电话都不能打的5G,你会用吗?

本文作者:蜉蝣采采

01—都在关注5G的网速,那5G能打电话吗?

在2019年的巴塞展上,5G是绝对的主角,各个厂家是八仙过海,各显神通。有展示5G芯片的,有展示5G手机的,还有展示5G网络下的超低时延和海量连接的,真是让人眼花缭乱。

2019巴塞展上的中兴手机

然而,没有任何一个厂家宣传在5G网络下打电话的好处。这个通信技术最原始的需求,就像水和电一样,宣传起来确实没有什么亮点。

那么在5G网络下,到底能不能打电话?

打电话的需求亘古不变

其实从4G时代开始,无线网络的主要服务就是高速上网,打电话这一个不可或缺的需求的地位就已经相当低了,甚至有很多4G网络根本不支持打电话。

4G都不想干的低端工作,5G这位趾高气扬的时代宠儿岂能俯身去做?

5G连电话都不能打,还配叫5G吗?别急,不是4G和5G不行,而是它们主要提供高速上网服务,把语音服务留给2G和3G这两位老大哥兜底了。

就算没有2G和3G兜底,在其他模块的配合下,5G网络也还是可以打电话的,通话效果甚至还更好,只是5G志不在此,消极怠工罢了。

诚然,在5G时代,我们已经不在意语音业务了,但它仍是并将一直是移动通信的最基本需求和基础业务,不可或缺。

下面就从语音业务的发展说起,来探究在5G时代是怎样打电话的。

02—数据业务的崛起,语音业务的边缘化

1G:移动通信初生,只有语音业务

话说电话就是为了打电话而生,而手机,在其诞生初期,也就是可以拿着到处跑的电话,因此又叫移动电话。在1G时代,拥有随时随地可以打电话的手机是成功人士的标志。

开天辟地的第一代移动电话

2G:移动通信的普及,语音业务主导,数据业务开始发展

到了2G时代,移动通信开始普及,在大众的眼里,手机就是打电话和发短信的。而网络呢,就是手机通过无线信号连接到通信铁塔上的基站(BTS)和基站控制器(BSC),再连到核心网(主要是MSC),这时候的核心网还只能支持打电话,因此又可以叫做“语音核心网”。

最初的2G网络架构:只支持打电话

每打通一路电话,就要建立一条“手机→基站→基站控制器→核心网”的电路,只要电话不挂,即使你不说话,这条电路依然专为你保留,专为你提供服务,因此也会一直按时间计费。这种服务方式就叫电路交换,因为英文是Circuit Switch,也被简称为CS,核心网也叫CS域。

电路交换非常像有轨电车,线路独占

后来,为了满足当时还不明显的上网需求,一帮专家们对2G的网络架构进行了修改,加了些设备,这下能上网了,2.5G就此出现,也叫GPRS。GPRS一度成为运营商对手机上网业务的代称。

GPRS:General Packet Radio Service(通用分组无线服务)

要支持GPRS,手机当然要换新的,不但手机可以上网,还能连接到电脑,电脑也就能通过手机上网了,在那个时代是很酷的事情。

基站,基站控制器都要升级才能支持GPRS。而改动最大的是核心网,在原来的语音核心网(CS域)之外,新增了一套支持上网的数据核心网(PS域)。

从GPRS开始,数据核心网出现

PS的全称叫Packet Switch,也就是分组交换。假设老王要给女朋友发一个小视频,网络会把这个文件分割成很多小块的数据包,每块独立发送,到了目的地在拼装起来。

在一条分组交换通路上,可以同时发送很多人的数据包,资源共享。这种方式的好处是传输资源利用率高,不足之处是如果多个人同时发送的数据包太多的话,容易发生拥塞,导致速率很慢。发送小视频慢点也无所谓,大不了多等会再看,而打电话可就不行了,卡顿起来啥都听不清。

分组交换就像公路:多辆车可以共享道路,资源利用率提高

因此,在2G和2.5G时代,语音电话适合使用电路交换,数据业务适合使用分组交换。电路交换就像有轨电车,轨道独占,分组交换就像普通公路,很多车可以共享车道。

在2.5G的GPRS时代,数据业务只是语音业务的锦上添花,似乎可有可无。在当时,普通用户一个月30M的流量套餐非常常见,结果上一个月网流量竟然还用不完,可见2.5G的速度是有多慢。

