5G語音回落4G解決方案探討

馬金蘭 楊征 朱曉潔

【摘? 要】為了解決5G網絡的語音業務提供問題，通過層層深入分析的方法，介紹了5G網絡幾種部署場景，研究了5G語音回落4G總體解決方案，分析了關鍵技術問題的具體實現方法及對現網設備的改造要求。

【關鍵詞】5G語音;演進分組系統;IP多媒體子系統

中圖分類號：TN919.8

文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1006-1010（2019）04-0037-06

[Abstract]?In order to deal with the provision of voice service in 5G networks， several 5G network deployment scenarios are introduced based extensive analysis. The overall solution to evolved packet system fallback is investigated， as well as the detailed implementation method and the transformation requirements of existing networks of key technical problems are addressed.

[Key words]5G Voice; evolved packet system; IP multimedia subsystem

1? ?引言

國家“十三五”規劃綱要提出積極推進第五代移動通信（5G）及啟動5G商用的要求。為了貫徹十三五規劃，工信部提出“十三五”時期要支持5G標準研究及技術試驗，啟動5G商用服務。目前國內運營商針對5G網絡的試驗正在如火如荼地進行中，針對5G用戶增強移動寬帶、海量大連接、低時延低可靠的三大應用場景進行探索。但是，5G網絡的部署仍然需要考慮5G用戶的傳統語音業務需求，因此，很有必要對5G網絡語音業務的解決方案進行探討。

對于5G網絡的語音業務解決方案，可以考慮基于5G NR的語音解決方案VoNR。但是在5G網絡初步部署階段，采用熱點部署方式，在5G網絡覆蓋很薄的情況下采用VoNR解決方案很容易造成掉話，用戶感知比較差。而且現階段5G NR尚不支持VoNR，如果現階段就考慮5G網絡的部署，就必須采用回落到4G為5G用戶提供語音業務的解決方案。

2? ?EPS Fallback總體技術方案

2.1? 5G網絡部署場景

3GPP標準定義了兩類部署模式，包括LTE與5G NR獨立部署的獨立組網（SA）和LTE與5G NR雙連接部署的非獨立組網（NSA）。同時，3GPP標準按這兩種模式，根據5G網絡不同階段可能存在的部署場景，細化了8種option，其中option1、option2、option5和option6屬于SA架構，option3、option4、option7和option8屬于NSA架構。目前國內運營商中NSA主要考慮option3，SA主要考慮option2。option3的部署架構如圖1所示。采用option3部署時，由于信令連接仍在LTE網絡上，因此，直接采用VoLTE網絡為5G用戶提供語音業務就可以了。

2.2? EPS Fallback總體解決方案

EPS Fallback指的是5G NR不提供語音業務，當EPS Fallback終端發起呼叫或者接受呼叫需在NR上建立音視頻承載時，觸發終端的重定向或切換流程，回落至LTE網絡，由VoLTE網絡為終端提供音視頻業務。

EPS Fallback的用戶終端駐留5G NR，在5G網絡完成注冊后將通過5G網絡注冊到IMS網絡，IMS信令將承載在5G網絡上。當用戶發起呼叫或者收到終呼請求，建立語音或者視頻專用承載時，用戶回落至4G網絡。由于引入了額外的回落過程，接續時間也比VoNR長1 s～2 s。EPS Fallback的部署要求是LTE和NR重疊覆蓋。EPS Fallback的好處在于NR只需支持IMS信令通道，而無需支持IMS話音通道，而且VoNR往往需要NR持續做網絡優化，以達到語音質量好和UE功耗低的要求。因此，可在5G NR初期聚焦發展數據業務，待NR網絡覆蓋和優化后再演進到VoNR。

3? ?EPS Fallback關鍵技術問題解決方案

3.1? 5G VoPS的支持

EPS Fallback終端在向5GC注冊時，需要將UEs usage setting設置為"voice centric"，向AMF上報終端具備"voice services include IMS voice"能力。AMF向UDM發送的注冊消息攜帶IMS-VoPS-3GPP指示所有TA均支持IMS-VoPS-3GPP。同時，AMF對EPS Fallback終端的響應消息registration accept中攜帶5GS network feature support，該信元的IMS-VoPS-3GPP指示為1（IMS voice over PS session supported over 3GPP access），向終端指示網絡支持IMS-VoPS-3GPP。

