5G核心网IMS语音保障深度解析：EPS/RAT回落与非3GPP接入会话转移

导言：为什么需要语音回落与会话转移？

在5G网络部署初期及过渡阶段，保证用户在各种接入技术（5GS、4G EPS、非3GPP）之间语音业务的连续性至关重要。5G系统（5GS）通过IMS语音的EPS回落 (EPS fallback for IMS voice)、5GC内的RAT回落 (Inter RAT Fallback in 5GC) 以及PDU会话从非3GPP接入到5GS的转移 (Transfer of PDU session from non-3GPP access to 5GS) 等机制，确保了在无线覆盖不佳、核心网配置限制或跨系统移动性场景下，语音业务能够可靠地建立或持续,,。

本文旨在为通信行业的5G维护工程师深度剖析这三大关键机制的流程、涉及的消息、关键参数与网络实体间的协同作用。

核心机制一：5GS到EPS的IMS语音回落 (EPS Fallback for IMS Voice)

当用户终端（UE）驻留在5G系统（5GS）中，并且发起或接收IMS语音呼叫时，如果5G覆盖或配置不支持直接承载高质量VoIMS业务，网络需要将用户快速迁移到4G EPS系统，以完成语音呼叫的建立，这就是EPS Fallback。

场景与前提条件

EPS回落发生在UE正由5G系统提供服务，并拥有一个或多个PDU会话时，每个会话包含一个或多个QoS流。

回落触发的关键前提包括：

1. AMF的指示： 服务PLMN AMF必须在注册流程中向UE发送指示，说明支持IMS语音在PS会话上承载。UE必须已在IMS完成注册。
2. N26接口支持： 如果不支持N26接口，服务PLMN AMF会在注册流程中向UE发送指示，说明支持无N26的互通。
3. 呼叫发起： UE发起（MO）或接收（MT）IMS语音会话的建立。

流程详解与NG-RAN的决策依据

整个EPS回落流程从网络试图为语音业务设置QoS流开始。

NG-RAN的决策是核心：

NG-RAN被配置为支持IMS语音的EPS回落时，它会考虑多个因素决定是否触发回落：

1. UE能力： 终端是否支持回落到EPS。
2. AMF指示： 收到AMF指示“Redirection for EPS fallback for voice is possible”（该指示在初始上下文建立、切换资源分配或路径切换请求确认中接收）。
3. 网络配置： 例如，N26接口的可用性配置。
4. 无线条件： 当前的无线信号质量。

如果NG-RAN决定不触发回落，则流程终止。此外，如果AMF指示“Redirection for EPS fallback for voice is not possible”，则第5步的回落不会执行。如果NG-RAN没有收到任何关于重定向的指示，则根据网络配置（例如基于N26可用性等标准）来决定是否执行回落。

信令关键步骤：

1. PDU会话修改请求到达NG-RAN： 网络发起PDU Session modification（PDU会话修改）以设置语音QoS流。
2. NG-RAN拒绝： NG-RAN通过PDU Session Modification Response（PDU会话修改响应）消息拒绝第2步收到的PDU会话修改请求，并向SMF+PGW-C（或通过V-SMF到达H-SMF+P-GW-C）发送指示，表明正在进行由于IMS语音回落引起的移动性。
3. 策略维护： SMF+PGW-C保持与QoS流相关联的PCC规则，如果PCF已订阅该事件，则向PCF报告EPS回落事件。
4. 发起移动性： NG-RAN根据UE能力，发起切换 (Handover) 或通过系统间重定向进行AN Release (接入网释放) 到EPS。
5. RAT类型报告： SMF+PGW-C如果PCF已订阅，则报告RAT类型变更。
6. EPS连接和TAU/Attach：
• 5GS到EPS切换或带N26重定向： UE连接到EPS后，发起TAU（Tracking Area Update，跟踪区更新）流程，如果是重定向，请求中包含活动标志 (active flag)。
• 无N26重定向： 如果UE支持Attach流程中PDN连接请求的“handover”请求类型标志，且已收到支持无N26互通的指示，则UE发起带有请求类型“handover”的Attach流程。
7. 资源重配置： 移动性流程完成后，SMF+PGW-C重新发起专用承载（Dedicated Bearer）的设置，包括IMS语音的专用承载。这涉及将5G QoS参数映射到EPC QoS参数。
8. 报告成功： SMF+PGW-C如果PCF已订阅，报告成功的资源分配和接入网信息。
9. 防止回切： 至少在EPS语音通话期间，E-UTRAN被配置为不触发到5GS的任何切换。

核心机制二：5GC内的IMS语音跨RAT回落 (Inter RAT Fallback in 5GC)

