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Vo5G 技术白皮书 发布日期 2018 年 7 月 华为技术有限公司 1 版权所有 华为技术有限公司 2018。 保留一切权利。 非经本公司书面许可，任何单位和个人不得擅自摘抄、复制本文档内容的部分或全部，并不得以任何形式传播。 商标声明 和其他华为商标均为华为技术有限公司的商标。 本文档提及的其他所有商标或注册商标，由各自的所有人拥有。 免责 声明 本 文档 可能含 有 预测 信息 ， 包括 但 不限于 有关未来 的财务、 运营、产品 系列 、 新技术等 信息 。 由于 实践中 存在 很多 不确定因素， 可能 导致实际 结果 与 预测信息 有 很大 的 差别。 因此 ， 本 文档信息 仅供参考 ， 不 构成任何要约或 承诺 。 华为 可能 不经 通知修改 上述信息， 恕不 另行通知。 华为技术有限公司 地址： 深圳市龙岗区坂田华为 基地 邮编： 518129 网址： huawei Vo5G 技术白皮书 2 目 录 1 引言 . 5 2 Vo5G 已随 5G 一起标准化 . 5 2.1 什么是 Vo5G? . 5 2.2 Vo5G 标准进展 . 6 2.3 语音、视频编码标准进展 . 7 2.4 Vo5G 话音方案介绍 . 7 2.4.1 VoNR . 7 2.4.2 EPS FB . 8 2.4.3 VoeLTE .10 2.4.4 RAT FB .10 2.5 Vo5G 短信和 USSD 方案介绍 . 11 2.6 不同 5G 组网下 Vo5G 方案介绍 . 12 2.6.1 EPC NSA 方式引入 5G .12 2.6.2 5GC 方式下引入 5G.13 3 Vo5G 是加速 5G 发展的一个重要技术 . 17 4 迈向 Vo5G 之路： IMS 就绪是前提条件 . 18 5 迈向 Vo5G 之路：加速 VoLTE 商用是 Vo5G 的基础 . 18 5.1 5G 商用初期选择的话音方案 . 18 5.2 向 VoNR 演 进 . 20 5.2.2 路径 1： VoLTE-EPS FB-VoNR.21 5.2.3 路径 2： VoLTE- VoNR .21 5.2.4 路径 3： VoLTE- VoeLTE-RAT FB-VoNR .21 5.3 加速 VoLTE 商用是 Vo5G 的基础 . 21 Vo5G 技术白皮书 3 6 Vo5G 之后：面向行业实时音视频通信持续演进 . 22 6.1 5G 会给运营商的实时音视频通信带来新变化 . 22 6.2 3GPP R16 已立项研究下一代实时通信网络 . 22 7 结论 . 23 8 缩略语表 . 24 Vo5G 技术白皮书 4 插图目录 图 2-1 5G 话音方案选项图 . 6 图 2-2 Vo5G 标准进展图 . 6 图 2-3 通过 5GC 和 gNB 承载的 VoNR 协议栈图 . 8 图 2-4 通过 EPC 和 gNB 承载的 VoNR 协议栈图 . 8 图 2-5 EPS Fallback 协议栈图 . 9 图 2-6 VoeLTE 协议栈图 .10 图 2-7 RAT Fallback 协议栈图 .11 图 2-8 5G 的 Option3/3a/3X 组网图 .12 图 2-9 VoLTE over E-UTRA PDCP 协议栈图 .13 图 2-10 VoLTE over NR PDCP 协议栈图 .13 图 2-11 5G Option7/7a/7X 组网图 .14 图 2-12 5G Option5 组网图 .14 图 2-13 5G Option2 组网图 .15 图 2-14 EPS Fallback 到 VoNR 演进图 .15 图 2-15 双注册 VoLTE 到 VoNR 演进图 .16 图 2-16 RAT Fallback 到 VoNR 演进图 .16 图 2-17 5G Option4/4a 组网图 .17 图 5-1 5G 部署选择意向图 .19 图 5-2 5G 语音方案选择意向图 .20 图 5-3 VoNR 演进图 .21 Vo5G 技术白皮书 5 1 引言 2018 年 6 月 14 日，国际标准组织 3GPP 全会（ TSG#80）批准了第五代移动通信技术标准（ 5G NR）独立组网功能冻结。加之去年 12 月完成的非独立组网 NR 标准， 5G 已经完成第一阶段全功能标准化工作。