VoNR-5G:开启未来语音业务的新篇章

在当今数字化和智能化的时代,语音业务正在以惊人的速度发展与演进。从智能助手到客服服务,从语音翻译到导航指引,各种场景化的语音业务正在广泛应用于各行各业。

想象一下,一位游客正使用语音导航应用,通过简单的语音指令得到准确的路线引导,省去了一切繁琐的操作。并且现在大家在车里,都不再是用按钮去调整座椅,只需要说一句语音指令,就可以控制空调的开启、车窗的关闭等。这些场景都展示了通信语音业务极大地便利了我们的生活。

而语音业务可以说是移动通信最基础也是最重要的业务,那么从最早的 2G 发展到现在的 5G,语音业务的传输有什么变化吗?

语音业务的发展

2G/3G

2G、3G 时代,我们的语音业务使用的是 CS(Circuited Swiched-电路交换)技术。

即手机在通话时需要建立一条独立的并且占用全部资源的线路,一直到通话结束,这条线路才会被解除。简单来说,我们在通话时手机的网络会直接断开连接,直到通话结束后的那一段时间内打开网页,也是在转圈圈。

4G

4G 时代,语音业务主要通过两种技术实现:CSFB(Circuit Swiched FallBack-CS 语音回落)和 VoLTE(Voice Over LTE-LTE 语音)。

前者是 4G 早期使用的语音业务技术,当用户进行语音业务时,设备就会从 4G LTE 数据网络回落 2G / 3G 网络。

为了解决这一现象,在 4G 后期推出了 VoLTE 技术,引入 IMS(IP Multimedia Subsystem ,IP 多媒体系统 )架构。VoLTE 技术是以 IP 包的形式在分组域(Packet Switch)上的传输语音的控制平台。即语音数据和视频数据均以 IP 包的形式通过 PS 传输。

VoLTE 使得语音业务和数据业务都在 LTE 网络上运行,是一种全部业务承载于 LTE 网络的 IP 数据传输技术,其相比于 2G / 3G 的数字通信方式,4G 的带宽更高,视频和语音更清楚和清晰,网速提升巨大。因此不管从技术层面还是从用户体验来看,VoLTE 的出现在移动语音业务发展史上是一次具有里程碑意义的技术革新。

而到了 5G 时代,我们的语音业务是否会像 4G 时代时实现质的飞跃呢?虽然没有像 VoLTE 那样完全颠覆式的技术变革,但是 5G 时代的语音业务也有其新的使命--VoNR。

而 5G 时代的 VoNR 到底是什么呢?

什么是 VoNR

5G 时代,语音业务主要通过两种技术实现:EPS FB(EPS FallBack-EPS 语音回落)和 VoNR(Voice Over NR-NR 语音)。

5G 初期,5G 设备覆盖并不完善,运营商并没有直接将语音业务升级到 5G 语音,而是在没有 5G 覆盖的地区让语音回落到具有完善功能的 4G 语音,这种通话方式叫做 EPS FB。而采用这种方式必然会造成呼叫延迟,EPS FB 最大的缺点会导致语音业务产生短暂的连接中断,这种缺点会比呼叫延迟更容易被用户察觉,使用户体验较差,所以随着技术的革新与 5G 的发展出现一种新的语音服务 VoNR。

由于 4G 的无线接入技术为 LTE,因此在 4G 上面承载的语音被称之为 VoLTE。而在 5G 中是在新的无线电接口技术(NR)上提供语音服务,所以这种语音技术在 5G 中被称为 VoNR。5G 网络架构基本延续了 4G 的架构,同样采用的是 VoLTE 中的 IMS。

但是通过 5G 的 IMS 升级,VoNR 能够支持更多的并发呼叫和更高的数据传输速率,这使得它可以支持更丰富的通信体验。

利用 5G 网络的高带宽和低延迟的特性,达到秒接通和上网并行的目的,实现语音游戏两不误,并提供高清晰度的语音通信和数据业务。这使得语音通信的体验更为优秀,特别是在嘈杂的环境中,用户仍然能够清晰地听到对话。

其次,VoNR 的低延迟特性使得它在实时通信方面具有优势。在传统的电话通话中,由于网络的延迟,会导致对话的不连贯和打断。而 VoNR 的低延迟性能可以解决这个问题,使得语音通信变得更加流畅。

