随着5G网络在全球范围内加速部署，移动通信正在经历一场从“无处不在的覆盖”到“无缝智能连接”的深刻变革。在这一演进过程中，一个看似传统却焕发新生的技术正悄然成为5G生态系统的关键拼图——Wi-Fi Calling。

GSMA于2025年3月发布的《Voice over Wi-Fi Whitepaper》由5GVoWiFi工作组（中国电信担任主席）联合多家厂商及行业联盟共同完成，系统阐述了Wi-Fi Calling在5G时代的技术架构、应用场景、商业模式与未来挑战。本文将深入解读这份白皮书的核心内容，为读者呈现一幅跨网络融合通信的完整图景。

一、为什么5G时代仍然需要Wi-Fi Calling？

1.1 破解室内覆盖难题的经济方案

据统计，高达80% 的移动数据流量发生在室内场景，而传统蜂窝网络在室内覆盖方面始终面临挑战：

  • 居民区：城市村落、高层住宅因建筑密集导致信号严重衰减
  • 商业建筑：商场、写字楼、连锁酒店等缺乏经济高效的室内覆盖方案

传统解决方案如建设更多微基站或部署分布式天线系统，成本高昂且可能引发干扰。相比之下，Wi-Fi Calling依托广泛部署的固网宽带和Wi-Fi基础设施，能以更低成本实现室内语音服务覆盖，成为运营商提升用户满意度、减少投诉的优选路径。

1.2 拓展非地面网络通信场景

在海洋、空中等传统蜂窝网络无法覆盖的区域，通信需求同样迫切：

  • 海上：船员、乘客无法接听移动电话
  • 空中：旅客可能错过重要工作电话或短信验证码
  • 应急救援：现有方案依赖无人机携带基站，但设备笨重影响灵活性

中国交通运输部数据显示，2023年中国民航旅客运输量达6.2亿人次，水路客运量2.58亿人次，海上与空中通信市场潜力巨大。通过卫星回传技术将卫星信号转换为Wi-Fi信号，再结合Wi-Fi Calling提供语音和短信服务，成为成本可控、部署灵活的可行方案。

1.3 支持增强型IMS数据通道服务

基于IMS数据通道（DC）的实时通信服务正在催生革命性的用户体验，融合AI、AR等技术，为各行各业带来新的发展机遇。然而，这些服务通常需要高带宽、低延迟的传输环境。

在蜂窝信号微弱的室内场景中，通过Wi-Fi Calling接入IMS网络，能够确保DC通话服务的顺畅运行，支持文件传输、实时翻译、屏幕共享等增强功能，显著改善用户体验。

二、技术架构演进：从4G到5G的无缝过渡

2.1 双路径接入架构

3GPP TS 23.501定义了两条通过WLAN接入5G核心网的路径：

  1. 通过N3IWF或TNGF：5G原生的非3GPP接入网关功能
  2. 通过ePDG：演进的分组数据网关，向后兼容

尽管N3IWF/TNGF是5G原生方案，但目前成熟设备较少，而通过ePDG接入5GC的方案已得到广泛支持。这使得运营商能够利用现有投资，快速为5G用户提供Wi-Fi Calling服务。

2.2 创新的位置获取机制

运营商需要确认用户接入的Wi-Fi AP是否在允许的网络范围内，这对跨运营商或卫星接入场景构成挑战。白皮书提出通过引入定位系统（Locator System）实体，在WLAN接入网与ePDG之间建立位置信息交换机制：

  • 运营商自有WLAN：直接查询本地IP地址与位置信息
  • 跨运营商WLAN：通过Locator System间互联共享地址列表
  • 海上/空中场景：连接卫星通信平台获取船舶/飞机身份及位置

2.3 智能流量分流方案

随着IMS服务类型日益多样化，除了语音视频外，各类数据服务对QoS和数据传输有不同的需求。基于3GPP TS 23.502中定义的多接入PDU会话机制，可以实现：

