2020,是中国 5G 建设的关键年。华为预计到今年底,中国 5G 站点数将达到 80 万,用户数超过 2 亿,两者比例均占全球 70%以上。

 

从去年底开始,5G 手机已开始登上市场舞台。今年新发布的手机,更是基本上都支持 5G。10 月份,随着苹果 iPhone 12 的发布,将 5G 之火烧得更旺。

 

与此同时,三大移动运营商对 5G 套餐的推广也是不遗余力,5G 套餐宣传的卖点,自然都是流量多,速度快,价格“优”。至于套餐含多少分钟的语音,则早已隐藏在不起眼的角落,也几乎无人问津。

 

本期,蜉蝣君就来聊聊在 5G 网络下如何打电话的那些事儿。

 

1、语音业务是第一优先级

打电话,是每个人最原始的需求,也是移动通信业界最初的目标。就像必须保证充足供应的水和电一样,语音业务宣传起来确实没有什么亮点。

 

并且,打电话用的网络到底用的是 5G,还是 4G,甚至 3G 或者 2G,也少人关注。能打电话就行,管它是几 G 呢!

 

何况,微信能语音能视频,花的流量也不多,用着不香吗?

 

香是香,但以微信为代表的各种 OTT(Over The Top)语音虽然可用,其地位和语音业务完全不可比。

 

运营商的语音业务,作为最基础的通信服务,拥有最高的优先级。在关键的时刻,它甚至是我们唯一的救命稻草。

 

当你拨打微信语音,对方持续占线时,不需要着急,因为这个过程探明了一个事实:此时此刻,对方的手机就拿在手中。然后直接拨打她 / 他的电话号码,一定能听到熟悉的回铃音,她 / 他的微信连接也将被掐断,陷入接不接电话的二元选择。

 

在信号不好的时候,上网龟速,微信语音卡成狗,视频根本无法接通。但是,电话肯定是可以打通的,虽然音质可能不好,但可以满足基本需求。这就是基础服务保障的承诺。

 

甚至,当遇到紧急情况时,不管你的手机有没有信号,甚至连 SIM 卡都没插,照样能打通紧急呼叫电话。这就是无线网络运营商都要承担的社会责任。

 

这一切都的原因如前所述,语音业务是最基础的服务,拥有无可辩驳的最高优先级,不但运营商全力保证网络畅通,并且在手机上的其他应用也都得给它让路。

 

所以,5G 网络必须支持语音业务。

 

2、5G 网络怎样支持语音业务?

5G 网络怎样支持语音的呢?最根本的方式是:自己动手,丰衣足食。直接自己就支持 VoNR(Voice over New Radio),不看 4G 甚至 3G 和 2G 的脸色。

 

5G 的网络架构其实承袭自 4G,只支持分组交换,不支持电路交换,也就是说自身的 5GC 核心网是没法支撑语音业务的,必须依赖于一个叫做 IMS 的系统。

 

IMS 又叫 IP 多媒体子系统,可以在分组交换网络下实现语音业务。5G 的无线接入部分叫做 NR(New Radio),跟 IMS 结合之后,独立打电话的问题完美解决。因此基于 5G 的语音业务就叫做 VoNR (Voice over NR)。

 

这一点跟 4G 如出一辙,4G 在 IMS 支持下的语音业务就叫 VoLTE(Voice over LTE)。VoLTE 目前已经在国内广泛支持。

 

如果 5G 不支持 VoNR,那就只能靠 4G 的 VoLTE,甚至 3G 和 2G 支持的电路交换域语音业务进行兜底了。

 

根据网络部署模式,5G 可分为 NSA(非独立组网)和 SA(独立组网)两类。再根据 5G 是否支持 VoNR,以及 4G 是否支持 VoLTE,分为以下多种方案。

 

 

2.1 NSA 下的语音业务:

在 NSA 下,5G 网络被称作辅节点,作为 4G 的流量补充,并不直接参与语音业务,所有语音功能完全由 4G 完成,因此 5G 就都不支持 VoNR。

 

如果 4G 支持 VoLTE 功能,则直接进行语音,覆盖不好的时候通过 SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity,单无线语音呼叫连续性)切换到 3G 或者 2G。

 

 

如果 4G 不支持 VoLTE,在拨打电话的时候就会直接回落到 3G 或者 2G(这个功能称作 CS Fallback,电路交换回落)。

 

 

