［刘智德 马金兰］

1 引言

目前国内通信网络正处于5G SA 部署初期，运营商采用从5G 回落到4G 网络的EPS Fallback 方案，通过VoLTE 技术为5G SA 用户提供语音业务。随着5G SA 网络达到一定的覆盖率，终端、NR、5GC 和IMS 网络都支持VoNR 后，将逐步过渡采用VoNR 为5G SA 用户提供语音业务。

VoNR 即Voice over NR，指话音业务承载在5G 无线接入NR 即gNB 上。在VoNR 下，终端驻留NR，语音业务和数据业务都承载在5G 网络，解决EPS Fallback 方案引起数据业务带宽受限等问题。通话中的手机终端移动到NR 信号覆盖较差的区域时，还可以发起基于覆盖的切换来实现和4G 的互操作，切换到LTE 由VoLTE 继续来提供服务，避免覆盖原因引起的业务问题。

2 VoNR 总体技术方案

2.1 5G 网络部署场景

3GPP 标准定义了两类部署模式，SA 和NSA。其中SA（standalone）即LTE 与5G NR 独立部署的独立组网；NSA（non-standalone）即LTE 与5G NR 双连接部署的非独立组网。3GPP 标准按这两种模式，根据5G 网络网络不同阶段可能存在的部署场景，细化了8 种option，其中 option1、option2、option5 和option6 属于SA 架构，option3、option4、option7 和option8属于NSA架构。目前国内运营商中SA 主要采用option2，NSA 主要采用option3。在option2 的部署方式中，由于信令连接在5GC和NR 上，不采用VoNR 时用户需回落至4G 网络解决语音业务，采用EPS Fallback 为5G 用户提供语音业务。

2.2 VoNR 总体解决方案

VoNR 的用户终端驻留5G NR，语音业务和数据业务都承载在NR 网络。在5G 网络完成注册后将通过5G网络注册到IMS 网络，IMS 信令将承载在5G 网络上，当用户发起呼叫或者收到终呼请求，在5G NR 网络建立语音或者视频专用承载。与EPS Fallback 相比，由于不需要回落过程，流程相对简单，接续时间也会短于EPS FallBack。VoNR 中的NR 不仅需要支持IMS 信令通道（SIP over NR），还需要支持IMS 话音通道（RTP/RTCP over NR）,对实时性的要求较高，因此往往需要NR 持续做网络优化，以达到语音质量好和UE 功耗低的要求。

VoNR/EPS FB 语音呼叫建立流程如图1 所示。

图1 VoNR/EPS FB 语音呼叫建立流程

步骤1：终端发起呼叫，发送SIP INVITE 消息到PCSCF/BAC。

步骤2：PCSCF/BAC 向5GC 发起位置查询。

步骤3：5GC 通知NR 建立专载。

步骤4：5GC 协同NR 建立专载，此步骤为VoNR 呼叫建立专载步骤。

步骤4’：此步骤为EPS FB 呼叫建立专载步骤。

4’-1：NR 建立专载失败，并向5GC 告知需要回落

4’-2：NR 发起回落，在4G 网络建立专载。

步骤5：成功建立专载后，5GC 向PCSCF/BAC 返回位置信息，对于VoNR 呼叫，返回5G 位置信息；对于EPS FB 呼叫，返回4G 位置信息。

步骤6：主叫PCSCF/BAC 将接入类型、位置信息映射到INVITE 消息的P-Access-Network-Info 头域中，并通过IMS 网络将呼叫接续到被叫。

步骤7：被叫向被叫PCSCF/BAC 发送183。

步骤8～11：被叫侧建立专载，过程与主叫侧相同（步骤2～5）。

步骤12：被叫PCSCF/BAC 将接入类型、位置信息映射到183 消息的P-Access-Network-Info 头域中,并通过IMS 网络将183 接续到主叫。