这意味着 5G 标准按时完成， 5G 网络商用进程随之开启。 虽然数据业务驱动了 5G 的演进，但话音业务仍然是运营商的重要业务。和 4G 网络一样， 5G 商用首先要确定怎样提供话音业务。 2 Vo5G 已随 5G 一起标准化 2.1 什么是 Vo5G? 3GPP 已明确 5G 沿用 4G 的话音架构，仍基于 IMS 提供话音业务。 4G 的无线接入技术为 LTE，其上面承载话音称之为 VoLTE； 5G 的无线接入技术为 NR，其上面承载话音称之为 VoNR。 VoLTE、 VoNR 作为 IMS 话音的不同接入方式存在。 回顾 4G 话音方案， VoLTE 是 4G 网络的目标话音解决方案，考虑到 4G 网络覆盖的扩张及终端生态系统的成熟，全球运 营商普遍经历了从 CSFB 到 VoLTE 演进过程。 运营商部署 5G，除了同样需要考虑 5G网络覆盖的扩张及终端生态系统的成熟的因素，还需要考虑众多 5G 组网部署选项的因素。 5G 话音方案将面临如下众多选项和演进过程： Vo5G 技术白皮书 6 图 2-1 5G 话音方案 选项 图 如上图，除了 VoNR 外， EPS FB (EPS Fallback)、 RAT FB (RAT Fallback)、 VoeLTE 1的话音方案也需要借助 5GC 实现，这些方案在 4G 时代并没有定义，所以 VoNR 并不能表示 5G 所有的话音方案。业界需要 Vo5G 来概况所有 5G 话音方案， Vo5G 应包含VoNR, VoeLTE, EPS FB, RAT FB。 1 eLTE 指 4G LTE 基站升级后，支持接入 5GC，也称为 ng-eNB; eLTE 架构定义请参考 3GPP TS 38.300 2.2 Vo5G 标准进展 在 5G标准化的一开始，就已经充分的考虑话音业务。 截止 2018年 6月， 3GPP在 Rel-15已完成 Vo5G 基本功能定义，可满足 5G 商用部署要 求。 图 2-2 Vo5G 标准 进展 图 5G 组网选项有很多，无论通过 EPC NSA 方式引入 5G，或者通过 5GC 方式引入 5G，都已完成语音方案的标准化。同时在 5GC 引入后，为了简化网络和加速 CS 语音退出历史舞台， 5GC 不再提供 CSFB 的回落方案。 Vo5G 技术白皮书 7 2.3 语音、视频编码标准进展 GSMA 和 3GPP 已经明确在 Vo5G 中， EVS 2和 H.265 是语音和视频的必选编码，这个和 VoLTE 的 AMR 和 H.264 编码比，可用更少的带宽给用户带来更好的体验。 未来， 3GPP 将在 Rel-16 完成 IVAS（ Immersive Voice and Audio Services）的标准化，该语音编码具有更好的用户体验和更好的抗丢包能力，可面向 VR 应用带来沉浸的效果，还能在 EVS 的基础上进一步提升抗丢包能力。 同时 ITU和 ISO也已成立了联合研究组，正在研究下一代视频编码标准 H.266，将在 2020年发布新一代的视频标准。目前业界积累的技术已经使得 H.266 比 H.265 性能进一步提升了 40%以上，将是业界最为领先的视频压缩技术方案。 随着音视频编码的持续演进， IVAS 和 H.266 有望在 Vo5G 上率先应用，持续提升用户体验。 2 EVS 即 Enhanced Voice Services，在 3GPP Rel-12 标准化，是 3GPP 当前抗丢包和质量最好的语音编码 2.4 Vo5G 话音方案介绍 2.4.1 VoNR VoNR 即 Voice over NR，指话音承载在 gNB 上，根据不同的 5G 组网，存在两个不同选项。 1、通过 5GC 和 gNB 承载 VoNR，如下： V o i c e / V i d e o S e r v i c eC o d e cS I PH TTP /X C A PR TP /R TC PTC P / I P U D P / IPN R P D C PTC P / I P U D P / IPN R P D C PV o i c e / V i d e o S e r v i c eC o d e cS I PH TTP /X C A PR TP /R TC PTC P / I P U D P / IPUE g N B a n d 5 GC I M SN R R L CN R M A CN