在语音方面不但能实现高质量的语音和视屏通话,而且在通话过程中可以实现实时翻译,语音转文字等功能。相当于在原有的通话界面,加强了用户与设备之间的交互能力。

VoNR 的诞生标志着我们正在从传统的语音通信技术迈向新一代数字化语音通信技术。

VoNR 原理与关键技术

其语音原理如下:

  • 初始化:用户终端设备 (UE) 接入 5G 网络后,通过与核心网的认证和注册过程完成初始化。

  • 呼叫建立:用户发起语音通话请求,调用呼叫控制功能,与对方 UE 建立通信连接。呼叫建立过程中,涉及到资源预留、媒体流设置、编码和解码等操作。

  • 编码和解码:VoNR 使用可伸缩性编解码器,支持不同音频质量和比特率的设置。编码和解码过程的目标是在保证语音质量的同时,尽量减少带宽和数据传输需求。

  • RTP 封装:VoNR 采用实时传输协议 (RTP:Real-time Transport Protocol) 进行封装,将音频流分片,并添加相关的同步、时序和头信息。

  • 数据传输:VoNR 利用 5G 的新的空口协议 (N1 接口) 传输语音数据。与 VoLTE 不同的是,VoNR 不再使用 LTE 网络来承载语音通信。而是全部数据承载于 5G 网络之上。

  • 语音业务:VoNR 可以通过 IMS 服务器实现诸如电话会议、呼叫转移等业务。

VoNR 实现的关键技术如下:

5G 新空口技术

5G NR(New Radio):5G NR 是 5G 网络的无线接入技术标准,实现了更高的频谱效率和更低的时延。

5G NR 包含了大量新的技术和功能,为 VoNR 提供了良好的无线接入环境。

NR 频段:5G NR 支持更高的频谱带宽和更高的载波聚合能力,提供了更大的传输容量,可支持大量的语音用户。

Beamforming:5G 中的波束赋形技术使得语音信号能够通过指定的波束进行传输,提高了传输质量和覆盖范围。

网络切片技术

网络切片:5G 网络切片技术使得网络能够被划分为不同的虚拟切片,每个切片根据其特定的业务需求进行优化。语音通信可以作为一个独立的网络切片进行优先保障,确保语音的低时延和高可靠性。

QoS(Quality of Service-服务质量)保证

VoNR 通过在 5G 网络中实现严格的 QoS 保证,确保语音通信的实时性和稳定性。

QoS 机制能够调度和保障网络资源,以满足语音通信所需的环境条件。

多解码器技术

VoNR 的多解码器技术能够根据网络质量和用户需求自适应地选择合适的音频编解码器,以提供最佳的语音质量和资源利用效率。

通过以上原理我们可以很清楚的看到它的优势:

  • 高清语音质量:VoNR 支持高清语音通话,提供更清晰、更自然的通话体验。

  • 低时延:5G 网络的低时延特性使得 VoNR 语音通信的延迟更低,实现几乎实时的通话体验。

  • 大容量:5G 网络提供更高的带宽和传输容量,能够同时支持更多的语音通信用户。

  • 强化业务:VoNR 通过集成 IMS 服务和网络切片技术,可以实现诸如电话会议、呼叫转移等业务。

  • 数据业务与语音业务并行。

VoNR 的未来

总的来说,VoNR 是 5G 时代的一种新型语音服务技术,它代表了语音通信技术的未来发展的一种趋势。VoNR 的出现不仅可以提供优质的语音通话体验,同时也开启了新的通信应用场景(如虚拟现实(VR)和增强现实(AR)通信,远程监控等),为人们的生活和工作带来更多的便利。

而 VoNR 的发展面临一些挑战,由于 VoNR 是基于 5G 技术的,因此用户必须使用支持 5G 的设备,并且在有 5G 网络覆盖的区域内才能使用 VoNR 服务。尽管 5G 网络的覆盖面正在逐渐扩大,但在一些地区,5G 网络的覆盖仍然有限。

其次,VoNR 的实施需要运营商进行大量的投资。运营商需要升级其网络设备,以支持 VoNR 服务。这可能会导致运营商在短期内面临高昂的投资成本。

所以这些问题与挑战需要通信行业各方的共同努力,推动其技术的进步和应用的推广。

虽然 VoNR 的广泛应用还需要时间。但是我们可以预见,随着 5G 网络的不断发展和成熟,VoNR 将会在未来的通信市场中发挥越来越重要的作用。

原文链接:

https://www.ithome.com/0/738/196.htm

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时间:2023-12-11
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