5G電話的美妙,宛如在你的耳邊
本文轉載自微信公眾號「無線深海」,作者蜉蝣采采 。轉載本文請聯系無線深海公眾號。
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,用戶數超過2億,兩者比例均占全球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的發布,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余力,5G套餐宣傳的賣點,自然都是流量多,速度快,價格“優”。至于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網絡下如何打電話的那些事兒。
1.語音業務是第一優先級
打電話,是每個人最原始的需求,也是移動通信業界最初的目標。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么亮點。
并且,打電話用的網絡到底用的是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,微信能語音能視頻,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,作為最基礎的通信服務,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,對方持續占線時,不需要著急,因為這個過程探明了一個事實:此時此刻,對方的手機就拿在手中。然后直接撥打她/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,視頻根本無法接通。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。這就是無線網絡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絡暢通,并且在手機上的其他應用也都得給它讓路。
所以,5G網絡必須支持語音業務。
2.5G網絡怎樣支持語音業務?
5G網絡怎樣支持語音的呢?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的網絡架構其實承襲自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,必須依賴于一個叫做IMS的系統。
IMS又叫IP多媒體子系統,可以在分組交換網絡下實現語音業務。5G的無線接入部分叫做NR(New Radio),跟IMS結合之后,獨立打電話的問題完美解決。因此基于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。
根據網絡部署模式,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網絡被稱作輔節點,作為4G的流量補充,并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,覆蓋不好的時候通過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語音方案比較復雜,有四種場景。總體思路是,5G網絡優先使用VoNR,如不支持,則回落到到4G的VoLTE,最后由3G或者2G進行兜底。
場景1:5G網絡支持語音功能(VoNR),則可直接在5G上接通電話,然后在5G信號不好的時候切換到4G的VoLTE。如果用戶跑到了4G覆蓋不好的地方,還可以通過SRVCC切換到3G或者2G。
場景2:5G網絡支持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通過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網絡不支持VoNR,則在打電話的時候先通過EPSFB(EPS Fallback)來回落到4G的VoLTE,在4G覆蓋不好的時候再通過SRVCC切換到3G或者2G。
場景4:5G網絡不支持VoNR,則在打電話的時候先通過EPSFB來回落到4G,結果很不幸,4G也不支持VoLTE,只能再次通過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。就打完電話之后,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,對于3G和2G的龜速是不可接受的,因此需要盡快讓手機返回能力最強的網絡,這個過程就叫做快速返回。
3.5G VoNR有什么優勢?
同樣是基于IMS的語音業務,VoNR和VoLTE相比到底有什么優勢呢?
首先,當手機駐扎在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,影響用戶體驗。
然后,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),也叫超高分辨率語音(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,但由于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是怎么提升音質的呢?
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,范圍是20Hz到20000Hz。
人的聲帶能發出的頻率范圍要更窄一些,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范圍中的一小段,有些甚至連人的發聲帶寬都沒有完全編碼。
比如最早的標準語音編碼的頻率范圍是300Hz到3400Hz,而人的發聲頻率范圍是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范圍全帶寬的編碼,除了人的聲音之外,連背景里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,本期的內容就到這里,希望對大家有所幫助。