4G VoLTE 与 5G VoNR：移动语音业务的 IP 化演进

在移动通信技术飞速发展的今天，我们已经习惯了高速的移动数据网络，无论是浏览网页、观看视频还是进行在线游戏，都离不开强大的数据支持。然而，在这些令人眼花缭乱的数据服务背后，最基础、最核心的通信需求――语音通话――也在悄然经历着一场深刻的变革。这场变革的核心，就是从传统的电路交换（Circuit Switched, CS）模式向全 IP（Internet Protocol）模式的演进，而 VoLTE（Voice over LTE）和 VoNR（Voice over New Radio）正是这场演进中最重要的里程碑。

1. 从电路交换到分组交换：语音业务的挑战

在 2G 和 3G 时代，移动语音业务主要依赖于电路交换网络。当用户发起语音通话时，网络会在通话双方之间建立一条专用的物理电路，这条电路在整个通话过程中被独占，即使双方不说话，电路资源也无法被其他用户使用。这种模式虽然保证了通话的质量和稳定性，但其资源利用率低下、效率不高，尤其是在数据业务爆发式增长的背景下，显得越来越力不从心。

进入 4G LTE 时代，移动网络开始全面向分组交换（Packet Switched, PS）转型，数据业务实现了全 IP 化。LTE 网络的设计初衷就是为了提供高速数据传输，它不再支持传统的电路交换语音。这就带来了一个问题：用户在 4G 网络下如何进行语音通话？

为了解决这一问题，业界引入了 CSFB（Circuit Switched Fallback，电路域回落）技术。当 4G 用户发起或接听语音电话时，网络会暂时将用户的连接从 4G LTE 回落到 2G 或 3G 的电路交换网络进行语音通话。通话结束后，再将用户切换回 4G LTE 网络。CSFB 确保了 4G 初期用户仍能使用语音服务，但其缺点也显而易见：呼叫建立时间长（因为需要回落和切换）、通话过程中无法使用 4G 数据业务、网络架构复杂且资源利用率不高，用户体验大打折扣。很明显，CSFB 只是一个过渡方案，4G 网络迫切需要一个原生的、基于 IP 的语音解决方案。

2. VoLTE：4G 时代的 IP 语音革命

正是在这样的背景下，VoLTE（Voice over LTE）应运而生。VoLTE，顾名思义，就是将语音业务作为数据包，承载在 4G LTE 全 IP 网络之上。它将语音通话彻底转化为数据流，与普通的数据业务在同一 IP 网络中传输，标志着移动语音业务真正迈入了全 IP 时代。

VoLTE 的核心支撑是 IMS（IP Multimedia Subsystem，IP 多媒体子系统）。IMS 是一个标准化的网络架构，它定义了一整套控制和信令协议，用于在 IP 网络上提供多媒体服务，包括语音、视频、即时消息等。对于 VoLTE 而言，IMS 扮演着"大脑"的角色，负责：

• 会话管理： 建立、修改和终止语音通话会话。
• 用户认证与授权： 确保只有合法用户才能使用服务。
• QoS（Quality of Service，服务质量）保障： 确保语音数据包在传输过程中获得优先处理，从而保证通话质量。
• 互通性： 实现与传统电路交换网络以及其他 IP 网络的互联互通。

VoLTE 的出现带来了多方面的显著优势：

• 高清语音（HD Voice）： VoLTE 采用更先进的宽带语音编码技术（如 AMR-WB），能够传输更宽频率范围的语音信号，使得通话音质更加清晰、自然，仿佛对方就在耳边说话。这极大地提升了用户的听觉体验。
• 更快的呼叫建立速度： 由于无需回落到 2G/3G 网络，VoLTE 的呼叫建立时间大大缩短，通常只需 2-3 秒，远快于 CSFB 的 5-8 秒，甚至更长。
• 数据和语音同时进行： 在 VoLTE 通话过程中，用户可以同时进行 4G 数据上网，例如一边通话一边查阅资料、导航或分享图片，极大地提高了便利性。
• 网络效率提升与全 IP 网络： VoLTE 将语音和数据统一承载在 4G LTE 的 全 IP 网络 上，简化了网络架构，提高了频谱效率和资源利用率。运营商无需维护两套独立的网络（CS 和 PS），降低了运营成本。
• 富媒体通信（Rich Media Communication）的基础： VoLTE 不仅仅是高清语音，它为更丰富的多媒体通信服务奠定了基础。通过 IMS，VoLTE 能够无缝集成视频通话、多方会议、即时消息、实时位置共享等富媒体功能，将传统的单一语音通话升级为更具交互性和沉浸感的多媒体体验。

