VoWiFi技術背景介紹

Voice over WiFi（VoWiFi）是一種基于WiFi無線標準的語音呼叫技術。眾所周知，WiFi是一項普及率高，使用便捷，終端廣泛支持的無線技術。基于WiFi的語音呼叫可以作為蜂窩語音呼叫的補充，在蜂窩網絡信號不佳，或者無法提供基站信號覆蓋的場景下，通過WiFi連接方式為用戶提供運營商級別的語音服務。

根據3GPP的定義分類，VoWiFi有以下幾種實現方式：

1）直連IMS方式；

2）可信域接入方式；

3）非可信任域接入方式；

4）OTT模式等。

我們下面對這幾種實現方式做簡單的介紹：

1. 直連IMS方式。終端和核心網交互數據通過S2c接口實現透明傳輸，所有WiFi熱點直接連接到IMS接入，也稱為S2c接口組網方案。這種方式的缺點是在與蜂窩網絡切換中難以實現統一的認證和統一的電話號碼，漫游和互聯互通的場景復雜，此外需要在手機上安裝支持該功能的APP，無法做到原生手機支持。

2. 可信任域接入方式。這種模式需要運營商自建接入點（AP），UE通過運營商的AP接入運營商核心網以及IMS網絡，這種方式的最大缺點是需要依賴運營商自建AP，無法利用社會上廣泛分布的公共或家庭AP資源。

3. 非可信任域接入方式。這種模式可以利用公共或家庭WiFi接入運營商核心網和IMS網絡，使用P-GW作為WiFi和LTE切換的錨點，終端需支持ePDG（enhanced Packet Data Gateway）的IPSec技術，IKEV2鑒權等。非可信任域接入方式是當前業界普遍采用的模式，終端與網絡的能力支持較為普及。本文介紹的R&S測試方案采用的就是非可信任域接入方式。3GPP 23.402定義了非可信任域接入組網方式如下圖所示：

4. OTT接入方式。我們所熟知的微信語音電話即是采用這種方式。這種方式需要在手機上安裝特定的APP，無法與蜂窩網絡進行互聯互通也無法提供QoS服務，無法保障運營商級別的通話質量。

非可信任域的VoWiFi是目前業內最廣泛被采用的一種接入方式，這種技術有以下幾方面的優勢：

1) 可以最大限度的利用公共WiFi熱點的資源；

2) 支持WiFi與蜂窩接入技術如5G NR、LTE之間的切換與互操作；

3）手機終端原生支持，無需另外安裝APP，語音通話體驗可以做到無縫連接。目前在國內的應用場景里面，VoWiFi主要是用作蜂窩網絡覆蓋補充，終端根據蜂窩網絡信號質量進行選擇，當蜂窩網絡信號較差的時候（或者蜂窩網絡關閉只有WLAN信號），如果終端打開了VoWifi功能，終端能夠在進行語音呼叫過程中從蜂窩網絡切換到WiFi網絡并保持會話不中斷。

下面我們將介紹如何使用 R&S CMX500 5G終測儀 與CMW500 WLAN信令終測儀 ，配合完成非可信任域接入方式下的VoWiFi測試

測試方案軟硬件要求

? CMX 500 OBT/OBT lite，軟件建議使用CSW 7.20以上版本

? CMW500 WLAN 信令測試儀，包含以下選件：

?oB500I, B450I

?KS650+KS651 or PK65, PK45等

?CMW500 使用3.8以上固件

測試方案組成結構

測試步驟及相關設置

在SETUP->IP Subset config中，設置Node ID為3，并重啟儀表。完成后，CMW500 DAU地址變成172.22.3.201。這樣設置的目的是與CMX500使用的DAU IP 172.22.1.201區分開，避免IP沖突。

