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欧宝和华体会:【2022 · 第1期】面向5G Advanced网络的话音

发布时间:2022-09-25 05:16:54 来源:欧宝体育官网首页 作者:ob欧宝娱乐app网址

  原标题:​【2022 · 第1期】面向5G Advanced网络的话音业务演进研究

  【摘 要】伴随着移动通信网络技术的代际更替,话音业务技术也在同步演进。对运营商话音技术演进路线G VoNR话音解决方案进行分析的基础上,提出了5G Advanced网络架构下的话音解决方案——VoNR+,并对VoNR+业务需求、关键技术以及未来发展方向进行了探讨。

  以GSM(Global System for Mobile Communications)为代表的2G移动通信技术经过20年的发展和普及,使全球移动话音通信业务获得了空前的成功。到了4G LTE时代,伴随网络速率的大幅提高,话音实现了高清音质传输,并在音频通话的基础上开始拓展视频通话业务市场,同时,以多媒体彩铃为代表的各种话音增值业务也推动了用户业务和体验的不断升级。

  5G时代话音业务仍然是运营商的核心业务,5G网络 [1] 商用为语音业务和体验进一步升级带来了新的契机。3GPP已明确5G网络仍基于IMS(IP Multimedia System)提供线G VoLTE(Voice over LTE)及5G VoNR(Voice over New Radio)作为IMS话音业务的不同接入方式存在,VoNR下强制支持EVS(Enhanced Voice Services)编解码,可有效提升语音通话音质到高保真级别,视频业务质量也将有更大提升。与此同时,网络技术也在进一步演进,3GPP在2021年4月举行的会议上确定以5GA(5G Advanced)作为5G网络演进的新阶段 [2] ,5G及5GA网络带宽的进一步提升,使得运营商有更为充分的资源提升线GA,用户话音业务的诉求不再局限于音视频,新型数据通道的引入使得用户针对同一事务共同协作和互动成为可能。预计到2025年,5GA架构下话音业务将进一步向交互式及沉浸式通信方向演进。

  移动通信网络以十年一代的节奏演进,网络经历了从2G到3G、4G、5G的演进,与移动网络技术演进相匹配,无线侧体现为从GSM向UMTS、LTE等发展,核心网侧则体现为PS(Packet Switch)域、EPC(Evolved Packet Core)的出现和演进,在这个过程中,话音业务经历了从TDM(Time-Division Multiplexing)到IP、从传统交换机到软交换的发展,4G网络开始,LTE技术 [3] 的逐渐成熟使移动网络端到端VoIP业务商用部署成为可能,VoLTE基于IMS [4-5] 的全IP架构实现了基于分组域的语音和多媒体业务的迅速发展,用户在LTE网络上的话音业务可拥有优于传统CS话音的业务体验。IMS采用SIP协议 [6-7] 作为不同分组接入网络的统一会话控制协议,从而成为业界公认的下一代的语音/多媒体业务控制和网络融合的架构。VoLTE的实施标志着移动网络向全IP网络迈出了重要的一步,传统CS域也将逐步退出历史舞台,话音网络也将成为真正的VoIP网络。

  VoLTE是4G网络下的话音方案,通过IMS实现将语音业务承载在IP网络,将2G/3G电路域所有业务在4G网络全部IP化。4G网络建成后,出于对网络发展的不同阶段及对语音业务连续性的考虑,4G还提出了电路域回落(CSFB, Circuit Switched Fallback)过渡方案。与此类似,在5G网络下,话音业务目前也有两种方案,一个是VoNR,另一个就是EPS Fallback。VoNR方案下可实现语音业务和数据业务并发,所有业务都通过5G网络承载,语音业务使用IMS进行控制。EPS Fallback方案用于终端在5G网络不支持语音业务的场景,通过重定向或切换的方式回落到4G网络,由VoLTE来提供语音业务,语音通线G网络。可以看出,VoNR在语音和数据业务体验上优于EPS Fallback,且利于加速2G电路域语音退网,重耕2G/3G优质频段。

  )。VoNR+是指在5G VoNR多媒体实时通信的基础上搭载新的数据传输通道,为用户提供除高清音视频之外更丰富的实时交互服务,并建立以多媒体实时通信能力平台为中心、统一开放的网络架构,在兼容现有业务的基础上实现创新业务的敏捷开发和快速部署。2 5G Advanced网络话音技术:VoNR+

  5G VoNR+秉承不同于现有话音业务及架构的新理念,VoNR+将运营商的封闭话音网络发展成为一个可管、可控、易用的服务网络,在传统话音听说体验的基础上,为用户提供高清、可视、实时交互通信服务,通过算网融合及端云协同技术,对高清音视频及数据进行实时渲染,为用户提供沉浸式通信体验。

  XR(Extended Reality)技术 [10] 的不断发展和产业成熟将催生沉浸式音视频业务体验。在AR(Augmented Reality)游戏、VR(Virtual Reality)视频直播点播、360度视频直播点播等应用后,AR已经率先在2C/2B领域开始了商用。典型应用场景包括AR社交、AR远程购物及AR远程维修。采用VoNR+技术可以将音视频信息与包含用户FOV(Field of View)等信息同步传递及渲染,在网络侧实现AR渲染功能,从而大大简化现有AR终端的设计。

  2)AR远程购物:通过AR视频通话,为实际购买者提供远程购物协助。双方开启视频通话,现场的实物影像可以通过高清视频传送给实际购买者,购买者可以在手机屏幕上对自己想要购买的物品做出标记。标记好的画面会传送到购物现场,当现场的镜头发生移动时,购买者做出的标记会始终绑定被标记物。现场的亲友可以一边进行语音交流,一边根据实物上的标记选择正确的待购物品。

