5G 语音解决方案EPS FallBack 研究

赵云峰 魏 芹 戴寒怡

1.中国移动通信集团江苏有限公司宿迁分公司；2.中国移动通信集团江苏有限公司

0 引言

在新型基础设施中，5G 的作用尤为突出。5G 作为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施，不仅在助力疫情防控、复工复产等方面作用突出，同时，在稳投资、促消费、助升级、培植经济发展新动能等方面潜力巨大。中国移动积极响应国家号召，投入大量人力、技术及资金用于建设5G 网络，着力开展SA 网络的建设。

NSA 5G 场景下，5G 用户同时接入4G 和5G，其中信令面走5G 网络，用户面数据走5G 网络，其实现方式为添加辅载波形式；语音策略为VoLTE优先，即用户在发起语音通话时，删除辅载波，回到4G 进行VoLTE 通话，用户只接入4G。也就是说，直接通过4G 网络提供语音服务，无需考虑4G 与5G之间的语音连续性互操作。但是，随着SA 网络的商用，5G用户真正接入了5G 网络，然而，此时用户5G 通信的VONR还没具备商用条件，这时候，就采用了EPS FallBack（5G 语音回落4G）作为过渡的语音解决方案。

EPS FallBack 作为当前确定的过渡时期的语音解决方案，涉及4G 与5G 之间的互操作，同时涉及5GC 域、EPC 域以及IMS 域，相对而言比较复杂，为保证在4G 向5G 演进期间语音质量的稳定，我们必须对EPS FallBack 解决方案进行深入分析，了解其信令流程以及部署要点，同时，现场进行测试分析。只有掌握了EPS FallBack 整个流程，才能有针对性地优化各个环节，提升语音质量。

1 EPS FallBack 解决方案介绍

在通信技术演进的过程中，数据业务的演进要快于语音业务，当前4G 到5G 也是一样的，VONR 的解决方案虽然被写入3GPP 协议，但鉴于当前暂未部署，所以推出5G 语音解决方案EPS FallBack。

EPS FallBack 类似CSFB，主要思路是5G 用户在5G SA网络通话时，触发从5G 网络切换到4G 网络，同时注册到IMS进行VoLTE通话，通话结束后，通过Fast Return（快速返回）快速返回到5G 网络，完成整个语音通话过程，流程图如图1所示。

图1 EPS FallBack 流程图

整个架构涉及5GC 域、EPC 域以及IMS 域，主要的网元如图2 所示。

图2 EPS FallBack 网元架构

涉及网元的功能介绍如表1。

表1 网元功能介绍

（1）UE 接入5G SA 网络，RRC 连接，初始上下文建立，默认承载建立主要为QCI9。

（2）SIP INVITE，UE 发送给5GC 建立语音信令承载QCI 5 并激活。

（3）5GC 指示gNodeB 准备建立QCI 1 承载语音业务，NG-RAN 根据终端能力、核心网AMF 能力、网络配置（比如是否具备N26 接口）、信号质量判断是否触发回落。

（4）如果AMF 暂未连接到IMS 域上，即未部署VONR，NG-RAN 拒绝建立QCI1。

（5）有接口N26 的情况下，NG-RAN 向终端发送handover 消息；无N26 情况下NG-RAN 向终端发送RRC release 重定向消息。

（6）UE 根据测量结果或者RRC release 中携带的频点信息切换或者重定向到LTE 网络。

（7）UE 在LTE 网络上建立正常QCI1 承载。

（8）语音通话开始。

在5G 用户回落到LTE 网络通话结束后，5G 用户通过fast return 快速返回到5G 网络，具体流程为1）5G 用户结束通话，QCI1 承载删除；2）5G 用户在LTE 侧只有QCI9 默认承载，触发基于业务的异系统切换，4-5 重定向回5G。

2 EPS FallBack 部署配置要点

前述介绍了EPS FallBack 语音回落的方案，下文主要介绍部署EPS FallBack 时网络应该具备什么条件以及NG-RAN 和EUTRAN 之间的互操作策略、参数建议值。

采用EPS FallBack 方案的前提是LTE 侧需要一张较好的VoLTE 网络，5G 语音用户在接入5G 网络时能够快速回落到LTE 网络，建立QCI1 承载，发起VoLTE 通话；同时，NGC（Next Generation Core）和EPC（Evolved packet core）之间需要建立N26 接口。N26 接口是MME 和AMF 之间的接口，提供MME 和AMF 之间的信令消息隧道，用于协助完成LTE 网络和5G 网络之间的互操作。

