1、 VoVo5G5G 技术白皮书技术白皮书 发布日期发布日期 20182018 年年 7 7 月月 华为技术有限公司华为技术有限公司 1 版权所有版权所有 华为技术有限公司华为技术有限公司 20201 18 8。 保留一切权利。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。 免责免责声明声明 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

2、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： Vo5G 技术白皮书 2 目目 录录 1 1 引言引言 . 5 5 2 Vo5G2 Vo5G 已随已随 5G5G 一起标准化一起标准化 . 5 5 2.12.1 什么是什么是 Vo5G?Vo5G? . 5 5 2.22.2 Vo5GVo5G 标准进展标准进展 . 6 6 2.32.3 语音、视频编码标准进展语音、视频编码标准进展 . 7 7 2.42.4 Vo5GVo5G 话音方案介绍

3、话音方案介绍 . 7 7 2.4.1 VoNR . 7 2.4.2 EPS FB . 8 2.4.3 VoeLTE .10 2.4.4 RAT FB .10 2.52.5 Vo5GVo5G 短信和短信和 USSDUSSD 方案介绍方案介绍 . 1111 2.62.6 不同不同 5G5G 组网下组网下 Vo5GVo5G 方案介绍方案介绍 . 1212 2.6.1 EPC NSA 方式引入 5G .12 2.6.2 5GC 方式下引入 5G.13 3 Vo5G3 Vo5G 是加速是加速 5G5G 发展的一个重要技术发展的一个重要技术. 1717 4 4 迈向迈向 Vo5GVo5G 之路：之路：IM

4、SIMS 就绪是前提条件就绪是前提条件 . 1818 5 5 迈向迈向 Vo5GVo5G 之路：加速之路：加速 VoLTEVoLTE 商用是商用是 Vo5GVo5G 的基础的基础 . 1818 5.15.1 5G5G 商用初期选择的话音方案商用初期选择的话音方案 . 1818 5.25.2 向向 VoNRVoNR 演演进进 . 2020 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 5.35.3 加速加速 VoLTEVoLTE 商用是商用是

5、Vo5GVo5G 的基础的基础 . 2121 Vo5G 技术白皮书 3 6 Vo5G6 Vo5G 之后：面向行业实时音视频通信持续演进之后：面向行业实时音视频通信持续演进 . 2222 6.16.1 5G5G 会给运营商的实时音视频通信带来新变化会给运营商的实时音视频通信带来新变化 . 2222 6.26.2 3GPP R163GPP R16 已立项研究下一代实时通信网络已立项研究下一代实时通信网络. 2222 7 7 结论结论 . 2323 8 8 缩略语表缩略语表 . 2424 Vo5G 技术白皮书 4 插图目录插图目录 图 2-1 5G 话音方案选项图 . 6 图 2-2 Vo5G 标准

6、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

7、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 引言引言 2018 年 6 月 14 日，国际标准组织 3GPP 全会（TSG#8

8、0）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 Vo5GVo5G 已随已随 5G5G 一起标准化一起标准化 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

9、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)、RA

10、T 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

11、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

12、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 E

13、nhanced 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： Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP Voice/Video Service Codec SIP

14、 HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP UEgNB and 5GCIMS NR RLC NR MAC NR PHY NR RLC NR MAC NR PHY QoS Flow Vo5G 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： Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP Voice/Video Service Codec SIP

15、 HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP UEgNB and EPCIMS NR RLC NR MAC NR PHY NR RLC NR MAC NR PHY EPS bearer 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

16、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 Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP PDCP TCP/IP UDP/IP PDCP Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP UEeNB and EPCIMS RLC MAC PHY RLC MAC PHY EPS

17、bearer Voice/Video Service SIPHTTP/XCAP TCP/IP UDP/IP NR PDCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP Voice/Video Service TCP/IP UDP/IP UEgNB and 5GCIMS NR RLC NR MAC NR PHY NR RLC NR MAC NR PHY QoS flow SIPHTTP/XCAP Establishing the QoS flow for IMS voice Redirection/Handover procedure to EPS 图2-5 EPS Fallback 协议栈图

18、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

19、，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。 Vo5G 技术白皮书 10 2.4.3 VoeLTE VoeLTE 即 Voice over eLTE，指话音承载在 5GC 以及 ng-eNB 上，如下： Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP

20、TCP/IP UDP/IP UENg-eNB and 5GCIMS RLC MAC PHY RLC MAC PHY QoS Flow 图2-6 VoeLTE 协议栈图 在 VoeLTE 下，终端驻留 eLTE，语音业务和数据业务都承载在 eLTE 网络。当手机移动 到 eLTE 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 或 NR 的互操作， 切换到 LTE 或 NR，由 VoLTE 或 VoNR 来提供服务。 2.4.4 RAT FB RAT FB 即 RAT Fallback， 与 EPS FB 类似， 5G NR 初期不提供语音业务， 当 gNB 在 5G 上建立 IMS

