5G 語音解決方案EPS FallBack 研究

趙云峰 魏 芹 戴寒怡

1.中國移動通信集團江蘇有限公司宿遷分公司；2.中國移動通信集團江蘇有限公司

0 引言

在新型基礎設施中，5G 的作用尤為突出。5G 作為支撐經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型的關鍵新型基礎設施，不僅在助力疫情防控、復工復產等方面作用突出，同時，在穩投資、促消費、助升級、培植經濟發展新動能等方面潛力巨大。中國移動積極響應國家號召，投入大量人力、技術及資金用于建設5G 網絡，著力開展SA 網絡的建設。

NSA 5G 場景下，5G 用戶同時接入4G 和5G，其中信令面走5G 網絡，用戶面數據走5G 網絡，其實現方式為添加輔載波形式；語音策略為VoLTE優先，即用戶在發起語音通話時，刪除輔載波，回到4G 進行VoLTE 通話，用戶只接入4G。也就是說，直接通過4G 網絡提供語音服務，無需考慮4G 與5G之間的語音連續性互操作。但是，隨著SA 網絡的商用，5G用戶真正接入了5G 網絡，然而，此時用戶5G 通信的VONR還沒具備商用條件，這時候，就采用了EPS FallBack（5G 語音回落4G）作為過渡的語音解決方案。

EPS FallBack 作為當前確定的過渡時期的語音解決方案，涉及4G 與5G 之間的互操作，同時涉及5GC 域、EPC 域以及IMS 域，相對而言比較復雜，為保證在4G 向5G 演進期間語音質量的穩定，我們必須對EPS FallBack 解決方案進行深入分析，了解其信令流程以及部署要點，同時，現場進行測試分析。只有掌握了EPS FallBack 整個流程，才能有針對性地優化各個環節，提升語音質量。

1 EPS FallBack 解決方案介紹

在通信技術演進的過程中，數據業務的演進要快于語音業務，當前4G 到5G 也是一樣的，VONR 的解決方案雖然被寫入3GPP 協議，但鑒于當前暫未部署，所以推出5G 語音解決方案EPS FallBack。

EPS FallBack 類似CSFB，主要思路是5G 用戶在5G SA網絡通話時，觸發從5G 網絡切換到4G 網絡，同時注冊到IMS進行VoLTE通話，通話結束后，通過Fast Return（快速返回）快速返回到5G 網絡，完成整個語音通話過程，流程圖如圖1所示。

圖1 EPS FallBack 流程圖

整個架構涉及5GC 域、EPC 域以及IMS 域，主要的網元如圖2 所示。

圖2 EPS FallBack 網元架構

涉及網元的功能介紹如表1。

表1 網元功能介紹

（1）UE 接入5G SA 網絡，RRC 連接，初始上下文建立，默認承載建立主要為QCI9。

（2）SIP INVITE，UE 發送給5GC 建立語音信令承載QCI 5 并激活。

（3）5GC 指示gNodeB 準備建立QCI 1 承載語音業務，NG-RAN 根據終端能力、核心網AMF 能力、網絡配置（比如是否具備N26 接口）、信號質量判斷是否觸發回落。

（4）如果AMF 暫未連接到IMS 域上，即未部署VONR，NG-RAN 拒絕建立QCI1。

（5）有接口N26 的情況下，NG-RAN 向終端發送handover 消息；無N26 情況下NG-RAN 向終端發送RRC release 重定向消息。

（6）UE 根據測量結果或者RRC release 中攜帶的頻點信息切換或者重定向到LTE 網絡。

（7）UE 在LTE 網絡上建立正常QCI1 承載。

（8）語音通話開始。

在5G 用戶回落到LTE 網絡通話結束后，5G 用戶通過fast return 快速返回到5G 網絡，具體流程為1）5G 用戶結束通話，QCI1 承載刪除；2）5G 用戶在LTE 側只有QCI9 默認承載，觸發基于業務的異系統切換，4-5 重定向回5G。

2 EPS FallBack 部署配置要點

前述介紹了EPS FallBack 語音回落的方案，下文主要介紹部署EPS FallBack 時網絡應該具備什么條件以及NG-RAN 和EUTRAN 之間的互操作策略、參數建議值。