支持上网的2.5G功能机

3G:移动通信的爆发,语音业务和数据业务平分秋色

到了3G时代,网络在数据业务上进行了增强,但架构和2.5G基本相同,也是分为CS域和PS域。但随着数据业务的需求增长,大屏手机崛起,对网速的需求与日俱增,PS域的重要性不断提升,相对而言打电话的需求没什么变化,CS域开始边缘化。

因为3G和2G的架构如出一辙,且共用核心网,因此经常把它们画在一起,看起来也确实高度统一。

2G(支持GPRS)和3G的网络架构基本是一样的

4G:数据业务爆发,语音业务边缘化

为了应对火山爆发般的汹汹流量,4G做了一个大胆的决定:加强数据核心网,抛弃语音核心网,先集中精力满足人民群众强烈的上网需求。这样一来,网络架构就发生了翻天覆地的变化。

4G网络架构:抛弃了语音核心网,重组数据核心网

连语音核心网都没了,那4G手机要打电话该咋办?先找2G和3G去吧!这个过程就叫语音回落,又叫CSFB (circuit switch Fall Back)。简单来说就是4G手机打电话时,要先切换到3G或者2G,然后通过电路交换打通电话。

4G初期要打电话,还要回落到2G或者3G才行

CSFB在4G网络建设的初期大行其道,但是,要毕竟2G和3G已经老迈,要退网了咋办?4G终究还是要自己搞定打电话这个问题。于是一个长久以来默默无闻的网元走进了大家的视野,这就是IMS

IMS,从入门到放弃

IMS又叫IP多媒体子系统,可以在分组交换网络下实现语音业务。4G正好只有分组交换PS域,和IMS结合之后,在4G网络独立打电话的问题完美解决。因此基于4G的语音业务叫VoLTE (Voice over LTE)

VoLTE架构

好了,发展到这里,4G已经成年,完全可以撑起一片天了。与此同时,5G早已入盆,正在为最后的呱呱坠地积蓄力量。

03—5G是怎么实现打电话功能的?

在5G的初期,主要覆盖的是人多上网需求大的密集城区,覆盖还不连片,也没有5G的核心网,因此还需要4G来提供基本服务,5G只是锦上添花。这种需要4G辅助的5G部署方式,就叫“非独立组网(NSA)”。

最典型的5G非独立组网方式:选项3x

在5G非独立组网形式下,手机其实是跟5G和4G同时工作的。4G作为老板,有5G覆盖的话,5G就来分担4G的工作,没有5G的话,所有流量就由4G一肩扛。

所以,在这个5G的幼年期还靠不住的时候,打电话这样的基础服务当然由4G承担。这就回到了前面说的4G网络打电话的两个选择:语音回落和VoLTE了。

下面这个动画展示了在未部署IMS的情况下,5G和4G都不支持语音,于是只好回落到2G或者3G来打电话的情况。

5G非独立组网下通过4G语音回落到2G/3G

如果部署了IMS,4G就可以直接通过VoLTE来打电话了,不再需要2G和3G网络的参与。

5G非独立组网下,4G承担语音业务

在5G独立部署(SA)下,因为5G是完全独立工作的,不再依赖于4G,更不会受制于2G和3G,打电话这件事虽然也可以像非独立组网那样扔给4G处理,但还是5G独立搞定来得高效一些。好在跟4G一样,通过和IMS对接,5G支持打电话并不困难。

5G也可以对接IMS来支持打电话

虽然在5G网络下打电话并不是那么被人看重,首批实际部署的5G基站可能还是不支持直接打电话的,但是,“第一次”终究是具有里程碑意义,还是很值得纪念的。

正是在2019年1月17日,中国联通联手中兴通讯打通了全球首个基于3GPP R15标准协议的5G电话,让我们首次听到了5G的声音,宣告了5G新时代的到来。

5G新时代已来

原文发布于微信公众号 - 鲜枣课堂(xzclasscom)

原文发表时间:2019-03-09

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