VoNR超高清語音方案及優(yōu)化研究

（CWW）5G商用兩年以來，中國已建成全球規(guī)模最大、技術(shù)最先進的5G獨立組網(wǎng)網(wǎng)絡。用戶已從中感受到了實實在在的好處，網(wǎng)速更快、看視頻更順暢、玩游戲更“絲滑”，這些優(yōu)質(zhì)體驗的背后都是5G網(wǎng)絡在做支撐。

語音一直是用戶最基本和最原始的通信需求，當前尚處于5G網(wǎng)絡普及的初期，5G終端的VoNR（Voice over New Radio）支持度、5G基站覆蓋的廣度和縱深度仍不足，因此EPS Fallback成為5G語音演進之路上的過渡解決方案。通信技術(shù)更新?lián)Q代是大勢所趨，VoNR作為5G網(wǎng)絡成熟期的目標語音解決方案，將隨著5G網(wǎng)絡生態(tài)的逐漸完善，逐步為5G SA用戶提供超高清語音業(yè)務。

VoNR技術(shù)方案

VoNR與EPS Fallback

在SA模式下，語音業(yè)務主要有EPS Fallback和VoNR兩種方案。VoNR架構(gòu)如圖1所示，它是一種基于純5G接入的語音技術(shù)方案，架構(gòu)在NR網(wǎng)絡上、全IP條件下且基于IMS Server的端到端語音方案，全部業(yè)務承載于5G網(wǎng)絡上，語音會話由IMS網(wǎng)元進行控制，在RAN側(cè)語音以IP包的形式進行傳輸。VoNR實現(xiàn)語音與數(shù)據(jù)業(yè)務在同一網(wǎng)絡下運行，即實現(xiàn)高質(zhì)量語音通話并且網(wǎng)絡不會回退，能夠解決EPS Fallback方案引起數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬受限等問題。在5G網(wǎng)絡覆蓋邊緣或無覆蓋的情況下，可以通過EPS Fallback方案保證語音業(yè)務。

圖1VoNR架構(gòu)

按照目前5G的部署情況來看，在5G建設初期，當手機5G信號弱覆蓋或無覆蓋時，仍然需要EPS Fallback切換到LTE網(wǎng)絡，由VoLTE來提供語音服務，以保證語音業(yè)務的連續(xù)性。與EPS Fallback相比，VoNR在通話質(zhì)量上有大幅度的提升，具有延遲更低、音質(zhì)與畫質(zhì)更高的特點，可以整體提升用戶的使用體驗，因此未來智能手機向VoNR遷移，只是時間問題。VoNR與EPS Fallback對比如表1所示。

表1VoNR與EPS Fallback對比

VoNR信令流程是基于5QI建立承載的，具體步驟如圖2所示。①RRC連接建立。②(非必需)默認承載建立（5QI=8或5QI=9）。③IMS信令面SIP 默認承載建立（5QI=5）。④IMS用戶面語音專用承載建立（5QI=1）；UE通話的同時存在3個QoSFlow，數(shù)據(jù)業(yè)務（5QI=8或5QI=9），語音業(yè)務（5QI=1和5QI=5）。⑤語音通話開始。

圖2VoNR信令流程

VoNR特性●EVS和H.265編解碼

EVS(Enhanced Voice Service)是VoNR默認和優(yōu)選的語音編解碼，基于超寬帶音頻，音頻范圍越大，聽覺體驗越好。相較于AMR-WB，MOS值約有0.1~0.3的增益提升，VoNR支持AMR-NB的窄帶語音通話以及采用AMR-WB編解碼的寬帶語音通話。同時，VoNR視頻業(yè)務優(yōu)先采用H.265 1080P 30FPS編解碼，支持H.264 720P 15FPS編解碼，VoNR還支持通話過程中通過協(xié)商改變編解碼方式。

●VoNR黑名單

當gNodeB選擇目標小區(qū)時，可以過濾掉不支持VoNR的小區(qū)，以避免正在進行VoNR語音業(yè)務的UE切換到不支持VoNR的gNodeB中，如圖3所示。

圖3VoNR黑名單

●上行RB資源預留

本功能支持為語音用戶預留特定位置和數(shù)量的RB資源，語音用戶優(yōu)先使用預留的RB資源；預留的RB資源被占滿后可以繼續(xù)使用非預留的RB資源，非預留的RB資源按照正常的調(diào)度流程分配。非語音用戶不能使用本功能預留的RB資源。本功能通過打開參數(shù)NRCellAlgoSwitch.VoNRSwitch的子開關(guān)“UL_RB_RSV_SW”來支持。預留RB資源的起始位置通過參數(shù)NRDUCellPusch.UlVoNRRsvdRbStartPos來配置，預留RB資源個數(shù)通過參數(shù)NRDUCellPusch.UlVoNRRsvdRbNum來配置。本功能建議在大話務場景（小區(qū)PRB利用率≥60%）或高語音用戶比例場景（語音用戶比例≥10%）開通，且要求系統(tǒng)帶寬大于20MHz，可以更有效地保障語音業(yè)務質(zhì)量。也可在窄帶干擾場景開啟，規(guī)避窄帶干擾對話音的影響。