采用EPS FallBack 方案的前提是LTE 側需要一張較好的VoLTE 網絡，5G 語音用戶在接入5G 網絡時能夠快速回落到LTE 網絡，建立QCI1 承載，發起VoLTE 通話；同時，NGC（Next Generation Core）和EPC（Evolved packet core）之間需要建立N26 接口。N26 接口是MME 和AMF 之間的接口，提供MME 和AMF 之間的信令消息隧道，用于協助完成LTE 網絡和5G 網絡之間的互操作。

以江蘇為例，根據江蘇省現有網絡情況，核心網側具備N26 接口，故EPS FallBack 采用基于切換的語音回落模式，配置步驟如下

（1）語音回落功能通過NRCell AlgoSwitch.VoiceStrategySwitch 的子開關“EPS_FB_SWITCH”打開。

（2）語音回落支持測量模式和盲模式，移動性策略支持切換和重定向。如果采用盲模式，則打開NRInterRatHoParam.HoModeSwitch 的子開關“VOICE_BLIND_MODE_SWITCH”；如果采用測量模式，則關閉NRInterRatHoParam.HoModeSwitch的子開關“VOICE_BLIND_MODE_SWITCH”。

圖3 EPS FallBack 方案

（3）語音回落移動性策略支持切換和重定向。

如果優先通過切換方式回落到E-UTRAN，則設置參數NRInterRatHoParam.EpsFbMode 為“HANDOVER”。如果所有區切換準備失敗，則通過盲重定向回落到E-UTRAN。

如果優先通過重定向方式回落到E-UTRAN，則設置參數NRInterRatHoParam.EpsFbMode 為“REDIRECTION”。

（4）基于測量的情況下，UE 支持異系統B1 事件測量，當回落的LTE 異系統鄰區Rsrp 大于B1 門限時，5G 語音用戶重定向或者切換到滿足條件的LTE區。

（5）如果在EPS FallBack 定時器（NRInterRatHoParam.EpsFbProtectionTimer）內未尋找到符合條件的區或者本身就設置了盲模式，則根據NRCellEutranNFreq.VoltePriority 設置的頻點優先級盲重定向至LTE區。

Fast Return（快速返回）支持將E-UTRAN 網絡中支持5G 的VoLTE 用戶快速返回至NG-RAN，Fast Return 功能通過CellAlgoExtSwitch.HoAllowedSwitch 中的子開關“FAST_RETURN_TO_NR_SW”打開，支持基于測量的切換和基于測量的重定向。

如果需要支持切換功能，則打開CellHoParaCfg.HoModeSwitch 中的子開關“NrHoSwitch”。

如果需要支持重定向功能，則打開CellHoParaCfg.HoModeSwitch 中的子開關“NrRedirectSwitch”。

如果需要同時支持切換功能和重定向功能，則同時打開上述開關，優先使用切換功能。

（1）UE 在LTE 網絡中完成語音業務，并刪除語音業務承載。

（2）eNodeB根據UE上各類業務QCI對應的ServiceIrHoCfgGroup.InterRatHoState 判斷UE 是否允許切換或重定向到NG-RAN。如果UE 沒有“不能切換”的業務，則轉到下一步；如果UE 有“不能切換”的業務，則不做處理，流程結束。

（3）eNodeB 判斷該UE 采用切換或重定向至NR。

（4）eNodeB根據NR頻點優先級NrNFreq.ConnFreqPriority，從高到低下發異系統B1 事件測量控制。

3 基于盲重定向的EPS FallBack 縮短語音呼叫時延

比拼測試通過盲重定向策略的EPS FallBack，現場測試EPS FallBack 通話成功，時延大概占比2s 左右。

4 結束語

5G SA 場景語音分兩個階段，在建網初期采用EPS FallBack 的過渡方案，當NR 覆蓋較廣且網絡調優后語音改造為VoNR。EPS FallBack 作為當前5G 語音比較成熟的方案，雖然部署快速但是也面臨著挑戰（1）EPS FallBack 語音業務性能存在下降風險，EPS FallBack 至少跨3 個域，接口及網元數較多，失敗概率較大；（2）橫跨4/5G 兩張網，需要協同優化，工作量及復雜度較高；（3）業務鏈較長，需端到端分析VIP 感知管理與問題分析，人工處理效率低，定位難；（4）演進磨合期問題較多，新網絡、新終端，終端和網絡磨合期出現問題多。

為了更好地提升用戶語音感知，一方面我們要熟悉EPS FallBack 整個流程，端到端解決各個流程上的問題點；另一方面要加快5G 的連續覆蓋優化進程，盡快部署VoNR，提升語音質量和用戶感知。