打電話,是每個(gè)人最原始的需求,也是移動(dòng)通信最初的目標(biāo)。
目前,以微信為代表的各種OTT(Over The Top)語音非常流行。但是,仍然無法取代傳統(tǒng)語音電話業(yè)務(wù)。
傳統(tǒng)語音電話業(yè)務(wù),作為最基礎(chǔ)的通信服務(wù),擁有最高的優(yōu)先級。在關(guān)鍵時(shí)刻,它是我們的救命稻草。
在網(wǎng)絡(luò)信號不好的時(shí)候,上網(wǎng)龜速,微信語音卡成狗,視頻根本無法接通。但是,電話肯定是可以打通的,雖然音質(zhì)可能不好,但可以滿足基本需求。這就是基礎(chǔ)服務(wù)保障的承諾。
當(dāng)遇到緊急情況時(shí),不管你的手機(jī)有沒有信號,甚至連SIM卡都沒插,照樣能打通緊急呼叫電話。這就是傳統(tǒng)語音電話業(yè)務(wù)的優(yōu)勢。
5G,作為最先進(jìn)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),是如何實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)的呢?
5G網(wǎng)絡(luò)怎樣支持語音業(yè)務(wù)?
最根本的方式是:自己動(dòng)手,豐衣足食。也就是說,5G直接支持VoNR(Voice over New Radio),不看4G甚至3G和2G的臉色。
5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)其實(shí)承襲自4G,只支持分組交換,不支持電路交換,也就是說自身的5GC核心網(wǎng)是沒法支撐語音業(yè)務(wù)的,必須依賴于一個(gè)叫做IMS的系統(tǒng)。
IMS又叫IP多媒體子系統(tǒng),可以在分組交換網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)語音業(yè)務(wù)。5G的無線接入部分叫做NR(New Radio),跟IMS結(jié)合之后,獨(dú)立打電話的問題完美解決。因此基于5G的語音業(yè)務(wù)就叫做VoNR(Voice over NR)。
這一點(diǎn)跟4G如出一轍,4G在IMS支持下的語音業(yè)務(wù)就叫VoLTE(Voice over LTE)。VoLTE目前已經(jīng)在國內(nèi)廣泛支持。
如果5G不支持VoNR,那就只能靠4G的VoLTE,甚至3G和2G支持的電路交換域語音業(yè)務(wù),進(jìn)行兜底。
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)部署模式,5G可分為NSA(非獨(dú)立組網(wǎng))和SA(獨(dú)立組網(wǎng))兩類。再根據(jù)5G是否支持VoNR,以及4G是否支持VoLTE,分為以下多種方案。
NSA下的語音業(yè)務(wù):
在NSA下,5G網(wǎng)絡(luò)被稱作輔節(jié)點(diǎn),作為4G的流量補(bǔ)充,并不直接參與語音業(yè)務(wù),所有語音功能完全由4G完成,因此5G就都不支持VoNR。
如果4G支持VoLTE功能,則直接進(jìn)行語音,覆蓋不好的時(shí)候通過SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity,單無線語音呼叫連續(xù)性)切換到3G或者2G。
如果4G不支持VoLTE,在撥打電話的時(shí)候就會(huì)直接回落到3G或者2G(這個(gè)功能稱作CS Fallback,電路交換回落)。
SA下的語音業(yè)務(wù):
在SA模式下,5G語音方案比較復(fù)雜,有四種場景??傮w思路是,5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先使用VoNR,如不支持,則回落到到4G的VoLTE,最后由3G或者2G進(jìn)行兜底。
