从2G到5G,语音实现方式的演进-电子发烧友网

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尽管高速数据业务是驱动5G发展的重要因素，然而传统的语音和视频通信依然是运营商服务的重要组成部分。

01从2G到5G，语音实现方式的演进

从2G到5G，语音业务模式发生了巨大的变革。2G和3G语音通过电路域（CS）实现，如12.2k AMR语音和64k视频通话业务，而数据业务通过分组域（PS）实现。从4G开始，语音业务基于IP多媒体子系统(IMS)架构，并在此基础上演进。3GPP在R15中并没有定义5G与3G/2G之间的切换。因此，不可能出现CSFB的场景。切换到2G/3G需要分两步完成，中间需要过渡连接到4G。3GPP R16引入了双模单待无线语音呼叫连续性(SRVCC)，其中VoNR连接可以转移到3G。

总的来说，5G语音可以通过EPS回退到4G来实现，也可以通过在5GC中直接建立基于SA或者NSA模式的IMS语音。5G语音的另外一个实现方式可以是双链接，语音通过VoLTE实现，数据通过5G承载。可以看到在语音业务演进过程中，不可避免的会出现多种无线接入技术（RAT）的组合，因此必须最大限度保持语音业务连续性，避免出现掉话，无法接入等现象，从而影响用户体验。

02音频带宽和语音编码算法的演进

在2G (GSM)的早期，最大吞吐量9.6kbps的限制导致了语音编码原理的引入。面对与固定电话网络及其所提供语音质量的竞争，无线通信语音方案显然已向着提升整体语音质量的方向发展。这首先通过提高音频带宽和采样率从而降低量化粒度来实现。带宽的演进范围从窄带(NB)经宽带(WB)到超宽带(SWB)，最终到全带(FB)，涵盖从20 Hz到20 kHz的典型人耳可听频率范围。

为了提供更高质量的语音业务，提出了增强语音服务(EVS)的概念，该服务具有更宽的音频带宽、更高的采样比、更好的量化水平和更高的清晰度。引入增强语音服务(EVS)的动机是实现音乐和语音等高品质音频的结合（HD）。GSM中使用的初始语音编解码器仅专注于语音服务，而较新的编解码器则侧重于高品质多媒体服务。为确保与传统语音编解码技术互通，EVS支持AMR-WB的九种编解码率。这种模式称为互操作模式(AMR-WB IO)。如果要实现5G语音，运营商必须确保IMS和语音编码器得到完全支持。

03IMS演进

最初的5G标准R15尝试使对IMS的影响最小化，从而简化部署过程。事实上，从IMS的角度来看，R15基本上就像4G EPC。VoLTE使用的IMS为5G VoNR奠定了基础。然而，在R16标准中，IMS成为5GC及其基于服务的架构(SBA)的一部分。

VoLTE将是5G VoNR的基础和关键驱动力，一方面依赖于VoLTE的大规模部署，另外一方面VoNR和VoLTE的联动才能保证语音业务的连续性。在没有5G覆盖的情况下，必须通过EPS回退到VoLTE来提供语音服务。

在5G早期部署阶段，大部分的网络将会采用NSA的模式，但是SA是5G发展的方向。中国更是强制网络打开SA模式，并将其设置为高优先级。因此，语音方案需要同时支持Option2独立组网（SA）和Option3 非独立组网 (NSA)两种模式。

5G语音测试的难点

01多种接入技术（RAT）和多场景的语音通信，导致语音测试必须覆盖几乎所有的移动通信制式和各种场景的组合。

02语音带宽的增加结合高质量语音编码技术，导致语音测试需要更先进的测试设备以满足该需求。

03更加复杂的IMS流程和SA/NSA多种模式组合，需要验证各种业务和消息流程。

R&S先进的VoNR测试解决方案

测试和测量有助于确保和验证语音服务的正常运作和实施，从而提升用户体验质量(QoE)。

下图描绘了5G语音和视频应用的测试设置，其中包括用于独立组网或非独立组网信令测试且支持LTE和5G NR的CMX500无线通信测试仪和CMW500宽带无线通信测试仪。如图所示，该设置可通过音频分析仪进行扩展，使用人工嘴和人工耳进行音频测量。CMX500支持内部IMS服务器，允许采用虚拟UE仿真和音频环回模式，从而可实现快速简单的VoNR测试。借助CMW500宽带无线电通信测试仪，可以测试2G到4G的RAT以及CDMA2000、Bluetooth或Wi-Fi等非3GPP技术。