5G SA接入网共享语音技术

（中国电信股份有限公司研究院移动通信研究所，北京 102200）

0 引言

5G共建共享与国家提出的“创新，协调，绿色，开放，共享”的新发展理念完全匹配吻合。5G接入网共享是涉及到网络端到端的全面共享技术，更是全球首创。出于保障2C用户发展的需求，采用NSA共建共享作为过渡期，目标网为SA接入网共享的演进方案。

语音业务需求是5G网络建设中需要着重关注的关键环节，因此本文全面探讨了在SA接入网共享网络初期部署场景下的语音业务关键技术，并进行了外场实验验证。

1 SA共享网络组网方式

由于SA标准较NSA（Option3）晚冻结半年时间，NSA网络已于2019年Q3开始规模试验部署，而SA（Rel 15）网络则于2020年Q3具备了部署及商用条件。

5G SA接入网共享技术方案组网示意图如图1所示[1]。运营商A和运营商B均采用5G SA组网架构，双方仅无线接入网5G NR共享，而双方核心网5GC各自独立。

图1 5G SA接入网共享示意图

以3.5 GHz频段的共享网络为例，常见的载波配置方案有两种：一是运营商A与运营商B共享100 M单载波，即共用1个100 M小区；二是运营商A与运营商B共享200 M双载波，即各设2个可共享接入的100 M小区。两种方式可适配不同场景需求，5G基站、物理设备共享，资源共享，统一管理，邻区、切换、驻留、网络间互操作等双方协商考虑。

2 SA共享网络语音业务方案

在3GPP Rel15中已明确5G仍沿用基于IMS的4G的语音业务架构，但减少与2G/3G互操作[2]。VoNR是5G网络的目标语音解决方案[3-4]，从5G商用初期选择的语音方案演进到VoNR主流的演进路径如图2所示。

图2 5G语音业务演进示意图

在5G SA组网部署初期，VoNR成熟度不足，需要EPS Fallback作为临时过渡方案将语音业务回落到4G LTE网络[5-7]。因此5G基站需开启基站共享功能，且配置双方4G基站作为邻区。

若5G和4G基站均共享，则语音业务回落承建方4G（若4G基站NSA阶段已共享，则无需改造），如图3所示。

图3 SA下语音回落至承建方VoLTE组网架构

若仅共享5G基站，则语音业务回落各自的4G网络，如图4所示。

图4 SA下语音回落至各自4G网络组网架构

EPS Fallback可基于切换或重定向两种实现，其中基于切换的流程图如图5所示。

图5 基于切换的EPSFB流程图

终端在5G入网注册流程后，UE发起SIP INVITE消息给5GC请求建立语音会话。在gNodeB收到PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST消息，会指示gNodeB建立5QI=1的语音专用承载。之后gNodeB下发异系统B1事件测量并收到B1事件测量报告。gNodeB向5GC回复拒绝PDU Session 5QI1的建立，并指示ims-voice-epsfalllback-or-fallback-triggered。gNodeB根据开关参数配置和UE能力判断向5GC发送切换请求。EPC向eNodeB发起切换请求，收到切换请求响应后，向5GC转发eNodeB的切换请求成功响应消息。5GC向gNodeB发起切换命令，gNodeB向UE发送切换命令，最终完成了基于切换的EPS Fallback过程。

基于重定向的流程图如图6所示。

图6 基于重定向的EPSFB流程图[8]

终端在5G入网注册流程后，前期过程与基于切换的EPSFallback相同，在gNodeB给5GC回复UE上下文建立完成后，下发异系统A2和盲A2事件测量控制给UE，然后UE回复RRC连接重配置完成。对于基于测量的A2事件：UE上报A2事件测量报告；gNodeB收到A2事件测量报告，下发异系统A1事件测量，并根据异系统切换触发事件类型，下发异系统B1或B2事件测量。如果收到A1事件测量报告，则删除A1/B1/B2事件。如果收到B1或B2事件测量报告，选择测量报告中信号质量最好的小区对应的频点作为目标频点进行重定向。对于盲A2事件，gNodeB下发RRCRelease，携带目标频点等信息给UE。UE根据目标频点等信息执行到目标LTE小区的随机接入。UE收到目标LTE小区的随机接入响应。至此，完成了基于重定向的EPSFallback过程。

如图7所示，EPS Fallback后续的语音业务由VoLTE接管，5G只做数据业务，且NR只和4G进行互操作，保证语音业务连续性。需要注意的是，EPS Fallback方案允许5G终端驻留在5G NR，但不在5G NR上提供语音业务。由于回落过程中会有一定时延，呼叫建立时长增加。经现网验证，基于切换或重定向的EPS Fallback语音建立时延，在SA终端互播时约为4 s，NSA与SA终端互播时约为2.7 s，NSA终端互播约为1.6 s，均较LTE终端互播时1.55 s左右的VoLTE建立时延有所增加。

图7 EPS FB示意图

挂断电话后，用户可以通过基于切换或重定向的Fast Return快速回到5G。其中基于切换的Fast Return信令流程图，如图8所示。用户挂断电话后，基站下发B1测量，待收到终端上报的测量报告开始Fast Return的切换流程。

图8 基于切换的Fast Return流程图

而基于重定向的Fast Return信令流程图，如图9所示。用户挂断电话基站下发B1测量，用户上报B1测量报告后，LTE小区RRC REL消息携带重定向到5G频点，然后可通过重定向方式的Fast Return回到5G小区。