  • 视频和IMS DC服务流量卸载到Wi-Fi路径
  • 音频流量保持在3GPP接入网络
  • 同一IMS DC服务的流量也可在多接入路径间分割

这一机制通过ATSSS（接入流量导向、交换和分割）规则实现，为不同服务质量要求的应用提供最优传输路径。

三、网络性能优化：从QoS到用户体验

3.1 端到端QoS保障策略

Wi-Fi Calling流量流经家庭网络和承载网络时，可能因网络拥塞导致体验下降。白皮书提出一套完整的端到端QoS映射方案：

节点 上行处理 下行处理
UE 将DSCP映射到WMM类别 将DSCP映射到WMM
AP 将DSCP映射为VLAN标签 将承载网络标签映射为VLAN标签
承载网络 将VLAN标签转换为网络设备可识别的标签 将QCI映射为DSCP
ePDG 基于5GC的QCI分类 基于QCI从5GC映射

关键挑战：部分UE和消费级AP不支持DSCP，这需要产业链协同推进功能普及。

3.2 理想的Wi-Fi Calling QoE指标

指标 理想范围 可接受范围 不可接受
语音带宽 1-5 Mbps 80 Kbps <70 Kbps
时延 90-120 ms 150 ms >250 ms
抖动 20-30 ms 50 ms >150 ms
丢包率 1-3% 3% >6%
下载速度 5-25 Mbps 1 Mbps <500 Kbps
上传速度 5-25 Mbps 1 Mbps <500 Kbps

3.3 AP配置最佳实践

为确保优质的Wi-Fi Calling体验，企业级Wi-Fi网络需遵循以下配置建议：

  • 发射功率：控制在11-17 dBm范围内，与客户端设备功率水平匹配
  • 数据速率：最低速率设为12 Mbps（低密度）或24 Mbps（高密度）
  • 信道宽度：建议使用20 MHz宽信道，在吞吐量与同频干扰间取得平衡
  • 信道规划：利用动态信道选择与RRM功能，避免邻频干扰
  • 二层漫游：确保语音客户端在AP间移动时保持在相同VLAN和子网内

四、智能切换策略：无缝保障通信连续性

4.1 Wi-Fi网络内切换：OOS计时器机制

用户在Wi-Fi AP间移动时，定制化的服务中断（OOS）计时器可有效保持呼叫连续性：

  • UE设置20-30秒OOS计时器（如船舶移动场景）
  • 网络侧计时器略长于UE侧（如35秒）
  • 为UE连接新AP提供充足时间，避免掉话

4.2 Wi-Fi与蜂窝网络间切换：QoE驱动决策

传统的基于RSSI/RSRQ的切换决策不足以保证语音质量。白皮书建议引入多维度的QoE参数，综合考虑：

  • 信号强度与质量（RSSI/RSRQ）
  • 丢包率
  • 上行时延
  • 往返时间（RTT）
  • 信道负载

当QoE指标降至不可接受水平时，即使信号强度尚可，也应触发向蜂窝网络的切换。

4.3 避免VoWiFi到VoNR切换失败

当UE同时通过Wi-Fi注册IMS语音并驻留在NR SA网络时，如果网络支持VoNR但不支持VoWiFi到VoNR的切换，可能造成切换失败。建议在Wi-Fi Calling期间降低驻留NR SA的优先级，优先驻留LTE以确保可切换至VoLTE。

五、多样化应用场景与商业模式

5.1 地面场景：提升覆盖的增值服务

在城市密集区域和农村偏远地区，Wi-Fi Calling可作为低成本提升覆盖的有效工具。运营商通常将Wi-Fi Calling作为用户套餐的增值服务，不额外收费，但可通过以下方式获益：