2.2 SA 下的语音业务:

在 SA 模式下,5G 语音方案比较复杂,有四种场景。总体思路是,5G 网络优先使用 VoNR,如不支持,则回落到到 4G 的 VoLTE,最后由 3G 或者 2G 进行兜底。

 

场景 1:5G 网络支持语音功能(VoNR),则可直接在 5G 上接通电话,然后在 5G 信号不好的时候切换到 4G 的 VoLTE。如果用户跑到了 4G 覆盖不好的地方,还可以通过 SRVCC 切换到 3G 或者 2G。

 

 

场景 2:5G 网络支持 VoNR,则可直接在 5G 上接通电话,在 5G 信号不好的时候发现 4G 信号也不好,直接由 5G 通过 SRVCC 把电话切换到 3G。

 

 

5G 到 3G 的 SRVCC 刚刚在 3GPP R16 版本中标准化,目前还没有手机支持。

 

既然从 5G 能切换到 3G,未来也会支持切到 2G 吧?实际上没有那个必要,因为一般情况下 3G 已经覆盖够好,足够用来兜底了,再说 2G 也没几年就要退网了,不值得再花钱投资。

 

场景 3:5G 网络不支持 VoNR,则在打电话的时候先通过 EPSFB(EPS Fallback)来回落到 4G 的 VoLTE,在 4G 覆盖不好的时候再通过 SRVCC 切换到 3G 或者 2G。

 

 

场景 4:5G 网络不支持 VoNR,则在打电话的时候先通过 EPSFB 来回落到 4G,结果很不幸,4G 也不支持 VoLTE,只能再次通过 CSFB 回落到 3G 或者 2G 来打电话了。

 

 

可以看出,在这几个场景中,手机打着打着电话,很可能从 5G 跑到了 4G,甚至还很可能从 4G 再跑到 3G 或者 2G。就打完电话之后,还要继续留在 4G,甚至 3G 或者 2G 吗?

 

由俭入奢易,由奢入俭难。习惯了 5G/4G 的高速率,对于 3G 和 2G 的龟速是不可接受的,因此需要尽快让手机返回能力最强的网络,这个过程就叫做快速返回。

 

 

3、5G VoNR 有什么优势?

同样是基于 IMS 的语音业务,VoNR 和 VoLTE 相比到底有什么优势呢?

 

首先,当手机驻扎在 5G 小区时,使用 VoNR 简单直接,否则还要经过 EPS Fallback 回落到 4G,信令流程增加了,时延也必然增加,影响用户体验。

 

然后,VoNR 下强制支持一种新的语音编解码方案,可以有效提升语音通话的音质到 HiFi 的级别,这就是 EVS(Enhanced Voice Services),也叫超高分辨率语音(Super HD Voice)。

 

 

其实 EVS 早在 3GPP R12 版本就已经定义了,彼时还是 LTE 的发展正如日中天,但由于大家对语音质量都不够重视,一直少有手机支持。这一拖,就到了 5G 时代。

 

EVS 是怎么提升音质的呢?

 

声音是由振动产生的,在空气中传播就形成了声波。但人的耳朵只能听到有限一段频率内的声波,范围是 20Hz 到 20000Hz。

 

人的声带能发出的频率范围要更窄一些,为 85Hz 到 1100Hz。

 

 

在以前的语音编解码方案中,只包含了人的听觉频率范围中的一小段,有些甚至连人的发声带宽都没有完全编码。

 

比如最早的标准语音编码的频率范围是 300Hz 到 3400Hz,而人的发声频率范围是 85Hz 到 1100Hz,也就是说,从 85Hz 到 300Hz 这一段的声音根本就没有被传输。

 

这种窄带编码导致了音色的损失。最直观的感受是,在打电话时,虽然对方说的语句是能辨认的,含义也能听明白,但却经常分辨不出谁在说话,像被变声了一样。

 

 

EVS 直接实现了人的听觉范围全带宽的编码,除了人的声音之外,连背景里汪星人和喵星人的叫声也真真切切,可媲美 CD 的音质。

 

5G 语音,虽然不被重视,但却默默做到了最好。

 

好了,本期的内容就到这里,希望对大家有所帮助。

 

延伸阅读

首批商用的 5G 网络,可能连电话都打不成?上文详细介绍了从 2G 到 5G 的网络架构演进,以及它们对语音业务的支持情况,还有 5G 语音流程动画,值得一读。