運營商語音業務發展探討

［陳俊明 張潔 王岱］

1 語音業務現狀與挑戰

語音是運營商的一項基本業務，隨著移動互聯網時代的到來，數據業務在運營商總體營收中的比例逐步增加，但語音收入仍是運營商較大的單項收入，是運營商穩定的收入來源。以中國移動為例，語音+彩短信2020年上半年收入仍有558.3億元，占比14.3%。另外，語音也是用戶的剛需，擁有最廣泛的用戶基礎，用戶對運營商語音的體驗滿意度對運營商的品牌形象有較大的影響，商用網絡質量評測組織P3-GROUP所定義的網絡質量評估方法中語音體驗分占比仍有40%。所以，在未來相當長時間內運營商仍需運營好語音業務。

語音向VoLTE的切換方面，中國移動從2015年8月就開始商用VoLTE，中國電信從2018年11月底開始全網試商用VoLTE，中國聯通由于WCDMA覆蓋較好，CS語音質量相對較好，VoLTE的商用推進滯后，從2019年6月才開始試商用VoLTE。目前三大運營商VoLTE用戶都發展了相當的規模，但仍需進一步推進VoLTE用戶數的繼續增加，以便運營商加快騰退2G/3G，減少不同制式的運維成本，提升頻譜利用效率。目前VoLTE業務上存在如下挑戰。

VOLTE用戶數快速發展相關挑戰：VoLTE用戶數要做到快速發展既離不開終端的支持也跟系統整體的感知保障相關。從用戶體驗的角度看，用戶感知的是電話“打得通”、“接得快”、“不掉話”、“聽得清”和“看得清”。影響用戶感知的因素眾多，有的不是以故障的形式體現出來的，如“聽得清”，所以需要有系統化的手段進行用戶感知保障。

核心網大區部署相關挑戰：考慮到集約化運營，運營商普遍推行大區制建設，將控制面網元I/S-CSCF，MMTEL AS等放到大區進行集中部署，將用戶面網元SBC仍放到本地部署和運維；跨地區跨團隊溝通協調成本高，為降本增效，需要能夠高效定位語音相關故障。

核心網云化相關挑戰：運營商逐步推進語音核心網IMS虛擬化/云化，逐漸從二層解耦（軟、硬件解耦）向三層解耦（應用、虛層、硬件解耦）推進，語音相關故障需要具備跨層高效定位的能力。

隨著2019年5G開始啟動建設，跟5G引入相關語音業務還有如下挑戰：

共建共享相關挑戰：中國電信和中國聯通進行了共建共享，中國移動與中國廣電也將開展共建共享，這一方面節省了運營商的5G投資、加速了5G網絡的建設，另一方面出現問題需要跨運營商進行定位，復雜度大大增加。

5G引入對4G覆蓋影響相關挑戰：部署5G后一個共性的影響用戶體驗的問題來自于引入NSA后帶來的語音覆蓋收縮，這對小區邊緣的語音業務有影響。

多制式共存相關挑戰：運營商現網普遍有2G/3G語音、4G語音、固網語音，后續還將包括5G語音，硬件上目前存在分開的情況，不同網絡互通的開銷大，導致語音性能指標不佳，也使得運維非常復雜。

2 語音業務當前挑戰應對

考慮到語音長期上仍然是運營商不可或缺的業務，針對語音業務的各種挑戰需考慮適合的解決方案，下面分別說明。

2.1 促進VoLTE用戶數快速發展的挑戰應對

要使得VoLTE用戶數快速發展，一方面需要解決終端支持的問題。運營商需要推動終端進一步支持VoLTE，具體來說對于存量終端，建議推動終端廠家缺省情況下打開VoLTE支持的軟件開關；對于新上市終端推動硬軟件支持VoLTE，目前大部分新上市終端都已經支持VoLTE，工作的重點宜放在推動百元手機支持VoLTE。要使得VoLTE用戶數快速發展，另一方面需要保證VoLTE用戶數不斷增加時網絡的質量沒有下降，也就是需要做好用戶體驗保障。需要明確用戶體驗保障的目標，就是要保障通話的全過程的質量，包括用戶從撥號、接通、通話到掛機。首先需要將用戶體驗對應到網絡質量上，撥號、接通、通話到掛機，分別對應到注冊&附著（信令面）、接續（信令面）、保持&切換（信令面）和全過程語音/視頻（媒體面），在此基礎上考慮一系列的指標從而建立語音感知保障指標體系，如圖1所示。