  5GA时代,音视频连接将延伸到超过200亿的人与人和人与物的连接。在5G应用场景中,诸如超高清视频、AR/VR通信和IoT等场景需要构筑在话音通信能力上,这意味着话音会从消费者话音业务转变为增强的实时通信网络能力,并将在专网和互联网中运行,终端也将从手机变成为诸如电视、手表、车,甚至是机器人,通过在用户通话过程中同步传递通信双方体感设备或周边设备的数据信息,将大大增强消费者话音业务的使用体验,为运营商创造商业价值。

  VoNR+业务将承载更为丰富的媒体流,其中涉及对音视频流处理、数据通道媒体与音视频媒体的混流渲染等需要大量算力的应用场景,而算力与网络在形态和协议方面是需要深度整合的。VoNR+为了同步支持音视频及数据通道媒体的渲染和计算,需要统一部署、就近调度,建立VoNR+算网一体化基础设施,实现媒体算力和IMS网络由网随算动、算网融合走向算网一体,打破IMS网络和算力基础设施的边界,实现算网一体内生 [13] 。IMS网络需要根据业务需求,按需进行算力编排,灵活调度泛在算力资源,协同网络算力和资源,实现IMS算力路由,通过灵活部署的在网计算对IMS多媒体流进行就近加速处理,降低应用响应时延,提升系统处理效率。

  ),需要IMS网络实现算力资源调度及实时处理,基于IMS的算力网络将是未来VoNR+业务体验保证的重要技术。(3)终端关键技术

  ),终端需升级音视频通信协议栈来支持IMS DC通道的建立和协商,支持根据交互式业务的可靠性要求,协商业务带宽、时延及丢包率等QoS指标,通过内置原生系统服务实现叠加于音视频之上的数据通道的连接和管理 [14] 。基于Web技术及Java脚本可以实现应用及网络自定义的灵活界面显示,减少对端侧繁琐的定制诉求;同时,终端应支持将IMS DC向应用层开放调用接口,使能IMS DC作为新的行业应用入口,壮大基于运营商音视频的行业应用生态。(4)端云协同技术

  VoNR+需要支持多媒体通信数据流的协同,比如,触感通信需要多维数据采集,以实现多业务流间的传输协同和统一调度,保障数据包同步到达处理服务器及终端,因此端云协同将是VoNR+业务体验的重要保证技术。借助端、边、云的协同,VoNR+将运营商的封闭话音网络发展成为一个可管、可控、易用的服务网络,将云端能力通过边缘云传递给终端(

  ),使得VoNR+具备了业务快速创新、快速部署和快速上线的能力,并且避免了终端频繁升级,使得持续地业务创新和体验升级成为可能。2.3 标准及产业进展

  VoNR+相关标准工作主要在SA1、SA2、及CT开展。3GPP在R16已完成5G网络的IMS DC实时交互通道相关技术标准,于2020年3月写入并发布了TS 26.114 V16.5.0版本,实现了5G VoNR业务能力的增强。在CT1,R17项目FS_eIMS5G2研究了IMS如何更好地使用5GC能力,特别是利用5GC的MEC(Mobile Edge Computing)能力实现信令媒体面优化。在SA1,R18项目FS_MMTELin5G中定义了可视菜单、屏幕共享、AR通信及第三方ID接入等场景和需求,并发布了TR 22.873,完成了TS 22.261的修订。在R18中将重启IMS切片、服务化等研究内容,将纳入SA1新通线中NG.RTC立项申请也已获得通过。

  运营商联合产业各方已经开始了多层次、多维度的新型商业模式探索,共同打造VoNR+产业生态,实现开放、合作和共赢。2021年8月,中国移动在5GDNA联盟中联合多家伙伴成立业界首个VoNR+工作工作组,该工作组由芯片、模组、终端、网络、应用等十余个行业伙伴组成,主要从技术路线、商业模式、终端推进三大方向形成产业共识,推进VoNR+生态建设。

  话音业务演进与移动通信网络发展是相辅相成的,随着5G大规模商用及VoNR的进一步普及,预计2025年话音业务将演进到VoNR+。VoNR+是基础通信迈向未来全息沉浸式交互通信 [15] 的核心突破口,后续将通过引入算力网络等技术,不断将VoNR+的触角延伸到沉浸式、低延迟和拟真模式,让用户具有身临其境的感官体验,并将作为未来元宇宙(Metaverse)的基础使能业务能力,通过全感通信,推动现实世界社交关系链在数字世界发生转移和重组,最终将实现基础通信业务的颠覆式突破,形成一个安全、稳定、有序的现实世界的元宇宙空间。

  维码,到知网阅读下载本篇论文★原文发表于《 移动通信》2022年第1期★

  高级工程师,博士毕业于北京邮电大学,现任职于中国移动通信研究院网络与IT技术研究所,研究方向为核心网演进、5G专网和天地一体化等。周越:

  工程师,毕业于哈尔滨工程大学,现任中国移动通信研究院项目经理,长期从事IMS相关技术研究工作。魏彬:

  高级工程师,现任中国移动通信研究院网络与IT技术研究所副所长,从事3G/4G/5G核心网标准化推进及商用技术攻关、5G行业网、流量经营等相关工作,多次获得中国通信标准化协会科学技术奖、中国移动重大创新特别贡献奖、中国移动科技进步奖一等奖等奖项。《移动通信》投稿方式为在线投稿

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