# 5G VoNR EPS Fallback语音回退信令流全链拆解
> 规范依据：3GPP TS 23.502 V18.10.0 Section 4.13.6 / 4.13.6.1
> 关联规范：TS 23.501 Section 5.16.3、TS 23.502 Section 4.11、TS 24.501 Section 4.6
## 一、机制背景与触发场景
当5G UE发起IMS语音呼叫（VoNR）时，若当前5G覆盖区域**不具备VoNR能力**——原因可能是gNB未配置IMS Voice over NR、UE能力不支持NR语音、或运营商策略选择EPS Fallback优先——网络需将UE从5GS回退至EPC（LTE），通过VoLTE完成语音通话。这一过程即 **EPS Fallback（EPS回退）**。
EPS Fallback的决策点位于**gNB（RAN侧）**：当gNB收到AMF下发的PDU Session资源建立请求、且其中包含IMS语音的QoS Flow（5QI=1）时，gNB判断自身是否支持NR语音。若不支持，则触发回退流程。
### 1.1 触发条件汇总
| 序号 | 触发条件 | 触发网元 | 判断依据 |
|------|---------|---------|---------|
| 1 | gNB不支持VoNR（Voice over PS session不支持） | gNB | 本地配置 + UE能力 |
| 2 | 运营商策略强制EPS Fallback | AMF/PCF | UDM订阅数据 + PCF策略 |
| 3 | UE不支持NR语音能力 | gNB | UE NR Capability中的voiceOverNR字段 |
| 4 | NR覆盖不足（RSRP低于门限） | gNB | 测量报告 + 覆盖判断 |
## 二、EPS Fallback两种实现方式
TS 23.502 Section 4.13.6定义了两种EPS Fallback方式：
1. **基于切换的EPS Fallback（Handover-based）**：UE通过5GS→EPS的跨系统切换完成回退，语音中断时间短（典型值 < 1秒），但需要N26接口支持（AMF与MME之间）。
2. **基于重定向的EPS Fallback（Redirection-based）**：gNB通过RRC Release消息携带重定向载波信息，UE在LTE侧重新接入并建立语音承载，语音中断时间较长（典型值 2~6秒），但实现简单，不依赖N26接口。
### 2.1 Handover-based EPS Fallback 全链信令流
```mermaid
sequenceDiagram
participant UE
participant gNB as gNB (5G RAN)
participant AMF
participant SMF
participant PCF
participant MME as MME (EPC)
participant SGW as S-GW
participant PGW as P-GW/PDN GW
participant IMS as IMS (P-CSCF)
UE->>gNB: 1. RRC: ServiceRequest / NAS: INVITE触发
gNB->>AMF: 2. N2: Initial UE Message (Service Request)
AMF->>SMF: 3. Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext
(PDU Session ID, QoS Flow 5QI=1)
SMF->>PCF: 4. SmPolicyAssociation_Update (Voice QoS)
PCF-->>SMF: 5. SmPolicyDecision (Authorized QoS)
SMF->>AMF: 6. N1N2MessageTransfer
(N2 SM Info: PDU Session Resource Setup)
AMF->>gNB: 7. N2: PDU Session Resource Setup Request
含Voice over PS session Supported指示
Note over gNB: gNB判断: 不支持VoNR
触发EPS Fallback
gNB->>AMF: 8. N2: Handover Required
(Target=LTE, EPS Fallback Ind)
AMF->>MME: 9. N26: Forward Relocation Request
(UE Context, Bearer Context)
MME->>SGW: 10. S11: Create Session Request
SGW->>PGW: 11. S5/S8: Modify Bearer Request
PGW-->>SGW: 12. S5/S8: Modify Bearer Response
SGW-->>MME: 13. S11: Create Session Response
MME-->>AMF: 14. N26: Forward Relocation Response
(Target eNB ID, S1AP HO Cmd)
AMF->>gNB: 15. N2: Handover Command
(含Target eNB RRC Container)
gNB->>UE: 16. RRC: Reconfiguration with MobilityControlInfo
UE->>UE: 17. 切换至LTE, 执行eNB接入
UE->>gNB: (通过Target eNB)