圖1 語音感知保障體系

語音業務涉及到無線、承載、核心網PS、IMS/CS，針對不同網元需要考慮對應的指標，如呼叫接通率需要在主被叫的SBC/PCSCF/SCSCF/MMTel AS上都要具備此指標。

其次，需要有語音質量監測系統，針對這些指標的異常情況進行告警。由于語音業務涉及到無線、承載、核心網PS/EPC/5GC/IMS/CS多個域，域選、VoNR/VoLTE/CS、網間、省際、漫游等多個場景，在監測到具體的問題后需要全網元和全場景故障關聯分析。需要將用戶一次呼叫過程中涉及信令、事件、告警、KPI指標等進行端到端端的關聯，并支持鉆取細化，以便問題可以被定界定位。針對性能劣化問題，需要主動排查提前解決從而最大程度減少對用戶體驗的影響。

目前運營商發展VoLTE已經有相當長時間，有相當程度的經驗積累，目前階段VoLTE語音中影響用戶體驗的問題主要集中在語音質量差和掉話方面。這些問題大多數跟無線弱覆蓋、重疊覆蓋或干擾有關，建議運營商進一步做好LTE無線網絡的優化，做好基礎覆蓋層（中國移動900 MHz，中國聯通900 MHz，中國電信800 MHz）和容量層（三大運營商的1.8 GHz等頻段）的優化。弱覆蓋、重疊覆蓋的原因可能是4G某些地方原本就有的，或者由于區域空間傳播特性變化造成的，干擾則可能來自于5G部署。目前階段再通過路測來找到這些區域代價很高，建議充分利用MDT功能進行識別，將話單、網絡KPI指標、事件等信息關聯，然后通過小區級/用戶級鉆取結合地圖來找到實際問題所在位置。

2.2 核心網大區部署挑戰應對

運營商核心網普遍開始采用大區部署，帶來的挑戰主要有a.網絡容量不足（核心網信令面、承載）等問題的影響范圍更大，網絡擴容需要的溝通協調更多，需更長的處理時間b.發生故障后集團/大區、省分不同團隊需要協同定位問題，定位的復雜度增加了。

針對容量不足的影響面擴大的問題，建議考慮引入AI算法（如PROPHET/SARIMA/LSTM等算法）對網絡容量更好地進行預測，提前進行擴容。針對故障定位涉及到的不同團隊之間的協同，需要標準化、精細化協作流程，并調整好各自團隊的KPI以便發揮不同參與者的能動性。此外，還建議使用AI算法（PrefixScan，FP-Growth，知識圖譜等）自動輸出故障定位根因規則，由于一個故障可能引發多個告警，利用故障定位規則進行多告警關聯，僅將根因告警派發給運維人員進行處理，其他關聯告警作為根告警的補充信息，可以減少運維人員需要處理的告警數量，也可以減少不必要的省份與大區間的協同定位工作量。另外，有些告警僅短期內存在，如鏈路閃斷引發的大量告警在鏈路恢復后告警也隨之消除，在告警轉換為工單前，可以進一步做好無效工單的抑制，通過算法學習不同類別告警的抑制時長，可以避免將此類無效告警轉為工單派發給運維人員進行處理。當然告警關聯壓縮及無效工單抑制在非大區部署場景也可以應用，但在大區部署場景應用提效會更大。