3.2? P-CSCF地址發現

與VoLTE P-CSCF地址發現類似，在5G網絡建立承載的流程中，EPS Fallback終端需在發往AMF的PDU Session Establishment Request中攜帶Extended protocol configuration options信元，該信元包含要求獲取P-CSCF IP地址信息的指示。SMF向AMF發送Namf_Communication_N1N2Message_transfer消息，消息中包含N1Message Container（PDU Session Establishment Accept消息）信元，PDU Session Establishment Accept消息中攜帶的Extended protocol configuration options包含P-CSCF的IP地址信息。AMF向RAN發送N2 PDU Session Request，在PDU Session Establishment Accept中攜帶的Extended protocol configuration options包含P-CSCF的IP地址信息。EPS Fallback終端收到網絡下發的PDU Session Establishment Accept，在Extended protocol configuration options中獲取P-CSCF地址信息的信元并存儲在終端中。

3.3? QoS映射

與VoLTE QCI的映射類似，IMS默認承載對應的業務類型是IMS Signalling，在呼叫建立過程中P-CSCF/BAC會通過Rx接口下發media type為Audio或者Video，PCF將會根據業務類型按表1匹配到對應的5QI并映射到相應的QoS特性。比如，IMS Signalling對應的5QI值是5，Audio對應的5QI值是1，Video對應的5QI值是2。

3.4? 5G位置信息獲取與傳遞

P-CSCF/BAC在收到用戶注冊請求Register、主叫用戶INVITE請求或者被叫用戶對INVITE消息的響應時啟動5G位置信息流程，通過與PCF/PCRF之間的Rx接口進行位置獲取。Rx接口相關流程與VoLTE位置信息獲取流程一致，但是接口消息攜帶的參數有所變化。首先是在AAA響應消息中RAT-TYPE新增5G接入類型"NG-RAN"（1006），IP-CAN-TYPE新增5G接入類型"3GPP-5GS"（8）。其次是在RAR請求中3GPP-User-Location-Info新增5G接入位置信息"NCGI"（135）和"TAI and NCGI"（136）。同時，P-CSCF/BAC將從Rx接口獲取到的位置信息通過在SIP消息中加插PANI進行傳遞，PANI新增5G相關接入信息，EPS Fallback語音中的PANI新增了access-type="3GPP-NR-FDD"和"3GPP-NR-TDD"。

3.5? PCF會話綁定

在VoLTE網絡中，存在多PCRF時，DRA需要做會話綁定，如圖4所示。在VoLTE終端完成附著后建立IMS默認承載，DRA記錄IP地址和PCRF的對應關系，PCRF記錄用戶所在的PGW。在VoLTE終端進行呼叫創建IMS專業承載時，DRA需要根據IP地址及上述對應關系找到IMS默認承接建立時的PCRF，PCRF將專用承接建立請求發送至前述記錄的PGW，從而保證IMS專用承載和默認承載在同一PGW。

在EPS Fallback中，存在多BSF時，BSF同樣需要做會話綁定。在EPS Fallback終端完成附著后建立IMS默認承載，BSF需要記錄IP地址和PCF的對應關系，PCF記錄用戶所在的SMF。但是，在EPS Fallback終端進行呼叫創建IMS專業承載時，P-CSCF只支持Rx接口，不支持服務化接口，無法和BSF交互，因此，無法直接利用BSF進行綁定。目前，可考慮以下的綁定方案：

（1）方案1：DRA和BSF分設方案

4? ? 現網改造需求分析

為了在現行網絡上實現通過回落4G為5G用戶提供語音業務的解決方案，需要對現行EPC網絡及VoLTE IMS網元進行相應的功能改造。主要改造功能點包括：

（1）EPC網元改造功能點

5? ?結束語

本文對5G語音回落4G解決方案進行探討，提出總體解決方案及關鍵技術問題的具體實現方案，對現有網絡提出改造要求，為5G語音業務的解決提供過渡方案，運營商可以結合自己的網絡特點和部署需求選擇合適的解決方案。

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