  • 丰富服务类型，提升用户满意度
  • 提高用户留存率
  • 减少基站建设投资

5.2 海上与空中场景：分层计费模式

在卫星回传场景中，带宽资源有限且成本较高，催生出多样化的商业模式：

航空场景

  • 模式A：航空公司向运营商批发Wi-Fi Calling服务包，再向乘客零售
  • 模式B：运营商直接向乘客按使用量收费，与航空公司收入分成

海上场景

  • 执法船只与货船：按船舶包月/包年收费，船员通话包含在原有套餐中
  • 邮轮与客船：乘客可按航程、天数或使用量灵活订阅

5.3 灵活的订阅流程

不同场景的订阅需求各异：

  • 执法船船员：预先订阅
  • 邮轮乘客：登船后扫描二维码即时订阅

运营商系统需支持灵活的订阅和接入控制机制。

六、安全与合规挑战

6.1 终端安全防护

Wi-Fi Calling协议栈面临多种攻击风险：

  • 配置文件、日志或实时流量被篡改
  • 设备越狱后获得内核完全访问权限
  • 恶意应用攻击

防护建议：

  • 使用嵌入式原生协议栈（增加攻击难度）
  • 实施用户空间与内核空间分离
  • 应用程序数字签名验证

6.2 网络基础设施安全

Wi-Fi Calling系统常暴露于公共互联网，攻击面扩大：

  1. 外围防火墙保护：限制可接受的IP范围、协议和流量模式
  2. VPN隔离：将ePDG流量隔离到Wi-Fi Calling UE启动的IPSec隧道
  3. DMZ隔离：将ePDG置于隔离区，限制最小必要连接
  4. DDoS防护：实施入口流量控制与抗DDoS保护
  5. 横向移动检测：部署诱饵系统（honeypots）检测入侵
  6. 实时监控：通过SIEM系统收集分析日志与CDR

6.3 监管合规要求

  • 紧急呼叫：无蜂窝网络时可通过Wi-Fi发起紧急呼叫
  • 合法监听：根据所在国家法规，当局可访问SIP信令数据和语音媒体
  • ePDG选择：漫游场景下需选择拜访地或归属地ePDG

七、试验验证与性能表现

7.1 地面试验（中国电信，2023-2024年）

中国电信联合多家终端厂商开展Wi-Fi Calling试点，测试结果显示：

  • 服务覆盖率提升：35.7%
  • 呼叫成功率提升：21%
  • 平均MOS提升：50%
  • 用户满意度：80%的用户感受到信号和通话质量改善

性能对比：

测试项目 Wi-Fi Calling VoLTE
MOS >3.5 >3.5
系统内切换时延 -100 ms -70 ms
系统间切换时延 100-300 ms 100-200 ms
呼叫建立时间 -1900 ms -2200 ms

7.2 海上试验（中国电信，2024年5月起）

与海事执法部门合作，通过APSTAR-6D卫星系统提供连接：

  • 功能完整性：注册、语音、视频、短信及岸上切换均正常支持
  • 性能表现：
    • Ping时延：610 ms
    • 数据速率：1-2 Mbps
    • MOS：平均3.4/最高4.3
    • 连接时延：4-5秒
    • 用户体验：类似于通过卫星的陆地通话

八、未来展望与研究方向

8.1 标准化演进

当前亟需解决的标准缺口包括：

  • 推广N3IWF作为5G原生非3GPP接入网关
  • 增强ePDG以支持5G服务化接口
  • 完善跨运营商位置信息共享机制
  • 细化IMS服务流量识别与分流规则

8.2 技术融合创新

  • 卫星与地面网络深度融合：构建空天地一体化通信网络
  • AI驱动的智能QoE管理：基于用户行为预测优化资源分配
  • 边缘计算赋能：在接入网边缘处理语音流量，降低端到端时延

8.3 生态系统构建

Wi-Fi Calling的成功部署需要跨行业协作：

  • 运营商：网络部署与运维
  • 设备商：终端与网络设备支持
  • 卫星运营商：回传链路保障
  • 应用开发者：基于IMS DC的创新服务开发
  • 监管机构：政策与标准制定

结语：重新定义通信边界

Wi-Fi Calling不仅是蜂窝网络的补充，更是5G时代融合通信生态系统的重要组成部分。通过无缝整合蜂窝与Wi-Fi网络，它正在突破传统通信的地理限制，将高质量语音服务延伸至船舶、飞机、偏远地区等以往难以覆盖的场景。

随着技术的不断演进和商业模式的成熟，Wi-Fi Calling有望从“网络覆盖补充者”转变为“智能服务使能者”，支持更丰富的IMS数据通道应用，为用户带来沉浸式、智能化、无缝的通信体验。在这一过程中，持续的标准化协作、安全机制创新和商业模式探索将是推动行业向前发展的关键动力。

参考资料：

  1. GSMA White Paper "Voice over Wi-Fi Whitepaper", March 2025
  2. 3GPP TS 23.501, TS 23.402, TS 23.502 系列规范
  3. GSMA PRD IR.34, IR.51, IR.92 等行业标准
  4. IETF RFC 4594, RFC 8325 等互联网标准

本文基于GSMA公开白皮书内容整理，仅供参考学习。具体技术实施请参考最新标准文档和厂商指南。