在CMW500 DAU上配置DNS服務器。使用內置DNS internal模式，設置ePDG服務器指向CMX500所在地址172.22.1.201.在UE連接上WLAN后，UE會獲取DNS服務器信息，并從在DNS服務器信息中獲取指向CMX500 ePDG server的地址信息，UE將根據此信息進行ePDG update。在本例中，epdg.epc.mnc011.mcc460.pub.3gppnetwork.org為模擬中國電信ePDG服務器SIP地址。因ePDG服務器與IMS服務器放置在CMX500上，CMW500上的IMS server與ePDG sever設置為關閉狀態。

在CMX500上配置IMSserver與ePDGserver，如下圖所示，測試過程中保持CMX500上的IMSserver與ePDGserver處于打開狀態。請注意，在本方案中，在CMX500上實現了的ePDG服務器和IMS服務器的模擬，而不使用CMW500上的EGDG/IMS服務器。以下是IMS服務器的相關設置，以及ePDG服務器鑒權參數設置。

在手機setup中，打開WiFi-Calling功能，在Calling preference中，選擇“Call over mobile network”，這個選項表示語音呼叫采用蜂窩網絡優先方式，當蜂窩網絡信號不佳（或沒有蜂窩網絡）時才切換到WiFi網絡。在手機的網絡設置中，把private DNS設置為off。由于ePDG server的地址是由DNS信息攜帶給UE，設置為off，UE不會從自己緩存里獲取DNS信息而是發DNS請求到網絡，這樣就確保了每次ePDG server的地址都能通過DNS消息下發給UE。

在CMX500中建立NR SA小區，配置RF端口，并完成UE附著。具體過程為常規操作，在此省略。在本例中，由于我們使用了中國電信的樣機，因此需要在CMX500上設置PLMN為460 11，測試SIM卡使用China Telecom NS-IOT的SIM card profile。在CMW500上打開WLAN網絡，如下圖設置。在本例中把SSID設置為“Telecom”，WLAN信號設置為802.11g, AP模式. WLAN 下行功率設置為-40~-45dbm。

在CMX500上完成UE注冊，將NR小區的SSB EPRE設置為-65dbm，此時NR網絡處于信號良好狀態。在UE上進行語音撥號，建立VONR call。

以下步驟是VoWiFi測試的最主要的應用場景——在5G蜂窩網絡信號不佳的場景下，VoNR語音呼叫自動切換為VoWiFi語音。調整CMX500上的NR EPRE功率為-115dbm，打開WLAN信號并將WLAN下行信號提高，等待UE主動切換到WLAN網絡。在切換完成后，UE界面出現“WiFi call default service”字樣，在CMW500 WLAN signaling中儀表處于associated狀態，表明UE已連上CMW500 AP。同理，我們將NR EPRE功率恢復為-65dbm，UE在監測到NR信號恢復良好后，又會自動切換回NR小區。切換到VoWiFi后手機如下圖所示：

我們可以在CMX500的message view中觀察信令流程。在VONR-VOWIFI切換過程中，NR網絡會釋放掉PDU session，UE在完成EPDG update建立IPSEC后，重新對IMS注冊。整個過程在0.5s以內完成，在這個過程中語音呼叫保持不中斷。當NR小區功率恢復正常，UE會發起PDU session establishment重新建立PDU，并重新進行一次SIP注冊，完成VOWIFI-VONR切換。

VONR->VOWIFI切換的信令交互

VOWIFI-VONR切換的信令交互

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在UE連接WiFi網絡后，通過DNS query信令獲取ePDG服務器地址信息，并與ePDG服務器建立IPsec隧道，進行數據加密傳輸。

DNS查詢的信令如下圖所示：

總結：

本文介紹了VoWiFi的技術分類，以及羅德與施瓦茨公司VoWiFi測試方案，本方案采用R&S CMX500與CMW500配合完成測試，模擬5G NR與WiFi網絡之間的語音呼叫切換，并對相關設置以及信令分析進行了詳細描述。

審核編輯：劉清