通信世界网消息（CWW）5G商用两年以来，中国已建成全球规模最大、技术最先进的5G独立组网网络。用户已从中感受到了实实在在的好处，网速更快、看视频更顺畅、玩游戏更“丝滑”，这些优质体验的背后都是5G网络在做支撑。
语音一直是用户最基本和最原始的通信需求，当前尚处于5G网络普及的初期，5G终端的VoNR（Voice over New Radio）支持度、5G基站覆盖的广度和纵深度仍不足，因此EPS Fallback成为5G语音演进之路上的过渡解决方案。通信技术更新换代是大势所趋，VoNR作为5G网络成熟期的目标语音解决方案，将随着5G网络生态的逐渐完善，逐步为5G SA用户提供超高清语音业务。
VoNR技术方案
VoNR与EPS Fallback
在SA模式下，语音业务主要有EPS Fallback和VoNR两种方案。 VoNR架构如图1所示，它是一种基于纯5G接入的语音技术方案，架构在NR网络上、全IP条件下且基于IMS Server的端到端语音方案，全部业务承载于5G网络上，语音会话由IMS网元进行控制，在RAN侧语音以IP包的形式进行传输。VoNR实现语音与数据业务在同一网络下运行，即实现高质量语音通话并且网络不会回退，能够解决EPS Fallback方案引起数据业务带宽受限等问题。在5G网络覆盖边缘或无覆盖的情况下，可以通过EPS Fallback方案保证语音业务。
图1 VoNR架构
按照目前5G的部署情况来看，在5G建设初期，当手机5G信号弱覆盖或无覆盖时，仍然需要EPS Fallback切换到LTE网络，由VoLTE来提供语音服务，以保证语音业务的连续性。与EPS Fallback相比，VoNR在通话质量上有大幅度的提升，具有延迟更低、音质与画质更高的特点，可以整体提升用户的使用体验，因此未来智能手机向VoNR迁移，只是时间问题。VoNR与EPS Fallback对比如表1所示。
表1 VoNR与EPS Fallback对比
VoNR信令流程是基于5QI建立承载的，具体步骤如图2所示。①RRC连接建立。②(非必需)默认承载建立（5QI=8或5QI=9）。③IMS信令面SIP 默认承载建立（5QI=5）。④IMS用户面语音专用承载建立（5QI=1）；UE通话的同时存在3个QoS Flow，数据业务（5QI=8或5QI=9），语音业务（5QI=1和5QI=5）。⑤语音通话开始。
图2 VoNR信令流程
VoNR特性●EVS和H.265编解码
EVS(Enhanced Voice Service)是VoNR默认和优选的语音编解码，基于超宽带音频，音频范围越大，听觉体验越好。相较于AMR-WB，MOS值约有0.1~0.3的增益提升，VoNR支持AMR-NB的窄带语音通话以及采用AMR-WB编解码的宽带语音通话。同时，VoNR视频业务优先采用H.265 1080P 30FPS编解码，支持H.264 720P 15FPS编解码，VoNR还支持通话过程中通过协商改变编解码方式。
●VoNR黑名单
当gNodeB选择目标小区时，可以过滤掉不支持VoNR的小区，以避免正在进行VoNR语音业务的UE切换到不支持VoNR的gNodeB中，如图3所示。
图3 VoNR黑名单
●上行RB资源预留
本功能支持为语音用户预留特定位置和数量的RB资源，语音用户优先使用预留的RB资源；预留的RB资源被占满后可以继续使用非预留的RB资源，非预留的RB资源按照正常的调度流程分配。非语音用户不能使用本功能预留的RB资源。本功能通过打开参数NRCellAlgoSwitch.VoNRSwitch的子开关“UL_RB_RSV_SW”来支持。预留RB资源的起始位置通过参数NRDUCellPusch.UlVoNRRsvdRbStartPos来配置，预留RB资源个数通过参数NRDUCellPusch.UlVoNRRsvdRbNum来配置。本功能建议在大话务场景（小区PRB利用率≥60%）或高语音用户比例场景（语音用户比例≥10%）开通，且要求系统带宽大于20MHz，可以更有效地保障语音业务质量。也可在窄带干扰场景开启，规避窄带干扰对话音的影响。
●ROHC语音包头压缩与头解压失败恢复
