5G電話的美妙,宛如在你的耳邊

2020,是中國5G建設的關鍵年。華為預計到今年底,中國5G站點數將達到80萬,使用者數超過2億,兩者比例均佔全球70%以上。

從去年底開始,5G手機已開始登上市場舞臺。今年新發布的手機,更是基本上都支持5G。10月份,隨著蘋果iPhone 12的發佈,將5G之火燒得更旺。

與此同時,三大移動運營商對5G套餐的推廣也是不遺餘力,5G套餐宣傳的賣點,自然都是流量多,速度快,價格「優」。至於套餐含多少分鐘的語音,則早已隱藏在不起眼的角落,也幾乎無人問津。

本期,蜉蝣君就來聊聊在5G網路下如何打電話的那些事兒。

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語音業務是第一優先級

打電話,是每個人最原始的需求,也是行動通訊業界最初的目標。就像必須保證充足供應的水和電一樣,語音業務宣傳起來確實沒有什麼亮點。

並且,打電話用的網路到底用的是5G,還是4G,甚至3G或者2G,也少人關注。能打電話就行,管它是幾G呢!

何況,微信能語音能視訊,花的流量也不多,用著不香嗎?

香是香,但以微信為代表的各種OTT(Over The Top)語音雖然可用,其地位和語音業務完全不可比。

運營商的語音業務,作為最基礎的通訊服務,擁有最高的優先級。在關鍵的時刻,它甚至是我們唯一的救命稻草。

當你撥打微信語音,對方持續佔線時,不需要著急,因為這個過程探明瞭一個事實:此時此刻,對方的手機就拿在手中。然後直接撥打她/他的電話號碼,一定能聽到熟悉的回鈴音,她/他的微信連接也將被掐斷,陷入接不接電話的二元選擇。

在信號不好的時候,上網龜速,微信語音卡成狗,視訊根本無法接通。但是,電話肯定是可以打通的,雖然音質可能不好,但可以滿足基本需求。這就是基礎服務保障的承諾。

甚至,當遇到緊急情況時,不管你的手機有沒有信號,甚至連SIM卡都沒插,照樣能打通緊急呼叫電話。這就是無線網路運營商都要承擔的社會責任。

這一切都的原因如前所述,語音業務是最基礎的服務,擁有無可辯駁的最高優先級,不但運營商全力保證網路暢通,並且在手機上的其他應用也都得給它讓路。

所以,5G網路必須支持語音業務。

2

5G網路怎樣支持語音業務?

5G網路怎樣支持語音的呢?最根本的方式是:自己動手,豐衣足食。直接自己就支持VoNR(Voice over New Radio),不看4G甚至3G和2G的臉色。

5G的網路架構其實承襲自4G,只支持分組交換,不支持電路交換,也就是說自身的5GC核心網是沒法支撐語音業務的,必須依賴於一個叫做IMS的系統。

IMS又叫IP多媒體子系統,可以在分組交換網路下實現語音業務。5G的無線接入部分叫做NR(New Radio),跟IMS結合之後,獨立打電話的問題完美解決。因此基於5G的語音業務就叫做VoNR (Voice over NR)。

這一點跟4G如出一轍,4G在IMS支持下的語音業務就叫VoLTE(Voice over LTE)。VoLTE目前已經在國內廣泛支持。

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務進行兜底了。

根據網路部署模式,5G可分為NSA(非獨立組網)和SA(獨立組網)兩類。再根據5G是否支持VoNR,以及4G是否支持VoLTE,分為以下多種方案。

2.1 NSA下的語音業務:

在NSA下,5G網路被稱作輔節點,作為4G的流量補充,並不直接參與語音業務,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,則直接進行語音,覆蓋不好的時候透過SRVCC(Single Radio Voice Call Continuity,單無線語音呼叫連續性)切換到3G或者2G。

如果4G不支持VoLTE,在撥打電話的時候就會直接回落到3G或者2G(這個功能稱作CS Fallback,電路交換回落)。

2.2 SA下的語音業務:

在SA模式下,5G語音方案比較複雜,有四種場景。總體思路是,5G網路優先使用VoNR,如不支持,則回落到到4G的VoLTE,最後由3G或者2G進行兜底。

場景1:5G網路支持語音功能(VoNR),則可直接在5G上接通電話,然後在5G信號不好的時候切換到4G的VoLTE。如果使用者跑到了4G覆蓋不好的地方,還可以透過SRVCC切換到3G或者2G。

場景2:5G網路支持VoNR,則可直接在5G上接通電話,在5G信號不好的時候發現4G信號也不好,直接由5G透過SRVCC把電話切換到3G。

5G到3G的SRVCC剛剛在3GPP R16版本中標準化,目前還沒有手機支持。

既然從5G能切換到3G,未來也會支持切到2G吧?實際上沒有那個必要,因為一般情況下3G已經覆蓋夠好,足夠用來兜底了,再說2G也沒幾年就要退網了,不值得再花錢投資。

場景3:5G網路不支持VoNR,則在打電話的時候先透過EPSFB(EPS Fallback)來回落到4G的VoLTE,在4G覆蓋不好的時候再透過SRVCC切換到3G或者2G。

場景4:5G網路不支持VoNR,則在打電話的時候先透過EPSFB來回落到4G,結果很不幸,4G也不支持VoLTE,只能再次透過CSFB回落到3G或者2G來打電話了。

可以看出,在這幾個場景中,手機打著打著電話,很可能從5G跑到了4G,甚至還很可能從4G再跑到3G或者2G。就打完電話之後,還要繼續留在4G,甚至3G或者2G嗎?

由儉入奢易,由奢入儉難。習慣了5G/4G的高速率,對於3G和2G的龜速是不可接受的,因此需要儘快讓手機返回能力最強的網路,這個過程就叫做快速返回。

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5G VoNR有什麼優勢?

同樣是基於IMS的語音業務,VoNR和VoLTE相比到底有什麼優勢呢?

首先,當手機駐紮在5G小區時,使用VoNR簡單直接,否則還要經過EPS Fallback回落到4G,信令流程增加了,時延也必然增加,影響使用者體驗。

然後,VoNR下強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到HiFi的級別,這就是EVS(Enhanced Voice Services),也叫超高解析度語音(Super HD Voice)。

其實EVS早在3GPP R12版本就已經定義了,彼時還是LTE的發展正如日中天,但由於大家對語音質量都不夠重視,一直少有手機支持。這一拖,就到了5G時代。

EVS是怎麼提升音質的呢?

聲音是由振動產生的,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的聲波,範圍是20Hz到20000Hz。

人的聲帶能發出的頻率範圍要更窄一些,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範圍中的一小段,有些甚至連人的發聲頻寬都沒有完全編碼。

比如最早的標準語音編碼的頻率範圍是300Hz到3400Hz,而人的發聲頻率範圍是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。

這種窄帶編碼導致了音色的損失。最直觀的感受是,在打電話時,雖然對方說的語句是能辨認的,含義也能聽明白,但卻經常分辨不出誰在說話,像被變聲了一樣。

EVS直接實現了人的聽覺範圍全頻寬的編碼,除了人的聲音之外,連背景裡汪星人和喵星人的叫聲也真真切切,可媲美CD的音質。

5G語音,雖然不被重視,但卻默默做到了最好。

好了,本期的內容就到這裡,希望對大家有所幫助。

延伸閱讀

首批商用的5G網路,可能連電話都打不成?

上文詳細介紹了從2G到5G的網路架構演進,以及它們對語音業務的支持情況,還有5G語音流程動畫,值得一讀。

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