图9 基于切换的Fast Return流程图

如图10所示，当VoNR发展成熟（网络完善、终端渗透率高）后，仅共享5G基站。NR接入5GC，LTE接入EPC，通过VoNR来提供语音，到了5G覆盖边缘，通过N26切换到各自4G VoLTE，后续的语音业务由4G接管。VoNR全部业务承载于5G网络上，可实现数据与语音业务在同一网络下的统一。部署Vo NR后语音质量可以得到一定提升[9-10]。

图10 VoNR切换示意图

3 SA共享网络语音业务实验验证

3.1 基于PLMN的EPS Fallback策略验证

在SA接入网100 M共享载波场景下，为了验证EPS Fallback采用切换/重定向策略时，不同运营商用户是否可以回落至各自的4G网络，配置了1个5G SA小区和两个4G小区（运营商A和B各一个），总计三个小区进行测试。其中，5G小区配置为共享载波，与运营商A和B的4G小区相互设置邻区关系；4G小区配置为与5G SA小区覆盖区域相同。此外，需配置语音业务通过切换或重定向回落到LTE网络，两部SA语音测试终端，初始驻留在5G小区。

（1）采用切换策略的EPS Fallback功能验证

5G SA共享小区配置为运营商A载波频率（3 400—3 500 MHz），两终端使用运营商A的SIM卡，均在5G SA小区发起数据业务并保持。

此时UE1向UE2发起语音业务请求，可见在IRAT NR-＞LTE HO Request消息中ARFCN：629952(5G)-＞1850(4G)；PCI:122(5G)-＞125(4G)，此后收到IRAT NR-＞LTE HO Success和Outgoing Call Established消息，即运营商A用户基于切换语音回落到运营商A的LTE网络，语音业务建立成功，通话正常。基于切换的EPSFB测试过程截图如图11所示。

图11 基于切换的EPSFB测试过程截图

运营商A用户最终可回落至运营商A的LTE小区125。基于切换的EPSFB测试结果截图如图12所示。

图12 基于切换的EPSFB测试结果截图

测试结果符合测试预期，可见设备支持基于不同PLMN终端的语音业务通过PSHO切换的方式正常回落至各自的4G网络。

（2）采用重定向策略的 EPS Fallback功能验证

5G SA共享小区配置为运营商B载波频率（3 500—3 600 MHz），两终端使用运营商A的SIM卡，均在5G SA小区发起数据业务并保持。

此时UE1向UE2发起语音业务请求，可见在IRAT NR-＞ L Redirection Request消息中EUREA Frequency：1 850（运营商A 4G），此后收到IRAT NR-＞L Redirection Success和Outgoing Call Established消息，可见运营商A用户在运营商B的5G网络下可以基于重定向语音回落到运营商A的LTE网络，语音业务建立成功，通话正常。

基于重定向的EPSFB测试过程截图如图13所示。

图13 基于重定向的EPSFB测试过程截图

运营商A用户最终可回落至运营商A的LTE小区125，基于重定向的EPSFB测试结果截图如图14所示。

图14 基于重定向的EPSFB测试结果截图

由此可知，测试结果符合预期，确保了在5G共享网络发起语音业务时，设备支持基于不同PLMN终端的语音业务通过重定向的方式正常回落至各自的4G网络。

3.2 Fast return策略验证

在SA接入网200 M共享载波场景下，为了验证当驻留在各自频段的不同运营商用户采用基于切换或重定向的EPS Fallback策略互拨回落至各自4G网络后，是否可在通话结束后通过基于切换或重定向的Fast return回退各自频点，配置了5G SA小区2个，4G小区2个（运营商A和B各一个），共4个小区进行测试。其中，5G SA小区配置为200 M共享载波，且参数设置正常，工作正常；4G小区与5G SA小区覆盖相同区域，工作正常。

UE1使用运营商A的SIM卡，UE2使用运营商B的SIM卡，根据200 M共享载波下不同运营商用户驻留各自5G频段策略，UE1驻留在运营商A小区，UE2驻留运营商B小区，如图15所示。

图15 两部终端在5G入网注册成功

两终端均在5G SA小区发起数据业务并保持，此时UE1向UE2发起语音业务请求，两终端回落到各自的4G网络。通话30 s后中断语音业务，保持数据业务，观察终端情况。当配置为基于切换的fast return时，如图16所示，两终端均可成功回退至各自5G SA小区。

图16 基于切换的Fast Return至5G小区

当配置为基于重定向的fast return时，如图17所示，两终端也可成功回退至各自5G SA小区。

图17 基于切换的Fast Return至5G小区

由此可知，200 M共享载波下不同运营商用户最终可以驻留到各自频段小区；保持数据业务的同时建立语音，不同运营商用户可分别回落至各自的4G网络；语音业务挂断后，数据业务可以快速返回5G网络。

4 结束语

本文阐述了共建共享SA接入网组网方案，并针对演进过程的不同阶段给出了对应的语音解决方案。针对SA组网初期采用的EPS Fallback和Fast Return语音策略，介绍了基于切换或重定向两种实现方式，最后对两种方式分别进行现场测试。经验证，基于切换或重定向的EPS Fallback均可实现在SA接入网共享的组网环境下进行语音业务，并可在结束通话后通过基于切换或重定向的Fast Return快速回到5G。具体采用何种方式实现，建设时可根据需求进行选择，且后续的语音业务技术研究可伴随5G共建共享版本的演进持续进行。