通过减少语音包头部负荷降低无线链路误码率和时延、减少无线资源消耗，ROHC支持IPv4和IPv6包头的压缩。gNodeB将在用户使用语音业务时启动ROHC流程，gNodeB首先确认与UE支持的Profile的交集，再与UE协商ROHC最大并发上下文。ROHC头解压失败恢复使ROHC解压失败的包能够恢复正确，减少丢包，减少MOS值降低概率，同时避免在远点时退出ROHC引起语音中断丢包，进一步发挥ROHC提升覆盖的价值。
●ANBR基于MACCE的调速
ANBR(Access Network Bitrate Recommendations)支持gNodeB根据MACCE反馈的上行空口能力，向UE提供推荐速率信息，以配合UE实现语音速率调整功能，如图4所示。
图4 ANBR基于MACCE的调速
●基于语音质量的异频切换
NR支持基于语音质量的异频切换功能，在干扰、上下行信道质量差异大等场景下，RSRP还没到基于覆盖切换门限的时候，可以通过基于语音切换到异频邻区，以确保用户的语音业务体验。
本功能通过打开参数NRCellAlgoSwitch.VoiceStrategySwitch的子开关“VoNR_QLTY_INTER_FREQ_HO_SW”来支持。基于语音质量的异频切换功能开启后，在语音质量判断周期，通过参数NRCellServExp.VoNRPlrJudgePeriod来配置。当语音业务上行丢包率或下行丢包率大于基于语音质量的异频切换的丢包率门限时，用户语音质量变低，此时将触发基于语音质量的异频测量。当语音业务上行丢包率和下行丢包率小于或等于语音质量恢复的丢包率门限时，用户语音质量变高，此时将停止基于语音质量的异频测量，如图5所示。
图5 VoNR异频切换
VoNR优化研究
VoNR上行RLC分段优化
当信道质量较低时，UE发射功率受限，上行动态调度分配的TBS（Transport Block Size）将随之调小，使得RLC分段变多。RLC分段变多将导致VoNR语音包时延增大、丢包率抬升以及上行开销增多等语音质量问题。上行RLC分段优化功能通过限制上行动态调度分配的TBS来控制上行RLC分段数，以提高信道质量较低时的语音质量。
语音用户的PUSCH功率差异化配置
语音小包业务可能由于功率不足导致丢包，为提高语音小包业务可靠性，需要提高用户在功率未用满时的PSD，保证当用户发送小包时，可以尽量用满功率。针对语音用户，设置不同于数据用户的PSD。为了提高VoNR小包业务的可靠性，在功率没有用满的情况下，可以增大功率谱密度。通过配置VoNR PUSCH功率偏置，保证UE发送小包业务时功率可用满。
基于重传次数增加的上行覆盖优化
当5QI1承载采用UM模式时，gNodeB针对语音用户进行最大4次HARQ重传，如果用户处于小区边缘，重传4次可能也无法确保上行数据完全准确传输。将最大HARQ重传次数调整为8次，通过增加上行重传机会，在弱覆盖场景下提高上行数据传输的成功率。在降低丢包率、提高覆盖率的同时，每增加一次HARQ重传，会增加一定时延，如图6所示。
图6 基于重传次数增加的上行覆盖优化
VoNR指标优化
呼叫时延、接通率、掉话率、MOS语音质量是VoNR的4个关键指标。VoNR指标的优化与提升，受到空口、传输、终端、基站、核心网等关键因素影响。参数配置、容量、覆盖、外部干扰、切换异常等都会影响空口质量、空口资源、空口时延；参数配置、容量或处理能力、传输质量等问题都会影响传输的时延、抖动、丢包、乱序；终端的能力及设置、语音编解码、软件设置，基站的能力、特性、参数配置，以及核心网的能力、特性、参数配置都同样会影响VoNR指标。
本文对VoNR和EPS Fallback两种5G语音方案进行了对比分析，对VoNR的技术方案、特性、优化提升进行了阐述。RF性能是基础，VoNR语音质量是重点，端到端定位是难点。VoNR语音相对数据业务，对网络覆盖、邻区规划、系统干扰、传输质量等的影响更敏感，对网络优化的要求更高。在当今体验消费时代，语音业务这一基本需求的提高与完善至关重要。在聚焦VoNR优化的同时，打造VoNR优质网络具有重要意义。