以江苏为例，根据江苏省现有网络情况，核心网侧具备N26 接口，故EPS FallBack 采用基于切换的语音回落模式，配置步骤如下

（1）语音回落功能通过NRCell AlgoSwitch.VoiceStrategySwitch 的子开关“EPS_FB_SWITCH”打开。

（2）语音回落支持测量模式和盲模式，移动性策略支持切换和重定向。如果采用盲模式，则打开NRInterRatHoParam.HoModeSwitch 的子开关“VOICE_BLIND_MODE_SWITCH”；如果采用测量模式，则关闭NRInterRatHoParam.HoModeSwitch的子开关“VOICE_BLIND_MODE_SWITCH”。

图3 EPS FallBack 方案

（3）语音回落移动性策略支持切换和重定向。

如果优先通过切换方式回落到E-UTRAN，则设置参数NRInterRatHoParam.EpsFbMode 为“HANDOVER”。如果所有区切换准备失败，则通过盲重定向回落到E-UTRAN。

如果优先通过重定向方式回落到E-UTRAN，则设置参数NRInterRatHoParam.EpsFbMode 为“REDIRECTION”。

（4）基于测量的情况下，UE 支持异系统B1 事件测量，当回落的LTE 异系统邻区Rsrp 大于B1 门限时，5G 语音用户重定向或者切换到满足条件的LTE区。

（5）如果在EPS FallBack 定时器（NRInterRatHoParam.EpsFbProtectionTimer）内未寻找到符合条件的区或者本身就设置了盲模式，则根据NRCellEutranNFreq.VoltePriority 设置的频点优先级盲重定向至LTE区。

Fast Return（快速返回）支持将E-UTRAN 网络中支持5G 的VoLTE 用户快速返回至NG-RAN，Fast Return 功能通过CellAlgoExtSwitch.HoAllowedSwitch 中的子开关“FAST_RETURN_TO_NR_SW”打开，支持基于测量的切换和基于测量的重定向。

如果需要支持切换功能，则打开CellHoParaCfg.HoModeSwitch 中的子开关“NrHoSwitch”。

如果需要支持重定向功能，则打开CellHoParaCfg.HoModeSwitch 中的子开关“NrRedirectSwitch”。

如果需要同时支持切换功能和重定向功能，则同时打开上述开关，优先使用切换功能。

（1）UE 在LTE 网络中完成语音业务，并删除语音业务承载。

（2）eNodeB根据UE上各类业务QCI对应的ServiceIrHoCfgGroup.InterRatHoState 判断UE 是否允许切换或重定向到NG-RAN。如果UE 没有“不能切换”的业务，则转到下一步；如果UE 有“不能切换”的业务，则不做处理，流程结束。

（3）eNodeB 判断该UE 采用切换或重定向至NR。

（4）eNodeB根据NR频点优先级NrNFreq.ConnFreqPriority，从高到低下发异系统B1 事件测量控制。

3 基于盲重定向的EPS FallBack 缩短语音呼叫时延

比拼测试通过盲重定向策略的EPS FallBack，现场测试EPS FallBack 通话成功，时延大概占比2s 左右。

4 结束语

5G SA 场景语音分两个阶段，在建网初期采用EPS FallBack 的过渡方案，当NR 覆盖较广且网络调优后语音改造为VoNR。EPS FallBack 作为当前5G 语音比较成熟的方案，虽然部署快速但是也面临着挑战（1）EPS FallBack 语音业务性能存在下降风险，EPS FallBack 至少跨3 个域，接口及网元数较多，失败概率较大；（2）横跨4/5G 两张网，需要协同优化，工作量及复杂度较高；（3）业务链较长，需端到端分析VIP 感知管理与问题分析，人工处理效率低，定位难；（4）演进磨合期问题较多，新网络、新终端，终端和网络磨合期出现问题多。

为了更好地提升用户语音感知，一方面我们要熟悉EPS FallBack 整个流程，端到端解决各个流程上的问题点；另一方面要加快5G 的连续覆盖优化进程，尽快部署VoNR，提升语音质量和用户感知。