2.3 核心網云化挑戰應對

在核心網云化部署后網元垂直拆分為硬件、虛層和應用層，不同層可能來自不同的供應商，從而進一步增加了系統維護的復雜度。

在“端到端橫向關聯”的基礎上，建議針對云化網元“層與層縱向關聯”進行故障的定界定位。在eUTRAN/UTRAN、CS、PS（MME/PGW/SGW）、IMS等涉及到業務流程網元涉及到的信令、事件、告警、KPI指標橫向關聯的基礎上，縱向上要將物理層、虛擬層與應用層信息關聯起來，從而保證出現故障時能夠快速定位問題。

2.4 共建共享挑戰應對

目前國內電信和聯通已經實施3.5 GHz共建共享，移動和廣電也將針對700 MHz共建共享，共建共享一方面可以降低網絡建設的成本，另一方面也給網絡的問題定位、小區切換中的語音質量保障帶來了挑戰。

共享基站的網管需要分別針對共享方、承建方的上級網管系統實現相關數據的上報，此外，還需要配置好小區切換門限，保證錨點5G到共享方4G之間的正常切換，規避由于配置導致的語音異常。另外，在共享方用戶語音出現問題時需要共享方的核心網、承載網與承建方的無線網協同定位問題，需要制定好問題處理協同流程并在實踐中不斷完善。

2.5 5G引入對4G的覆蓋影響應對

部署5G后一個共性的影響用戶體驗的問題來自于引入NSA后帶來的語音覆蓋收縮。NSA網絡下VoLTE和5G數據業務的并發，發射天線數相比傳統的4G語音少一半，導致上行損失3 dB，從而在網絡邊緣造成語音質量下降甚至掉話。

為了解決此問題，需要靈活地配置NSA終端的語音策略，在存在4G語音與5G數據雙連接時，如果是基站檢測到語音上行SINR低于某個門限時，可以考慮刪除5G數據連接來提升語音質量，在VoLTE業務結束后，觸發重新添加5G連接。

2.6 多制式共存挑戰應對

對于網絡中多制式共存帶來的語音性能指標不佳和運維復雜的問題，建議要求采用融合的語音核心網以便提升網絡效率、節約運營成本。

同時支持3G/4G/5G的融合語音核心網可以簡化組網，支持不同網絡制式的互操作，從而保證業務連續性、減少切換時延。融合語音核心網還建議要支持固網語音，實現固移融合。融合語音核心網中VoLTE需要支持軟件升級，可平滑演進VoNR，允許4G用戶不換卡不換號接入5G網絡。對于CS方面，一體化語音核心網需要支持ICS模式來接入老終端，以便最小化投資。業務能力方面，建議基于一體化語音核心網提供融合的高清語音/視頻和多方通話，提供多號碼、來電助手和vPBX等增強的個人和企業業務，保證用戶不同接入情況下體驗的一致性。

3 語音未來發展

隨著5G的發展，未來語音將向VoNR演進；隨著運營商拓展行業市場，語音業務作為運營商有競爭力的能力，可以向行業市場進行拓展；語音也將向更豐富的形態演進，用戶可以進行更豐富、多元的信息分享和協作互動。

3.1 向VoNR演進

3.1.1 標準演進

從標準角度看，3GPP R15中定義了EPS Fallback、VoNR、5G緊急呼叫、5G語音漫游；R16中針對IMS架構有增強，支持了SBI接口、5G到3G的語音回落，并定義了5G實時交互MTSI Data Channel等；R17將支持IMS專網、IMS與5GC切片互通、流量本地化、AR/VR沉浸式通話等。

3.1.2 VoNR演進時間表建議

目前市面上已出現支持VoNR的芯片，如高通的X60、聯發科Dimensity1000、Dimensity800、kirin990系列，但目前支持VoNR的手機型號還很有限，主流商用機型將在2021年支持VoNR，另外運營商5G網絡向SA的大規模部署也還需要一段時間。在SA僅有少量熱點覆蓋的情況下，如果直接引入VoNR可能會導致VoNR與VoLTE之間的乒乓切換，影響用戶體驗。綜合考慮終端的成熟度和網絡的覆蓋，建議考慮逐步引入VoNR，具體來說，建議2021-2022年使用EPS Fallback，同時增加SA網絡覆蓋；2021-2022年開展VoNR互聯互通測試，選擇部分城市試點VoNR；2022年從重點城市開始逐步在商用網絡引入VoNR；2023年開始支持VoNR切片化開通。