3. VoNR：5G 时代的原生 IP 语音

随着 5G 网络的部署和发展，移动通信进入了一个全新的时代。5G 不仅带来了更高的带宽和更低的时延，还引入了全新的网络架构――5G 独立组网（5G SA, Standalone）。在 5G SA 网络中，控制面和用户面都基于 5G 新空口（New Radio, NR）和 5G 核心网（5GC），不再依赖 4G LTE 核心网。

在这种 全 IP 网络 架构下，4G 时代的 VoLTE 已经无法直接适应。因此，VoNR（Voice over New Radio）作为 5G SA 网络的原生语音解决方案应运而生。VoNR 的核心思想与 VoLTE 一脉相承，即在 5G NR 承载语音业务，并通过 5G 核心网和 IMS 提供语音服务。

VoNR 在技术实现上与 VoLTE 有相似之处，它同样依赖 IMS 作为其控制平面，但其承载网络从 4G LTE 切换到了 5G NR。5G NR 提供了比 4G LTE 更大的带宽和更低的时延，这使得 VoNR 能够带来：

• 极致的语音和视频质量： 凭借 5G NR 的高带宽和低时延特性，VoNR 能够支持更高采样率的语音编码和更高清的视频通话，提供接近"面对面"的沟通体验。
• 更低的呼叫建立时延： 5G 核心网的云原生、服务化架构和优化的信令流程，进一步缩短了呼叫建立时间。
• 更强的富媒体通信能力： 5G 的大带宽、低时延和海量连接能力，为 富媒体通信 提供了更广阔的舞台。VoNR 不仅支持高清语音和视频，还能更好地与增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、物联网（IoT）等 5G 创新应用融合，实现更丰富的交互体验。例如，在视频通话中实时共享 AR 内容，或通过语音控制智能设备。
• 真正的全 IP 网络： 5G SA 结合 VoNR，真正实现了端到端的 全 IP 网络。从接入网到核心网，所有业务（包括语音、数据、视频）都以 IP 数据包的形式传输，网络架构更加扁平化、简单化，为未来的网络演进和新业务拓展奠定了坚实基础。

4. IMS：IP 语音演进的基石

纵观 VoLTE 和 VoNR 的发展历程，IMS（IP Multimedia Subsystem）无疑是贯穿始终的"幕后英雄"。从 4G 时代的 VoLTE 到 5G 时代的 VoNR，IMS 一直是提供 IP 语音和多媒体服务的核心控制平台。它的标准化架构和灵活扩展性，使得运营商能够在不同的接入技术（如 LTE、Wi-Fi、5G NR）上提供一致的 IP 多媒体服务。

IMS 的重要性在于它不仅仅是为语音服务而生，它是一个通用的多媒体服务控制框架。通过 IMS，运营商可以统一管理和提供各种 IP 化的通信服务，包括语音、视频、即时消息、呈现（Presence）、增强型短信（RCS）等。它确保了不同网络、不同终端之间多媒体业务的互联互通，是实现 富媒体通信 愿景的关键。

5. 全 IP 网络与富媒体通信的未来

VoLTE 和 VoNR 的演进，最终指向的是一个更加高效、智能、富有活力的 全 IP 网络 和 富媒体通信 时代。

在一个 全 IP 网络 中，所有通信都将以数据包的形式进行。这意味着网络资源可以更灵活地分配和管理，不同的服务可以共享同一套基础设施，从而降低了网络的复杂性和运营成本。更重要的是，全 IP 网络为创新业务提供了无限可能。

而 富媒体通信 则是全 IP 网络带来的最直接的用户体验升级。它打破了传统通信的边界，将语音、视频、文字、图片、文件、实时位置等多种媒体形式无缝融合。未来的通信将不再是简单的"打电话"，而是一个集成了多种交互方式的沉浸式体验。例如，一个基于 VoNR 的电话会议，可以同时显示参会者的视频、共享屏幕文档，甚至通过 AR 技术在虚拟空间中进行协作。对于物联网设备而言，VoNR 也能提供高质量、低时延的语音或视频传输能力，实现更智能的人机交互或设备间通信。

结语

从 2G/3G 时代的电路交换语音，到 4G 时代的 VoLTE 开启 IP 语音时代，再到 5G 时代的 VoNR 实现原生 IP 语音和富媒体通信的全面升级，移动语音业务的 IP 化演进是一场深刻而必然的变革。这场变革以 IMS 为核心，以 全 IP 网络 为基础，不断提升着语音通话的质量、效率和丰富度。VoLTE 和 VoNR 不仅仅是技术上的进步，它们更是移动通信走向全面数字化、智能化和多媒体化的重要标志，为我们描绘了一个更加便捷、高效、沉浸的未来通信图景。随着 5G 网络的深度覆盖和 6G 的未来展望，移动语音业务的演进将永无止境，持续为人类社会带来更美好的连接体验。