Note over UE,MME: UE在LTE侧建立VoLTE承载
QCI=1 (IMS Voice)
UE->>IMS: 18. SIP INVITE (VoLTE呼叫建立)
IMS-->>UE: 19. SIP 200 OK
```
### 2.2 Redirection-based EPS Fallback 信令流
```mermaid
sequenceDiagram
participant UE
participant gNB as gNB (5G RAN)
participant AMF
participant SMF
participant MME as MME (EPC)
participant eNB as eNB (LTE)
participant IMS as IMS (P-CSCF)
UE->>gNB: 1. RRC: ServiceRequest (Voice触发)
gNB->>AMF: 2. N2: Initial UE Message
AMF->>SMF: 3. Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext (5QI=1)
SMF->>AMF: 4. N1N2MessageTransfer (N2 SM Info)
AMF->>gNB: 5. N2: PDU Session Resource Setup
Note over gNB: gNB不支持VoNR
选择Redirection方式
gNB->>AMF: 6. N2: PDU Session Resource Setup Response
(含EPS Fallback Ind, 未建立Voice QoS)
gNB->>UE: 7. RRC: Release with RedirectedCarrierInfo
(EARFCN列表)
Note over UE: UE释放5G连接
搜索LTE频点并驻留
UE->>eNB: 8. LTE Attach / TAU Request
eNB->>MME: 9. S1AP: Initial UE Message
Note over UE,IMS: 建立PDN连接(IMS APN)
建立QCI=1专用承载
UE->>IMS: 10. SIP INVITE (VoLTE)
IMS-->>UE: 11. SIP 200 OK
```
## 三、关键信息元素（IE）解析
### 3.1 Voice over PS Session Supported指示
该IE由AMF在N2 PDU Session Resource Setup Request中下发给gNB，表示**核心网侧支持PS语音**（即IMS Voice over 5GS能力就绪）。gNB据此判断：
- 若gNB自身也支持 → 可建立VoNR
- 若gNB自身不支持 → 触发EPS Fallback
### 3.2 EPS Fallback Indicator
当gNB决定触发EPS Fallback时，在N2 PDU Session Resource Setup Response中携带`EPS Fallback Indicator = "EPS fallback is required"`，告知AMF语音QoS Flow未在5GS侧建立，需回退至EPS。
### 3.3 N26接口关键参数
| 参数名称 | 方向 | 说明 |
|---------|------|------|
| IMS Voice over PS Session Supported Ind | AMF→MME | 指示IMS语音PS会话支持状态 |
| PDU Session ID | AMF→MME | 映射为EPS Bearer ID |
| QoS Flow → EPS Bearer映射 | AMF→MME | 5QI=1映射为QCI=1 |
| UE Security Capability | AMF→MME | 5G安全能力传递至EPC |
| Target eNB ID | MME→AMF | 目标LTE小区标识 |
| S1AP Handover Command | MME→AMF | 含RRC Reconfiguration Container |
## 四、QoS Flow与EPS Bearer映射
EPS Fallback过程中，5G侧的QoS Flow需映射为4G侧的EPS Bearer，映射关系如下：
| 5G侧 | | 4G侧 | |
|------|------|------|------|
| **QoS Flow参数** | **典型值** | **EPS Bearer参数** | **典型值** |
| 5QI | 1 (Conversational Voice) | QCI | 1 (Conversational Voice) |
| ARP Priority Level | 1-15 | ARP Priority Level | 1-15 |
| GFBR (Guaranteed Flow Bit Rate) | 上/下行配置 | GBR (Guaranteed Bit Rate) | 上/下行配置 |
| MFBR (Maximum Flow Bit Rate) | 上/下行配置 | MBR (Maximum Bit Rate) | 上/下行配置 |
| Session AMBR | 签约值 | APN-AMBR | 签约值 |
| Default QoS Flow (5QI=9) | Internet | Default Bearer (QCI=9) | Internet |
## 五、状态转换全景
```mermaid
stateDiagram-v2
[*] --> 5G_Registered: UE注册到5GS