后续流程与VoLTE 相同

VoNR 视频业务主被叫流程与音频业务类似，不同点是对于视频业务，除了建立语音专有承载外，还需同时建立视频专有承载。

2.3 VoNR 与EPS FallBack 差异分析

VoNR 与EPS FallBack 是5G 用 户语音业务的两种实现方式，因此两者的区别在于呼叫流程。在注册流程中，两者没有区别，均在5G 网络中完成，不涉及4G 网络。

VoNR 与EPS FallBack 差异如表1所示。

表1 VoNR 与EPS FallBack 差异比对表

（1）承载网络及专用承载

VoNR话务承载在5G网络上，EPS FallBack则需要回落到4G 网络，话务承载在4G 网络上。由于承载网络不同，两者所建立的语音和视频专用承载也不同，其中VoNR 话务的语音专用承载为5QI=1、视频专用承载为5QI=2；EPS FallBack 话务的语音专用承载为QCI=1、视频专用承载为QCI=2。

对VoNR 和EPS FB 呼叫流程的对比分析，VoNR 与EPS FB 最主要的区别在于专载的建立。VoNR 呼叫直接在5GNR 上建立专载，EPS FB 需要先触发回落，然后在4G上建立专载，因此EPS FB 比VoNR 多了一个回落过程，相应的，其接续时长也比VoNR 的更长。

（2）位置信息

①Rx 接口中的位置信息

VoNR 与EPS FallBack 使用相同IP-CANTYPE（=3GPP-5GS（8））,不同RAT TYPE。其中VoNR 的RAT TYPE值 为NR（1006），EPS FallBack 的RAT TYPE 值为EUTRAN（1004）。VoNR 流程中，RAR 消息携带5G 接入位置信息”NCGI”（135）或”TAI and NCGI”（137）字段，包含5G 网络的小区标识。EPS FallBack 流程中，RAR 消息携带4G 接入位置信息"TAI and ECGI"（130）字段，包含4G 网络的小区标识。

② P-Access-Network-Info 字段中的位置信息

P-Access-Network-Info中包含access-class 和accessinfo。对于VoNR，access-class 取值"3GPP-NR"，accessinfo 携带5G 网络的小区标识；对于EPS FallBack，accessclass 取值"3GPP-E-UTRAN "，access-info 携带4G 网络的小区标识。

因此，在VoNR 中，P-CSCF/BAC 应能识别Rx 接口携带的5G 位置信息，并能映射至P-Access-Network-Info中进行传送，呼叫相关KPI 话务统计需增加4G 用户和5G 用户的区分处理；S-CSCF 应能识别5G 位置信息，呼叫相关KPI 话务统计增加4G 用户和5G 用户的区分处理；MMTEL AS 应能识别5G 位置信息，并能根据在呼叫话单中填写5G 位置信息，呼叫相关KPI 话务统计需增加4G用户和5G 用户的区分处理。其他业务平台AS 如需使用位置信息，应能识别并处理5G 位置信息。

此外，在日常运营中，运营商需掌握VoNR 与EPS FallBack 的话务情况，因此还需要对VoNR 与EPS FallBack 进行KPI 话务统计。对于VoNR 话务，P-CSCF/BAC、S-CSCF、MMTEL AS 均可根据P-Access-Network-Info 中携带的5G 位置信息（access-class），实现VoNR话务的KPI 话务统计。对于EPS FallBack 话务，P-Access-Network-Info 中携带4G 位置信息，与VoLTE 话务相同，因此无法与VoLTE 话务区分。针对EPS FallBack 话务的特点：用户发起呼叫时携带5G 位置信息，后续呼叫中变更为4G 位置信息，呼叫过程中位置信息发生变化。IMS网络中仅P-CSCF/BAC 参与此变化过程，因此仅P-CSCF/BAC 能识别此类话务。由此，P-CSCF/BAC 还需增加EPS FallBack 话务相关KPI 话务统计。

