼叫方式的区分统计。
I-CSCF和S-CSCF应能识别并处理5G位置信息,支持EVS编解码和H.265编解码协商;同时支持呼叫相关KPI话务统计:增加4G用户和5G用户的区分统计。
E-CSCF根据5G位置信息进行紧急呼叫中心的路由映射,完成基于VoNR的紧急呼叫流程,支持将5G位置信息写入计费信息中;支持新一代的语音频编码器(Enhance Voice Services,EVS)和H.265编解码协商。
MMTEL AS应能识别并处理5G位置信息,支持将5G位置信息写入计费信息中;支持EVS编解码和H.265编解码协商;同时支持呼叫相关KPI话务统计,增加4G用户和5G用户的区分统计。
MGCF应能支持EVS编解码和H.265编解码协商。MGW应能支持EVS和H.265编解码透传、EVS编解码与其他编解码转换、H.265编解码与其他编解码转换。
IBCF应能支持EVS编解码和H.265编解码协商,TrGW应能支持EVS编解码和H.265编解码透明传输。
其他AS根据自身业务要求,按需支持对5G位置信息进行相应的处理或直接透明传输,支持将5G位置信息写入计费信息中;按需支持EVS编解码和H.265编解码协商,例如,涉及媒体传递,还需支持EVS编解码和H.265编解码传递。
VoNR语音对5GC网络的AMF、SMF、PCF和UDM/HSS等网元有如下要求。
AMF在UE注册流程中,需要向UE指示IMS VoPS(基于PS域的IMS语音业务)支持能力。AMF向UDM发起注册时,携带IMS VoPS指示,AMF向UE下发registration accept(注册接受)时,携带IMS-VoPS-3GPP指示。
SMF网元需要支持IMS会话建立时将P-CSCF IP地址下发给UE;可以在SMF本地配置P-CSCF IP地址。SMF也可以通过NRF发现,NRF向SMF提供P-CSCF的IP地址或FQDN。SMF根据S-NSSAI、UE位置信息、本地策略、UE IP、接入类型、UPF位置、数据网络名称(Data Network Name,DNN)等选择P-CSCF。SMF支持P-CSCF容灾的相关功能要求。SMF支持UDM/HSS Based P-CSCF Restoration流程,SMF在接收到UDM关于P-CSCF/BAC发生容灾的通知时,应能启动P-CSCF地址列表更新。
PCF网元需要向P-CSCF提供用户位置信息。UE进行IMS注册时,PCF要通知5GC进行用户位置上报。5GC对PCF进行位置上报后,UE的位置信息会在3GPP-UserLocation-Info AVP中随着RAR消息上报给P-CSCF。PCF支持为语音和视频业务建立指定的QoS流:终端发起呼叫,发送SIP INVITE消息到P-CSCF。P-CSCF收到SIP消息后,向PCF触发资源预留流程。P-CSCF发送AAR请求,请求建立语音专用QoS流(5QI=1),并要求获取用户位置信息。PCF通过Npcf_SMPolicyControl_UpdateNotify服务,通知SMF为用户建立5QI=1的语音专有QoS流。
UDM/HSS需要支持基于UDM/HSS based的P-CSCF容灾处理功能。UDM/HSS在接收到S-CSCF的SAR消息中携带P-CSCF/BAC发生容灾的指示时,应能通知AMF完成PDU Session Release,从而更新P-CSCF地址列表,或者直接通知SMF完成P-CSCF地址列表更新,采用哪种方式可配置,支持识别紧急DNN,并能下发紧急策略控制与计费(Policy Control and Charging,PCC)规则和QoS流。
VoWi-Fi主要面向5G SA用户,在运营商部署的家庭网关下使用VoWi-Fi业务,实现5G用户VoWi-Fi基本业务流程、VoWi-Fi业务鉴权、用户位置信息获取及传递、SWF接口互通、终端功能等验证。
业务实现方面,用户终端可以在室内无线弱覆盖或无覆盖场景下,通过接入Wi-Fi进行语音呼叫及短信收发,具体部署和信令细节见本书第3章SA语音方案的相关内容。