R P H YN R R L CN R M A CN R P H YQ o S F lo wVo5G 技术白皮书 8 图 2-3 通过 5GC 和 gNB 承载 的 VoNR 协议栈 图 2、通过 EPC 和 gNB 承载 VoNR，如下： V o i c e / V i d e o S e r v i c eC o d e cS I PH TTP /X C A PR TP /R TC PTC P / I P U D P / IPR P D C PTC P / I P U D P / IPN R P D C PV o i c e / V i d e o S e r v i c eC o d e cS I PH TTP /X C A PR TP /R TC PTC P / I P U D P / IPUE g N B a n d E P C I M SN R R L CN R M A CN R P H YN R R L CN R M A CN R P H YE P S b e a r e r图 2-4 通过 EPC和 gNB 承载 的 VoNR 协议栈 图 在 VoNR 下，终端驻留 NR，语音业务和数据业务都承载在 NR 网络。当手机移动到 NR信号覆盖较差的区域时，需发起基于覆盖的切换来实现和 4G 的互操作，切换到 LTE，由 VoLTE 来提供服务。 2.4.2 EPS FB EPS FB 即 EPS Fallback， 5G NR 初期不提供语音业务，当 gNB 在 NR 上建立 IMS 话音通道时触发切换，此时 gNB 向 5GC 发起重定向或者 inter-RAT 切换请求，回落到 LTE网络，由 VoLTE 提供服务，如下： Vo5G 技术白皮书 9 V o i c e / V i d e o S e r v i c eC o d e cS I PH TT P /X C A PR TP /R TC PTC P / I P U D P / IPP D C PTC P / I P U D P / IPP D C PV o i c e / V i d e o S e r v i c eC o d e cS I PH T T P /X C A PR TP /R TC PTC P / I P U D P / IPUE e N B a n d E P C I M SR L CM A CP H YR L CM A CP H YE P S b e a r e rV o i c e / V i d e o S e r v i c eS I P H T T P / X C A PTC P / I P U D P / IPN R P D C PTC P / I P U D P / IPN R P D C PV o i c e / V i d e o S e r v i c eTC P / I P U D P / IPUE g N B a n d 5 GC I M SN R R L CN R M A CN R P H YN R R L CN R M A CN R P H YQ o S f l o wS I P H T T P / X C A PE st a b l i sh i n g t h e Q o S f l o w f o r I M S vo i ceR e d i r e ct i o n / H a n d o ve r p r o ce d u r e t o E P S图 2-5 EPS Fallback 协议栈 图 EPS FB 的用户体验和 4G 的 CSFB 体验类似，终端驻留 5G NR，一打电话，话音和数据都回落 4G LTE；由于引入了额外的回落过程，接续时间也比 VoNR 长 1-2 秒。但与 4G的 CSFB 体验也有不同，如 USSD 等业务并不会触发 EPS FB。 EPS FB 的部署要求是 LTE 和 NR 重叠覆盖。 EPS FB 的好处在于 UE/gNB 只需支持 IMS信令通道（ SIP over NR，实时性要求不高），而无需支持 IMS 话音通道（ RTP/RTCP over NR，实时性要求高）； RTP/RTCP over NR 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。选择这个技术，运营商可在 5G NR初期聚焦发展数据业务，待 NR 网络覆盖和优化后再演进到 VoNR。