3.1.3 4G/5G互操作建議

在5G網絡建設初期，建議采用的語音方式是EPS Fallback，3GPP中有終端5G單注冊有N26接口、終端5G單注冊無N26接口以及終端4G/5G雙注冊這幾種情況。對于VoNR來說如果終端移出5G的覆蓋范圍，會存在5G到4G的切換，無N26接口估算會造成1 600 ms通話瞬斷、影響用戶體驗，所以建議規劃5GC和EPC之間互通的N26接口。

3.1.4 VoNR導入初期問題應對

參照VoLTE的建設經驗，VoNR導入期各方面的問題點估計都會比較多，終端、無線、核心網的問題都需要花大力氣去解決；到網絡發展期，問題主要會出現在無線和核心網；到網絡發展成熟期，運維的精力主要花在無線問題解決上。

VoNR導入初期，從系統側來說，配置工作量大，配置錯誤、配置缺失也會經常出現。對于網絡建設初期面臨的配置錯誤/缺失，建議引入自動化和AI的手段來提升效率，比如進行參數自動配置、自動檢查以及端到端自動測試。對于自動配置，可通過設定配置模板的方式，僅將必配參數抽取出來讓工程師手工配置，完整的配置命令由工具根據配置模板自動生成。對于自動配置檢查，建議利用AI手段來提效，利用NLP對搜集到的歷史命令進行分詞、構建知識圖譜，檢查配置時通過知識圖譜推理來發現配置命令可能的問題（錯誤配置、多余配置、缺失配置），再由工程師進行解決。

VoNR導入初期還會經常出現的問題是新用戶無法正常使用VoNR，有如下一些可能性：（1）手機終端硬件不支持VoNR，需要推動芯片、手機廠商在更多型號中支持VoNR。（2）終端硬件支持、軟件不支持，需要推動手機廠家去升級軟件。（3）手機硬軟件支持但是VoNR開關未打開（如目前華為P40/榮耀HonorX10/Honor30 VoNR開關出現在“開發人員選項中”，缺省關閉），此時需要引導用戶打開開關或推動終端廠家在手機系統中默認打開此開關。（4）手機軟硬件都支持，VoNR開關也打開，但用戶未在營業廳開通VoNR，網絡側建議做自動開通。自動開通也可以分為用戶確認后開通的和缺省開通兩種情形，對于用戶確認開通的情形，在用戶登陸5G網絡時由UDM/IMS HSS與短消息系統交互，由短消息系統發消息到用戶，讓用戶決定是否開通，如果確認開通，由短消息系統向BOSS系統觸發開通請求；對于系統缺省開通的情形，可以由IMS HSS發送請求到BOSS來觸發開通。

為對VoNR的用戶體驗進行保障，需要針對一系列接口進行采集。從接口的角度，優先建議采集的接口包括N1、N2、N11、N12、N8、N10、N3、N6,其他接口的采集逐步跟上。

3.1.5 無線增強

從始至終無線都會是語音優化及問題解決的一個重點，建議無線支持如表1的功能：

表1 無線增強功能

除以上功能以外，還建議綜合考慮網絡流量、各載波覆蓋、鄰區干擾等情況，在小區切換門限、VoNR與VoLTE間切換門限，負載均衡容量門限設置上引入AI算法，從而使小區邊緣的語音體驗更優。

無線弱覆蓋（如＜-110 dBm）、重疊覆蓋可能導致打不通、掉話、語音質量差等各種問題，需要針對高鐵、CBD及VIP出入較多的高價值區域進行針對性測試和優化。可以從無線的語音相關指標出發，集中整改一部分小區，比如找出5G語音駐留比低的TOPN進行分析和整改。