●ROHC語音包頭壓縮與頭解壓失敗恢復

通過減少語音包頭部負荷降低無線鏈路誤碼率和時延、減少無線資源消耗，ROHC支持IPv4和IPv6包頭的壓縮。gNodeB將在用戶使用語音業(yè)務時啟動ROHC流程，gNodeB首先確認與UE支持的Profile的交集，再與UE協(xié)商ROHC最大并發(fā)上下文。ROHC頭解壓失敗恢復使ROHC解壓失敗的包能夠恢復正確，減少丟包，減少MOS值降低概率，同時避免在遠點時退出ROHC引起語音中斷丟包，進一步發(fā)揮ROHC提升覆蓋的價值。

●ANBR基于MACCE的調(diào)速

ANBR(Access Network Bitrate Recommendations)支持gNodeB根據(jù)MACCE反饋的上行空口能力，向UE提供推薦速率信息，以配合UE實現(xiàn)語音速率調(diào)整功能，如圖4所示。

圖4ANBR基于MACCE的調(diào)速

●基于語音質(zhì)量的異頻切換

NR支持基于語音質(zhì)量的異頻切換功能，在干擾、上下行信道質(zhì)量差異大等場景下，RSRP還沒到基于覆蓋切換門限的時候，可以通過基于語音切換到異頻鄰區(qū)，以確保用戶的語音業(yè)務體驗。

本功能通過打開參數(shù)NRCellAlgoSwitch.VoiceStrategySwitch的子開關(guān)“VoNR_QLTY_INTER_FREQ_HO_SW”來支持?；谡Z音質(zhì)量的異頻切換功能開啟后，在語音質(zhì)量判斷周期，通過參數(shù)NRCellServExp.VoNRPlrJudgePeriod來配置。當語音業(yè)務上行丟包率或下行丟包率大于基于語音質(zhì)量的異頻切換的丟包率門限時，用戶語音質(zhì)量變低，此時將觸發(fā)基于語音質(zhì)量的異頻測量。當語音業(yè)務上行丟包率和下行丟包率小于或等于語音質(zhì)量恢復的丟包率門限時，用戶語音質(zhì)量變高，此時將停止基于語音質(zhì)量的異頻測量，如圖5所示。

圖5VoNR異頻切換

VoNR優(yōu)化研究

VoNR上行RLC分段優(yōu)化

當信道質(zhì)量較低時，UE發(fā)射功率受限，上行動態(tài)調(diào)度分配的TBS（Transport Block Size）將隨之調(diào)小，使得RLC分段變多。RLC分段變多將導致VoNR語音包時延增大、丟包率抬升以及上行開銷增多等語音質(zhì)量問題。上行RLC分段優(yōu)化功能通過限制上行動態(tài)調(diào)度分配的TBS來控制上行RLC分段數(shù)，以提高信道質(zhì)量較低時的語音質(zhì)量。

語音用戶的PUSCH功率差異化配置

語音小包業(yè)務可能由于功率不足導致丟包，為提高語音小包業(yè)務可靠性，需要提高用戶在功率未用滿時的PSD，保證當用戶發(fā)送小包時，可以盡量用滿功率。針對語音用戶，設置不同于數(shù)據(jù)用戶的PSD。為了提高VoNR小包業(yè)務的可靠性，在功率沒有用滿的情況下，可以增大功率譜密度。通過配置VoNRPUSCH功率偏置，保證UE發(fā)送小包業(yè)務時功率可用滿。

基于重傳次數(shù)增加的上行覆蓋優(yōu)化

當5QI1承載采用UM模式時，gNodeB針對語音用戶進行最大4次HARQ重傳，如果用戶處于小區(qū)邊緣，重傳4次可能也無法確保上行數(shù)據(jù)完全準確傳輸。將最大HARQ重傳次數(shù)調(diào)整為8次，通過增加上行重傳機會，在弱覆蓋場景下提高上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某晒β?。在降低丟包率、提高覆蓋率的同時，每增加一次HARQ重傳，會增加一定時延，如圖6所示。

圖6 基于重傳次數(shù)增加的上行覆蓋優(yōu)化

VoNR指標優(yōu)化

呼叫時延、接通率、掉話率、MOS語音質(zhì)量是VoNR的4個關(guān)鍵指標。VoNR指標的優(yōu)化與提升，受到空口、傳輸、終端、基站、核心網(wǎng)等關(guān)鍵因素影響。參數(shù)配置、容量、覆蓋、外部干擾、切換異常等都會影響空口質(zhì)量、空口資源、空口時延；參數(shù)配置、容量或處理能力、傳輸質(zhì)量等問題都會影響傳輸?shù)臅r延、抖動、丟包、亂序；終端的能力及設置、語音編解碼、軟件設置，基站的能力、特性、參數(shù)配置，以及核心網(wǎng)的能力、特性、參數(shù)配置都同樣會影響VoNR指標。

本文對VoNR和EPS Fallback兩種5G語音方案進行了對比分析，對VoNR的技術(shù)方案、特性、優(yōu)化提升進行了闡述。RF性能是基礎，VoNR語音質(zhì)量是重點，端到端定位是難點。VoNR語音相對數(shù)據(jù)業(yè)務，對網(wǎng)絡覆蓋、鄰區(qū)規(guī)劃、系統(tǒng)干擾、傳輸質(zhì)量等的影響更敏感，對網(wǎng)絡優(yōu)化的要求更高。在當今體驗消費時代，語音業(yè)務這一基本需求的提高與完善至關(guān)重要。在聚焦VoNR優(yōu)化的同時，打造VoNR優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡具有重要意義。

關(guān)鍵詞： 通信世界網(wǎng) VoNR