将EPS Fallback作为5G语音解决方案的可行性

一、问题描述

随着5G技术逐步完善，端到端切片等新技术将助力5G语音业务实现。但在建设初期，受5G终端普及率低，网络覆盖不足，4G与5G长期共存等因素制约，如何低成本，高效率的部署5G网络，保障5G语音业务连续性，成为目标5G语音业务研究的热点课题。通过分析5G主流语音解决方案，结合4G现状讨论在建网初期将EPS Fallback作为5G语音解决方案的可行性。目前一个完整的5G语音流程涉及EPS Fallback、VoLTE和FR(Fast Reuturn)三个流程，需要从这三个流程进行优化提升用户感知。

二、问题分析

2.1、EPS Fallback的原理

5G NR使用NGC核心网，为了保证其语音业务的连续性，在5G还没有实现连续覆盖时，对应的4G网络需要连续的VoLTE语音覆盖，5G语音的连续依赖于4G网络覆盖率，可回落到支持VoLTE的LTE区域，实现语音业务连续性。

2.1.1、基于切换EPS Fallback流程

1）1-2步：UE和AMF进行IMS信令交互，发起VoNR业务，AMF向gNB发送PDUSessionResourceModifyRequset,发起QCI=1的QosFlow建立。UE在gNB侧发起语音呼叫，gNB不支持VoNR,决策基于测量切换触发EPS Fallback流程。

2）3步：UE上报Measurement Report 消息（B1测量），gNB根据UE测量报告判决出执行基于覆盖的NR到LTE的切换。

3）4-9步：gNB发送Handover Required消息给5GC，并根据收到的消息中的Target ID选择对应的EPC，发送Relocation Request消息给EPC。EPC根据收到的消息总的5GS MM Contest映射EPS MM Contest，映射成功后Handover Request消息给eNB.eNB准备成功后发送 HANDOVER REQUEST ACJNOELEDGE 消息（Target to Source Transparent Container)给EPC，用于切换的RRC消息包含在该消息的Target to Source Transparent Container IE中。EPC发送 Relocaton Response 消息（Target to Source Transparent Container）给5GC.5GC发送Handover Command 消息（Target to Source Transparent Container）给eNB执行切换。

4）10步：gNB发送MobilityFromNRCommand 消息通知UE切换到eNB，UE在eNB随机接入的无线参数包含在该消息中。

5）11步：UE在eNB发起随机接入流程，随机接入成功后发送RRCConnectionReconfigurationComplete消息给eNB消息给eNB通知UE切换成功。

6）12步:eNB收到UE发送的RRC Connection Reconfiguration Complete 消息后，发送 HANDOVER NOTIFY 消息给EPC，通知UE切换成功。

7）13-14步：EPC发送Forward Relocation Complete Notification 消息给5GC，通知5GC UE成功切换到eNB,5GC发送Forward Relocation Complete Notification AcK消息给EPC。

8）15-16步：5GC给gNB发送UE Context Release Command消息，通知gNB切换完成，释放本地UE上下文。gNB释放完UE相关的资源，发送UE Context Release ComPlete消息给5GC，通知5GC gNB侧释放完成。

9）17步：至此EPS Fallback流程，网络通过4G成功建立VoLTE承载业务。

2.1.2、基于重定向的EPS Fallback流程

1）UE发起RRCSetupRequest，携带NAS PDU：Registration request。

2）gNodeB发起RRCSetup建立SRB1。

3）RRC连接建立完成。

4）gNodeB通过INITIAL UE MESSAGE消息透传NAS PDU：Registration request给5GC。

5）5GC发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST给gNodeB，包含NAS PDU：Registration accept。gNodeB接收到该消息后建立UE上下文。

6）gNodeB发起AS层的安全模式命令。

7）UE发送安全模式命令完成。

8）gNodeB发起UE能力查询。

9）UE上报自身能力信息给gNodeB。

10）gNodeB发起RRCReconfiguration建立SRB2，透传NAS PDU给UE：Registration accept。

11）UE回复连接重配置完成。

12）gNodeB给5GC回复UE上下文建立完成。

13）gNodeB下发异系统A2和盲A2事件测量控制给UE。

14）UE回复RRC连接重配置完成。

15）对于基于测量的A2事件：

a）UE上报A2事件测量报告。

b）gNodeB收到A2事件测量报告，下发异系统A1事件测量，并根据异系统切换触发事件类型，下发异系统B1或B2事件测量。

如果收到A1事件测量报告，则删除A1/B1/B2事件。

如果收到B1或B2事件测量报告，选择测量报告中信号质量最好的小区对应的频点作为目标频点进行重定向。

16）对于盲A2事件，UE上报盲A2事件测量报告。

17）gNodeB下发RRCRelease，携带目标频点等信息给UE。

18）UE根据目标频点等信息执行到目标LTE小区的随机接入。

19）UE收到目标LTE小区的随机接入响应。

2.1.3、现网EPS Fallback 方式

目前5G SA语音EPS Fallback方式为盲重定向和重定向，截图如下：

2.2、VoLTE语音的建立

在5G SA网络进行语音拨打时，通过EPS Fallback 方式回落至4G网络进行VoLTE通话，因VoLTE语音通话技术已经很成熟，这里不做介绍了。

2.3、Fast Return（快速返回）

当语音通话结束后，UE进入lDLE状态，然后通过重选功能进入NR，期间需要5-6秒完从LTE网络重选至NR网络，时延较大，影响用户感知。当LTE网络开户FR功能后，终端返回到NR网络的时间只需1S，用户感知得到明显提升。

1）VoLTE用户挂机，进行QCI1语音业务承载的释放。

2）eNB根据配置的Fast Return 频点优先级进行返回5G频点选择，并通过RRCConnectionReIease消息携带给UE，UE快速返回5G，完成5G侧随机接入以及NR默认承载的建立。

三、解决措施

3.1、4G小区CA开户导致EPS Fallback 语音建立失败

3.1.1、问题描述：

对城区5G覆盖区域进行语音拉网测试时，出现大量EPSFBCallFail事件，查看信令发现EPSFBCallFail事件失败的主要原因是4G网络上VOLTE语音建立失败导致，截图如下：

3.1.2、问题分析：

查询EPSFBCallFail事件对应的VOLTE通话均未建立成功，在邻区列表发现4G小区均扩双载波，进一步查询对应小区均开始CA功能，初步定位导致EPSFBCallFaiI事件主要问题出现在4G小区双载波或CA功能上。

针对EPSFBCallFail事件占用的4G小区进行4G双载波CA功能打开、4G双载波CA功能关闭、4G单载波CA功能打开和4G单载波CA功能关闭进行定点呼叫10次验证测试。选取5G站点为LA-裕安区-××将军南路-HA-6984280站点，4G站点为LA-××-××将军南路-NFTA-437388站点，如下图所示：