5G_Registered --> IMS_Voice_Requested: 发起IMS语音呼叫
(SIP INVITE触发)
IMS_Voice_Requested --> EPS_FB_Decision: gNB判断VoNR不可用
EPS_FB_Decision --> HO_Based_Fallback: 支持N26接口
gNB发起HO
EPS_FB_Decision --> Redirect_Based_Fallback: 不支持N26
gNB发送RRC Release
HO_Based_Fallback --> LTE_Attached_HO: 切换完成
UE在LTE侧接入
Redirect_Based_Fallback --> LTE_Attached_Redirect: 重定向完成
UE在LTE侧Attach/TAU
LTE_Attached_HO --> VoLTE_Established: IMS专用承载建立
QCI=1
LTE_Attached_Redirect --> VoLTE_Established: IMS专用承载建立
QCI=1
VoLTE_Established --> Voice_In_Progress: SIP 200 OK
通话进行中
Voice_In_Progress --> Fast_Return_Check: 通话结束
(SIP BYE)
Fast_Return_Check --> 5G_Registered: Fast Return
5G覆盖可用
Fast_Return_Check --> LTE_Idle: 无5G覆盖
驻留LTE
LTE_Idle --> 5G_Registered: 5G覆盖恢复
小区重选
```
## 六、Handover-based vs Redirection-based对比
| 对比维度 | Handover-based | Redirection-based |
|---------|---------------|------------------|
| **语音中断时间** | < 1秒（切换中断） | 2~6秒（重选+Attach+IMS建立） |
| **N26接口依赖** | 必须支持 | 不需要 |
| **信令复杂度** | 高（需准备HO资源） | 低（仅RRC Release） |
| **UE状态转换** | CONNECTED→CONNECTED（无状态释放） | CONNECTED→IDLE→CONNECTED |
| **数据业务中断** | 短暂（HO中断） | 较长（需重建PDN连接） |
| **目标LTE小区确定性** | 高（gNB指定Target eNB） | 低（UE自主搜索频点） |
| **网络侧资源准备** | 需提前准备LTE侧资源 | 无需提前准备 |
| **TS 23.502章节** | Section 4.13.6.1 | Section 4.13.6.2 |
| **适用场景** | N26部署、语音质量敏感 | 无N26、简化部署 |
| **运营商选择倾向** | 主流运营商首选 | 早期部署过渡方案 |
## 七、Fast Return至5GS（通话结束后快速返回）
语音通话结束后（SIP BYE完成），为避免UE长时间停留在LTE网络，运营商可配置**Fast Return**机制：
- **网络控制方式**：eNB在RRC Release中携带`RedirectedCarrierInfo`指向NR频点，引导UE快速返回5G
- **UE自主方式**：UE检测到语音结束后，主动搜索5G邻区并重选回NR
- **策略控制**：PCF可通过策略控制Fast Return的触发条件和目标频点优先级
Fast Return并非3GPP标准强制的必选流程，但已成为主流设备商（华为、爱立信、中兴、诺基亚）的默认实现。
## 八、抓包识别与故障排查
### 8.1 关键抓包识别点
| 步骤 | 接口 | 消息名称 | 关键判定字段 |
|------|------|---------|-------------|
| Fallback触发 | N2 | PDU Session Resource Setup Response | `EPS Fallback Indicator` = required |
| Handover发起 | N2 | Handover Required | `Target ID` = E-UTRAN, `Cause` = voice-fallback |
| N26信令 | N26 | Forward Relocation Request | `PDU Session ID`列表 + QoS映射 |
| 重定向释放 | Uu (RRC) | RRC Release | `RedirectedCarrierInfo` = ARFCN |
| LTE侧接入 | S1-MME | Initial UE Message / Attach Request | `EPS Attach Type` |
| VoLTE建立 | Gm (SIP) | INVITE | SDP含QCI=1承载信息 |
### 8.2 常见故障场景
1. **EPS Fallback失败 - N26接口不通**：AMF向MME发送Forward Relocation Request无响应，需检查N26路由配置和SCTP偶联状态。
2. **重定向后UE无法接入LTE**：RRC Release中EARFCN配置错误或目标频点无覆盖，需核查gNB邻区配置中的LTE频点列表。
3. **VoLTE建立失败 - IMS承载未建立**：SMF未正确触发EPS Bearer建立，检查SMF与PGW-C的S5/S8会话修改流程。