場景1:5G網(wǎng)絡(luò)支持語音功能(VoNR),則可直接在5G上接通電話,然后在5G信號不好的時(shí)候切換到4G的VoLTE。如果用戶跑到了4G覆蓋不好的地方,還可以通過SRVCC切換到3G或者2G。
場景2:5G網(wǎng)絡(luò)支持VoNR,則可直接在5G上接通電話,在5G信號不好的時(shí)候發(fā)現(xiàn)4G信號也不好,直接由5G通過SRVCC把電話切換到3G。
5G到3G的SRVCC剛剛在3GPP R16版本中標(biāo)準(zhǔn)化,目前還沒有手機(jī)支持。
既然從5G能切換到3G,未來也會(huì)支持切到2G吧?實(shí)際上沒有那個(gè)必要,因?yàn)橐话闱闆r下3G已經(jīng)覆蓋夠好,足夠用來兜底了,再說2G也沒幾年就要退網(wǎng)了,不值得再花錢投資。
場景3:5G網(wǎng)絡(luò)不支持VoNR,則在打電話的時(shí)候先通過EPSFB(EPS Fallback)來回落到4G的VoLTE,在4G覆蓋不好的時(shí)候再通過SRVCC切換到3G或者2G。
場景4:5G網(wǎng)絡(luò)不支持VoNR,則在打電話的時(shí)候先通過EPSFB來回落到4G,結(jié)果很不幸,4G也不支持VoLTE,只能再次通過CSFB回落到3G或者2G來打電話了。
可以看出,在這幾個(gè)場景中,手機(jī)打著打著電話,很可能從5G跑到了4G,甚至還很可能從4G再跑到3G或者2G。就打完電話之后,還要繼續(xù)留在4G,甚至3G或者2G嗎?
由儉入奢易,由奢入儉難。習(xí)慣了5G/4G的高速率,對于3G和2G的龜速是不可接受的,因此需要盡快讓手機(jī)返回能力最強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò),這個(gè)過程就叫做快速返回。
5G VoNR有什么優(yōu)勢?
同樣是基于IMS的語音業(yè)務(wù),VoNR和VoLTE相比到底有什么優(yōu)勢呢?
首先,當(dāng)手機(jī)駐扎在5G小區(qū)時(shí),使用VoNR簡單直接,否則還要經(jīng)過EPS Fallback回落到4G,信令流程增加了,時(shí)延也必然增加,影響用戶體驗(yàn)。
然后,VoNR下強(qiáng)制支持一種新的語音編解碼方案,可以有效提升語音通話的音質(zhì)到HiFi的級別,這就是EVS(Enhanced Voice Services),也叫超高分辨率語音(Super HD Voice)。
其實(shí)EVS早在3GPP R12版本就已經(jīng)定義了,彼時(shí)還是LTE的發(fā)展正如日中天,但由于大家對語音質(zhì)量都不夠重視,一直少有手機(jī)支持。這一拖,就到了5G時(shí)代。
EVS是怎么提升音質(zhì)的呢?
聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的,在空氣中傳播就形成了聲波。但人的耳朵只能聽到有限一段頻率內(nèi)的聲波,范圍是20Hz到20000Hz。
人的聲帶能發(fā)出的頻率范圍要更窄一些,為85Hz到1100Hz。
在以前的語音編解碼方案中,只包含了人的聽覺頻率范圍中的一小段,有些甚至連人的發(fā)聲帶寬都沒有完全編碼。
比如最早的標(biāo)準(zhǔn)語音編碼的頻率范圍是300Hz到3400Hz,而人的發(fā)聲頻率范圍是85Hz到1100Hz,也就是說,從85Hz到300Hz這一段的聲音根本就沒有被傳輸。
這種窄帶編碼導(dǎo)致了音色的損失。最直觀的感受是,在打電話時(shí),雖然對方說的語句是能辨認(rèn)的,含義也能聽明白,但卻經(jīng)常分辨不出誰在說話,像被變聲了一樣。
EVS直接實(shí)現(xiàn)了人的聽覺范圍全帶寬的編碼,除了人的聲音之外,連背景里汪星人和喵星人的叫聲也真真切切,可媲美CD的音質(zhì)。
總而言之,我們的5G語音,已經(jīng)默默做到了最好。