21、 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 eLTE 网络，由 VoeLTE 提供服务，如下： Vo5G 技术白皮书 11 Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP UENg-eNB and 5GCIMS RLC MAC PHY RLC MAC PHY QoS

22、 flow Voice/Video Service SIPHTTP/XCAP TCP/IP UDP/IP NR PDCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP Voice/Video Service TCP/IP UDP/IP UEgNB and 5GCIMS NR RLC NR MAC NR PHY NR RLC NR MAC NR PHY QoS flow SIPHTTP/XCAP Establishing the QoS flow for IMS voice Redirection/Handover procedure to EPS 图2-7 RAT Fallback 协议栈图 R

23、AT FB 的用户体验和引入原因和 EPS FB 是一样的。 RAT FB 的部署要求则是 eLTE 和 NR 重叠覆盖，主要用于 NR 和 LTE 无重叠覆盖，且 gNB 不部署 IMS 话音通道（RTP/RTCP over NR） 。 2.5 Vo5G 短信和 USSD 方案介绍 在 Vo5G 下，无论 VoNR、EPS FB、VoeLTE 或 RAT FB，短信和 USSD 均借助 5GC 和 IMS 来实现： 短信通过 SMS over IMS 实现，可参考 3GPP TS 23.204； Vo5G 技术白皮书 12 补充业务修改通过 XCAP/Ut 接口实现，可参考 3GPP TS

24、24.623； USSD 则通过 USSD over IMS 实现，可参考 3GPP TS 23.390。 2.6 不同 5G 组网下 Vo5G 方案介绍 2.6.1 EPC NSA 方式引入 5G 对于 5G 的 Option3/3a/3X 组网，NR 由 gNB 提供，然后 gNB 作为 eNB 的从站，接 入到 EPC 网络。如下： 图2-8 5G 的 Option3/3a/3X 组网图 1、话音 在这个组网下， 话音可以继续使用 CSFB、 VoLTE 等技术， 也可以在 NR 覆盖下使用 VoNR 技术。一般来说，运营商可选择 CSFB 演进到 VoLTE，然后可选择再向 VoNR

25、演进。 在该组网下，使用 VoLTE 技术，存在两个选项。 1）4G 定义的 VoLTE Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP PDCP TCP/IP UDP/IP PDCP Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP UEeNB and EPCIMS RLC MAC PHY RLC MAC PHY EPS bearer Vo5G 技术白皮书 13 图2-9 VoLTE over E-UTRA PDCP 协议栈图 2）

26、VoLTE over NR PDCP Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP TCP/IP UDP/IP NR PDCP Voice/Video Service Codec SIP HTTP/ XCAP RTP/ RTCP TCP/IP UDP/IP UEeNB and EPCIMS RLC MAC PHY RLC MAC PHY EPS bearer 图2-10 VoLTE over NR PDCP 协议栈图 3GPP TS 37.340 针对 Option3 系列的组网，eNB 是可选

27、支持 NR PDCP 或者 E-UTRA PDCP，如果选择只支持 NR PDCP，则会带来 VoLTE over NR PDCP 的变种。虽然没 有给 VoLTE 带来新功能，但新协议栈的引入，会给网络带来优化、UE 功耗调优上的工 作量。 2、短信和 USSD 短信同样可继续使用 SMS over SGs 技术， 也可以使用 SMS over IMS 技术。 USSD 也可 继续使用 CSFB 技术，也可使用 USSD over IMS 技术。 2.6.2 5GC 方式下引入 5G 1、短信和 USSD 短信只能使用 SMS over IMS 技术。USSD 也只能使用 USSD over

28、 IMS 技术。 2、话音 1）5G Option7/7a/7X 组网 该组网主要是从 Option3 系列的组网演变而来，随着 5GC 的部署，原接入 EPC 的 Option3 系列组网可割接到 5GC 下。 Vo5G 技术白皮书 14 图2-11 5G Option7/7a/7X 组网图 在该组网下，由于 5GC 不再和 MSC 有接口，所以无法继续使用 CSFB 技术。话音需 要使用 VoeLTE 技术，也可以在 NR 覆盖下使用 VoNR 技术。运营商可选择再向 VoNR 演进。 2）5G Option5 组网 图2-12 5G Option5 组网图 该组网主要是从 LTE 的组网演变而来，随着 5GC 的部署，原接入 EPC 的 eNB 升级为 ng-eNB 后，可割接到 5GC 下。 同样，由于 5GC 不再