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(tuán)江蘇有限公司宿遷分公司；2.中國移動通信集團(tuán)江蘇有限公司

0 引言

在新型基礎(chǔ)設(shè)施中，5G 的作用尤為突出。5G 作為支撐經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵新型基礎(chǔ)設(shè)施，不僅在助力疫情防控、復(fù)工復(fù)產(chǎn)等方面作用突出，同時，在穩(wěn)投資、促消費、助升級、培植經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動能等方面潛力巨大。中國移動積極響應(yīng)國家號召，投入大量人力、技術(shù)及資金用于建設(shè)5G 網(wǎng)絡(luò)，著力開展SA 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

NSA 5G 場景下，5G 用戶同時接入4G 和5G，其中信令面走5G 網(wǎng)絡(luò)，用戶面數(shù)據(jù)走5G 網(wǎng)絡(luò)，其實現(xiàn)方式為添加輔載波形式；語音策略為VoLTE優(yōu)先，即用戶在發(fā)起語音通話時，刪除輔載波，回到4G 進(jìn)行VoLTE 通話，用戶只接入4G。也就是說，直接通過4G 網(wǎng)絡(luò)提供語音服務(wù)，無需考慮4G 與5G之間的語音連續(xù)性互操作。但是，隨著SA 網(wǎng)絡(luò)的商用，5G用戶真正接入了5G 網(wǎng)絡(luò)，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(dāng)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(fù)雜，為保證在4G 向5G 演進(jìn)期間語音質(zhì)量的穩(wěn)定，我們必須對EPS FallBack 解決方案進(jìn)行深入分析，了解其信令流程以及部署要點，同時，現(xiàn)場進(jìn)行測試分析。只有掌握了EPS FallBack 整個流程，才能有針對性地優(yōu)化各個環(huán)節(jié)，提升語音質(zhì)量。

1 EPS FallBack 解決方案介紹

在通信技術(shù)演進(jìn)的過程中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的演進(jìn)要快于語音業(yè)務(wù)，當(dāng)前4G 到5G 也是一樣的，VONR 的解決方案雖然被寫入3GPP 協(xié)議，但鑒于當(dāng)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(wǎng)絡(luò)通話時，觸發(fā)從5G 網(wǎng)絡(luò)切換到4G 網(wǎng)絡(luò)，同時注冊到IMS進(jìn)行VoLTE通話，通話結(jié)束后，通過Fast Return（快速返回）快速返回到5G 網(wǎng)絡(luò)，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(gòu)涉及5GC 域、EPC 域以及IMS 域，主要的網(wǎng)元如圖2 所示。

圖2 EPS FallBack 網(wǎng)元架構(gòu)

涉及網(wǎng)元的功能介紹如表1。

表1 網(wǎng)元功能介紹

（1）UE 接入5G SA 網(wǎng)絡(luò)，RRC 連接，初始上下文建立，默認(rèn)承載建立主要為QCI9。

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

（3）5GC 指示gNodeB 準(zhǔn)備建立QCI 1 承載語音業(yè)務(wù)，NG-RAN 根據(jù)終端能力、核心網(wǎng)AMF 能力、網(wǎng)絡(luò)配置（比如是否具備N26 接口）、信號質(zhì)量判斷是否觸發(fā)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(fā)送handover 消息；無N26 情況下NG-RAN 向終端發(fā)送RRC release 重定向消息。

（6）UE 根據(jù)測量結(jié)果或者RRC release 中攜帶的頻點信息切換或者重定向到LTE 網(wǎng)絡(luò)。

（7）UE 在LTE 網(wǎng)絡(luò)上建立正常QCI1 承載。

（8）語音通話開始。

在5G 用戶回落到LTE 網(wǎng)絡(luò)通話結(jié)束后，5G 用戶通過fast return 快速返回到5G 網(wǎng)絡(luò)，具體流程為1）5G 用戶結(jié)束通話，QCI1 承載刪除；2）5G 用戶在LTE 側(cè)只有QCI9 默認(rèn)承載，觸發(fā)基于業(yè)務(wù)的異系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備什么條件以及NG-RAN 和EUTRAN 之間的互操作策略、參數(shù)建議值。

采用EPS FallBack 方案的前提是LTE 側(cè)需要一張較好的VoLTE 網(wǎng)絡(luò)，5G 語音用戶在接入5G 網(wǎng)絡(luò)時能夠快速回落到LTE 網(wǎng)絡(luò)，建立QCI1 承載，發(fā)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(xié)助完成LTE 網(wǎng)絡(luò)和5G 網(wǎng)絡(luò)之間的互操作。

以江蘇為例，根據(jù)江蘇省現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況，核心網(wǎng)側(cè)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(guān)“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(guān)“VOICE_BLIND_MODE_SWITCH”；如果采用測量模式，則關(guān)閉NRInterRatHoParam.HoModeSwitch的子開關(guān)“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(yōu)先通過切換方式回落到E-UTRAN，則設(shè)置參數(shù)NRInterRatHoParam.EpsFbMode 為“HANDOVER”。如果所有區(qū)切換準(zhǔn)備失敗，則通過盲重定向回落到E-UTRAN。

如果優(yōu)先通過重定向方式回落到E-UTRAN，則設(shè)置參數(shù)NRInterRatHoParam.EpsFbMode 為“REDIRECTION”。

（4）基于測量的情況下，UE 支持異系統(tǒng)B1 事件測量，當(dāng)回落的LTE 異系統(tǒng)鄰區(qū)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(qū)。

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

Fast Return（快速返回）支持將E-UTRAN 網(wǎng)絡(luò)中支持5G 的VoLTE 用戶快速返回至NG-RAN，F(xiàn)ast Return 功能通過CellAlgoExtSwitch.HoAllowedSwitch 中的子開關(guān)“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(guān)“NrHoSwitch”。

如果需要支持重定向功能，則打開CellHoParaCfg.HoModeSwitch 中的子開關(guān)“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(guān)，優(yōu)先使用切換功能。

（1）UE 在LTE 網(wǎng)絡(luò)中完成語音業(yè)務(wù)，并刪除語音業(yè)務(wù)承載。

（2）eNodeB根據(jù)UE上各類業(yè)務(wù)QCI對應(yīng)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(yè)務(wù)，則轉(zhuǎn)到下一步；如果UE 有“不能切換”的業(yè)務(wù)，則不做處理，流程結(jié)束。

（3）eNodeB 判斷該UE 采用切換或重定向至NR。

（4）eNodeB根據(jù)NR頻點優(yōu)先級NrNFreq.ConnFreqPriority，從高到低下發(fā)異系統(tǒng)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(xiàn)場測試EPS FallBack 通話成功，時延大概占比2s 左右。

4 結(jié)束語

5G SA 場景語音分兩個階段，在建網(wǎng)初期采用EPS FallBack 的過渡方案，當(dāng)NR 覆蓋較廣且網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)后語音改造為VoNR。EPS FallBack 作為當(dāng)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(zhàn)（1）EPS FallBack 語音業(yè)務(wù)性能存在下降風(fēng)險，EPS FallBack 至少跨3 個域，接口及網(wǎng)元數(shù)較多，失敗概率較大；（2）橫跨4/5G 兩張網(wǎng)，需要協(xié)同優(yōu)化，工作量及復(fù)雜度較高；（3）業(yè)務(wù)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(jìn)磨合期問題較多，新網(wǎng)絡(luò)、新終端，終端和網(wǎng)絡(luò)磨合期出現(xiàn)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(xù)覆蓋優(yōu)化進(jìn)程，盡快部署VoNR，提升語音質(zhì)量和用戶感知。