4. **Fast Return未触发**：eNB未配置NR频点重定向策略，或UE未上报5G测量报告。
## 九、FAQ
**Q1：EPS Fallback和CS Fallback有什么区别？**
A1：CS Fallback（CSFB）是4G时代UE从LTE回退到2G/3G CS域进行语音通话的机制（TS 23.272），而EPS Fallback是5G时代UE从NR回退到LTE的IMS（VoLTE）进行语音通话。两者的本质区别在于：CSFB回退到**电路交换域**，EPS Fallback回退到**分组交换域的VoLTE**。后者无需MSC参与，语音质量更好。
**Q2：是否可以完全不部署N26接口而支持EPS Fallback？**
A2：可以。使用Redirection-based EPS Fallback时不需要N26接口。UE在LTE侧通过Attach或TAU流程重新注册到EPC，然后建立IMS PDN连接和VoLTE语音承载。但代价是语音建立时延增加2~6秒。
**Q3：EPS Fallback期间数据业务是否中断？**
A3：Handover-based方式下数据业务仅短暂中断（切换中断时间）；Redirection-based方式下数据业务中断时间较长（需在LTE侧重新建立PDN连接）。部分设备商支持"dual-registration"方案，允许数据PDU Session与语音PDU Session分离处理，减少数据中断。
**Q4：运营商如何配置EPS Fallback策略——优先HO还是优先Redirection？**
A4：这取决于网络部署阶段和N26接口就绪状态。主流运营商在有N26接口时优先配置Handover-based方式（华为、爱立信默认推荐）；早期部署或跨厂商场景（AMF与MME来自不同厂商）时先使用Redirection-based过渡。策略可通过OAM配置在gNB和AMF上生效。
**Q5：EPS Fallback场景下，IMS注册是否需要重新进行？**
A5：Handover-based方式下，由于PDU Session通过N26映射到EPS Bearer，IMS SIP信令通路保持连续，P-CSCF地址不变，通常**不需要重新注册**。Redirection-based方式下，若IMS PDN连接需要重建，则可能需要重新进行IMS注册（取决于P-CSCF是否为UE分配了新的Contact地址和注册状态是否过期）。
## 十、参考来源
1. **3GPP TS 23.502 V18.10.0** — Section 4.13.6: EPS Fallback for IMS Voice, Section 4.13.6.1: EPS Fallback with N26 interface
- https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123500_123599/123502/18.10.00_60/ts_123502v181000p.pdf
2. **3GPP TS 23.501 V18.9.0** — Section 5.16.3: Voice service continuity, Section 5.15: EPS interworking
- https://www.etsi.org/deliver/etsi_ts/123500_123599/123501/18.09.00_60/ts_123501v180900p.pdf
3. **sharetechnote.com** — 5G EPS Fallback Procedure Overview
- https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_EPS_Fallback.html
4. **IEEE论文** — "Performance Analysis of 5G Voice Solutions via EPS Fallback and VoNR"（2024）
- https://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp?queryText=EPS+Fallback+VoNR+5G+voice
5. **TelecomTrainer** — 5G EPS Fallback Call Flow Analysis
- https://www.telecomtrainer.com/5g-eps-fallback/
---
> **51学通信** | 深入3GPP每一个信令字节
> 每日一机制，啃透规范不迷路
> [!tip] 51学通信知识星球
> **星主：爱卫生**（微信：gprshome201101）——公众号「51学通信」创办者，19 年通信行业运维与讲师经验，著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书（各大电商平台有售）。
> **星球定位**：深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域，主打运维岗位与信令分析。
> **当前规模**：5200 篇主题 / 990 个回答，198 元/年。
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> **AI 加持**：51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy，使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例，做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。