3.1.6 語音MOS值優化

從單個用戶角度而言，語音質差很多時候對應不到明確的用戶告警，但是對用戶的體驗會造成較大的影響。對于此問題，可以根據編解碼類型、抖動、丟包、時延幾個關鍵因素計算構建等價MOS，對多個接口的等價MOS按照一定的時間粒度進行計算，構建等價MOS熱力圖，充分利用網絡信息進行評估，從而保障VoNR通話感知。具體做法就是將語音進行時間分片，通過搜集通話中不同接口（主叫側gNB到UPF、主叫側UPF到SBC、主叫側SBC到被叫側SBC、被叫側SBC到UPF，被叫側UPF到gNB）不同時段的MOS值，找到MOS值低的時段，從而確定語音質量惡化的時間段和接口。再結合信令鉆取、統計信息關聯完成最終的定位，如圖2所示。

圖2 等價MOS熱力圖

需要注意的是VoNR由于使用EVS作為必選語音編碼，與4G階段主要使用的AMR-WB不同，等價MOS的計算也需要隨之做相應的調整。語音時間分片VoLTE常見使用5s，VoNR建議根據實際硬件資源情況選定（如使用3s），分片越小定位問題越精確。在VoNR階段，主被叫都使用VoNR且主被叫覆蓋良好的情況下MOS值可達4.0以上，語音質差認定的MOS值閾值建議比VoLTE定得更高一些，體現出EVS語音的優勢。

3.1.7 通話時延優化

通話接通時延大對用戶的體驗也會產生一定的影響，通話接通高時延問題基本不產生告警。應對的辦法主要是針對不同的呼叫場景（域選、網間、省際、漫游）通過接收、轉發時間打點建立各網元轉發的時延基線，設定網元轉發的時延偏差閾值，超過閾值時結合消息的方向，時延偏離的程度和偏離發生的首要網元進行定位。

3.2 行業拓展

行業市場是運營商未來營收增長的重要支撐。近年來運營商在行業市場持續發力，行業市場也是語音收入增長的潛力所在。運營商語音有其自身的優勢，運營商語音較之OTT軟件的語音使用更方便、語音質量更優、呼叫連續性好，此外，僅有運營商語音支持緊急呼叫，運營商語音還能支持固移融合，可連接各種傳統終端進行呼叫。建議可以把語音與專網專線搭配進行打包銷售，幫助運營商在于OTT專網、專線的競爭中構建自身的優勢。形態上可以是基礎的固網、移動語音，可以作為會議、統一通信的基礎能力以開放接口方式提供。

3.3 向多種形態演進

運營商語音與OTT相比體驗變化不大、無法滿足客戶復雜的溝通需求，是運營商語音話務量不斷走低的重要原因之一。

針對此問題業內也在進行總結和改進，標準組織已經在致力于相關工作，未來運營商語音能力將不斷擴展。VoNR未來可用于高清視頻通話、高清視頻客服,語音能力還將嵌入新型終端（如高清可視門禁、遠程監控攝像頭）；通過支持IMS Data Channel，VoNR未來還將支持更豐富和差異化的業務體驗，支持個人用戶在呼叫前、呼叫中和呼叫后進行更豐富、多元的信息分享和協作互動（如發送企業名片、可視菜單交互），支持垂直行業用戶進行交互式通話（互動遠程教育）及沉浸式通話（遠程維修、AR社交），這些能力無疑會給語音業務發展提供強大的動力。

當然這些能力的支持還需要從終端到應用各方面的支撐，發展起來還需要時日，建議運營商組建生態聯盟加以推進。從技術上講，需要將業務與基礎通信網絡能力解耦，搭建業務能力平臺、每個業務按照原子化/服務化原則進行設計，支持服務能力調用和小程序開發。從生態構建上講需要探索與終端廠商、應用廠商的合作模式；也需要制定合理的分成模式，從而吸引第三方業務開發者做業務創新。

4 展望

語音業務在可以想見的未來仍將會是一項重要的基礎業務，隨著技術的發展和演進、隨著運營商將語音能力對外開放，語音也將會以更綜合的形態體現出來，讓溝通變得更加高效，運營商也很有希望繼續在其中發揮核心作用。