（3）媒体流编解码

VoNR 语音通话业务优先采用EVS 编解码，同时支持AMR-NB 编解码的窄带语音通话以及采用AMR-WB编解码的宽带语音通话。VoNR 视频业务优先采用H.265 1080P 30FPS 编解码，同时支持H.264 VGA/720P,15FPS 以上编解码，并支持通话过程中通过协商改变视频分辨率。

EPS Fallback 业务承载在4G+VoLTE 网络上，目前VoLTE 网络支持语音业务的AMR-NB 编解码、AMR-WB编解码,视频业务的H.264 编解码。

因此，在支持VoLTE 现有编解码能力的基础上,负责媒体传送的P-CSCF/BAC，还需支持EVS 编解码、H.265编解码，并支持新增编解码与现网各种编解码的媒体转换；其他IMS 网元需支持EVS 编解码、H.265 编解码的协商。

（4）紧急呼叫流程

除基本呼叫中的差异外，在紧急呼叫中，VoNR 与EPS FallBack 也不尽相同。

对于EPS FallBack 的紧急呼叫，终端判断需发起紧急呼叫，则发送Service Request，其中业务类型为emergency services fallback，NR 根据业务类型发起紧急回落，终端回落至4G 网络，在4G 网络完成紧急附着并建立紧急承载，之后再发起IMS 紧急注册和呼叫，语音承载建立在4G 网络，因此，EPS FallBack 紧急呼叫的紧急承载和语音承载都是在4G 网络，用户的位置信息也是4G 的位置信息。对于IMS 网络来说，在 EPS FallBack 前并没有收到紧急呼叫的INVITE 消息，IMS 并不感知EPS FallBack 的过程，因此，IMS 网络的处理与对普通的VoLTE 紧急呼叫的处理是相同的。

对于VoNR 的紧急呼叫，VoNR 终端在5G 发起紧急注册（对于未注册的终端），注册之后直接在5G 发起紧急PDU session 建立流程，然后在这个5G 承载上发起IMS 紧急注册和紧急呼叫流程，语音承载建立在5G 网络，因此，与EPS FallBack 不同的是，VoNR 紧急呼叫紧急PDU session 建立在5G 网络，后续的语音专用承载也建立在5G 网络，用户的位置信息也是5G 的位置信息。P-CSCF/BAC 需要将5G 位置信息通过PANI 传递至E-CSCF，E-CSCF 根据5G 位置信息进行紧急呼叫中心的路由映射。

3 VoNR 对网络的要求

基于上述对VoNR 和EPS FallBack 的差异分析，在已经支持EPS FallBack 的基础上，IMS 和5G 网络还需支持以下要求，方能支持VoNR 功能。

3.1 对IMS 网络的要求

（1）P-CSCF/BAC

P-CSCF/BAC 应能在主叫或者被叫流程中从Rx 接口获取并识别、处理5G 位置信息（IP-CAN TYPE 值为3GPP-5GS（8），RAT TYPE 值为NG-RAN（1006））；且通过P-Access-Network-Info 携带至IMS 其他网元，其中access-class 取值"3GPP-NR"，access-info 携带5G 网络小区标识；支持EVS 和H.265 编解码。

（2）I-CSCF、S-CSCF

I-CSCF 和S-CSCF 应能识别5G 位置信息，呼叫流程支持对5G 位置信息的处理。

（3）E-CSCF

E-CSCF 应支持根据5G 位置信息进行紧急呼叫中心的路由映射，支持紧急话单中填写5G 位置信息，完成基于VoNR 的紧急呼叫流程。

（4）MMTEL AS

MMTEL AS 应能识别5G 位置信息，基本呼叫流程支持对5G 位置信息的处理，在呼叫话单中填写5G 位置信息。

（5）MRFP

MRFP 需支持EVS 和H.265 编解码。

（6）其他AS

其他AS 应能识别5G 位置信息，支持基本呼叫流程支持对5G 位置信息的处理，根据需要对位置信息进行相应的处理或者直接透传，如业务涉及媒体交互，需支持EVS 和H.265 编解码。

3.2 对5GC 的要求

（1）5GC 网元应能支持音视频业务建立过程中所需要的语音专用承载（5QI=1）和视频专用承载（5QI=2）的建立、修改和删除。

（2）5GC 网元应能支持VoNR 紧急呼叫相关的紧急附着和紧急承载建立、修改、删除等。

（3）PCF/PCRF 应能通过Rx 接口向P-CSCF/BAC传递5G 位置信息。

3.3 对NR 的要求

（1）支持对VoNR 业务建立5QI 5 默载、5QI 1 专载、5QI 2 专载，分别承载SIP 信令、语音业务和视频业务。

（2）支持VoNR 紧急呼叫相关的紧急附着和紧急承载建立、修改、删除等。

（3）支持通过优先响应话音业务所在逻辑信道组的SR 请求。

（4）对话音业务和视频业务承载，支持头压缩（含IPv6 和IPv4）。

（5）对话音业务和视频业务承载，支持RLC 分段，最大分段数支持配置。

（6）对话音业务和视频业务承载，支持slot aggregation。

（7）对话音业务和视频业务承载，支持下行SPS。

（8）对话音业务和视频业务承载，支持上行Configured Grant。

（9）支持无线侧基于覆盖、容量等准则，通过MAC CE 触发终端发起话音编码codec 调整。

4 EPS FallBack 向VoNR 演进建议

EPS FallBack 向VoNR 的演进，可分为三个阶段：EPS Fallback阶段、EPS Fallback和VoNR并存阶段、VoNR阶段。

可在NR 中设置开关：VoNR 功能开关、策略开关，实现EPS FallBack 向VoNR 的演进。两个开关与各阶段的关系如下：

（1）EPS Fallback 阶段：关闭VoNR 功能开关，所有5G 语音业务采用EPS Fallback 解决方案。

（2）EPS Fallback 和VoNR 并存阶段：开启VoNR功能开关，开启策略开关，根据策略决定采用VoNR 或EPS Fallback 方案，满足策略要求的情况下NR 执行VoNR流程，否则执行EPS Fallback 流程。

（3）VoNR 阶段：开启VoNR 功能略开关，关闭策略开关，该阶段默认所有终端都支持VoNR,所有5G 语音业务执行VoNR 流程。

根据演进过程所处的阶段依次设置开关：VoNR 功能开关关闭→VoNR 功能开关开启，且策略开关开启→VoNR 功能开关开启，且策略开关关闭。

（1）目前国内运营商均处在EPS Fallback 阶段，因此，VoNR 功能开关关闭。

（2）当满足以下3 个条件时，运营商具备开展VoNR业务的能力：现网IMS 网元、5GC 网元、NR 都已经支持VoNR；具备支持VoNR 的商用终端；现网NR 达到语音业务对应的覆盖率要求。当决定要逐步开启VoNR 时，在完成现网试验的基础上，从覆盖率较高的NR 开始，逐渐开启现网NR 的VoNR 功能，同时打开策略开关，NR根据策略触发VoNR 或EPS Fallback 流程，进入到EPS Fallback 和VoNR 并存阶段。

（3）当默认所有终端都支持VoNR 时，关闭NR 上的策略开关，所有终端语音业务执行VoNR 流程，进入到VoNR 阶段。

注意事项：在现网NR 大批量开启VoNR 功能之前，建议进行现网试点，选取少量NR 开启VoNR 功能，并进行VoNR 业务测试，尤其是5G 和4G 边界的切换对音视频业务的影响情况。

5 结束语

本文对VoNR 语音解决方案进行探讨，分析VoNR 与EPS Fallback 的差异，提出EPS Fallback 向VoNR 的演进建议，对网络提出能力要求，为5G 语音业务的解决提供最终方案，运营商可以此为参考，并结合自己的网络特点和部署需求选择合适的解决方案。