IMS语音跨RAT回落（例如从5G NR回落到连接5GC的E-UTRA）发生在UE仍在5GC覆盖范围内，但需要切换接入技术（RAT）来保证语音服务质量时。

流程详解与特点

该流程与EPS回落的主要区别在于，目标网络仍连接到5GC，而不是切换到EPC,。

1. 语音会话发起： UE驻留在源NG-RAN，发起或接收IMS语音会话。
2. PDU会话修改请求： 网络发起PDU Session modification以设置IMS语音的QoS流。
3. 源NG-RAN决策： 源NG-RAN如果配置支持RAT回落，根据UE能力、网络配置和无线条件决定触发回落。
4. NG-RAN拒绝： 源NG-RAN通过PDU Session Response（PDU会话响应）消息拒绝修改请求，向SMF（或V-SMF）发送指示，表明正在进行因IMS语音回落引起的移动性。SMF维护相关的PCC规则。
5. 发起移动性： 源NG-RAN发起基于Xn或N2的Inter NG-RAN切换，或者重定向到连接5GC的E-UTRA。SMF如果PCF已订阅，报告RAT类型变更。
6. 资源重设置： Inter NG-RAN（跨RAT）切换或重定向完成后，SMF重新发起PDU Session modification，以设置IMS语音的QoS流。
7. 报告成功与限制回切： SMF如果PCF已订阅，报告成功的资源分配和接入网信息。至少在IMS语音通话期间，目标NG-RAN被配置为不触发回到源NG-RAN的跨NG-RAN切换。

核心机制三：非3GPP接入IMS语音会话转移到5GS

该流程处理UE正在通过非3GPP接入（如ePDG或N3IWF）进行IMS语音通话，并移动到3GPP接入（NG-RAN）覆盖范围，希望将会话转移到5GS的情况,。

转移场景与触发条件

在会话转移到NG-RAN后，取决于5GS中选择的RAT（NR或E-UTRA）以及NG-RAN是否支持EPS/跨RAT回落，IMS语音会话可能继续在NG-RAN (E-UTRA) 上，或者触发EPS/跨RAT回落。

初始转移步骤：

1. UE正在通过非3GPP接入（ePDG或N3IWF）进行IMS语音会话。UE被触发移动到3GPP接入并在NG-RAN驻留。
2. 注册： 如果UE尚未通过3GPP接入注册，它将发起注册流程。
3. PDU会话建立/转移： UE发起用于IMS语音服务的PDU会话建立，以启动从EPC/ePDG到5GS的切换，或从N3IWF到5GC 3GPP接入的切换。SMF接受来自UE的PDU会话转移。

UE的主动选择（注1）：

如果UE意识到当前注册区域可能不原生支持NR上的语音（例如通过取决于实现的方式），UE可以选择尝试移动到E-UTRA，以便将IMS PDU会话切换到EPC或5GC以继续语音会话。在这种情况下，后续步骤（NG-RAN触发回落）将不会执行。

转移与回落的结合

在SMF接受PDU会话转移后，如果当前NG-RAN环境不适合继续语音业务，流程可能转向回落：

1. NG-RAN决策回落： NG-RAN可能决定触发EPS或跨RAT回落，决策依据包括UE能力、AMF指示（“Redirection for EPS fallback for voice is possible”）、网络配置（如N26可用性）和无线条件。
2. NG-RAN拒绝：
• 情况A：拒绝设置QoS流： NG-RAN通过AMF向SMF+PGW-C发送拒绝设置IMS语音QoS流的响应，并指示正在进行移动性回落。SMF+PGW-C如果PCF已订阅，报告EPS回落事件。随后，执行前面提到的4.13.6.1（EPS回落）或4.13.6.2（跨RAT回落）的步骤。同时，SMF+PGW-C执行非3GPP AN资源的释放。
• 情况B：拒绝整个PDU会话： 如果NG-RAN拒绝整个用于IMS语音服务的PDU会话，SMF应停止正在进行的流程，并将PDN连接/PDU会话保留在非3GPP侧。NG-RAN执行带有重定向或切换的AN释放流程。
3. 后续动作： 在接收到带有重定向的AN释放或切换完成后，UE发起TAU流程。如果是系统间重定向到EPS，且UE决定重新发起IMS语音会话从非3GPP接入到EPS的切换，UE会在请求中包含活动标志。

维护工程师视角：关键技术与参数总结

以下表格总结了在IMS语音回落和会话转移流程中涉及的关键技术、网络实体、消息和重要参数，以便5G维护工程师快速定位问题和理解互通逻辑。

关键技术与实体总结

信令消息与重要参数总结

5GS到EPS IMS语音回落信令流程 (4.13.6.1) 重绘

场景实例分析：张工的VoIMS连接之旅

张工是一名经常出差的5G维护工程师。今天，他在一座新商场内部调试设备。商场内部5G NR覆盖边缘信号较弱，但外部4G VoLTE信号非常好。

1. 5GS驻留与呼叫发起： 张工的手机（UE）成功注册在5GS网络下，AMF已指示支持IMS语音（VoIMS）。他发起了一个IMS语音呼叫（MO IMS voice session establishment）。
2. 网络资源请求： 5GC网络（SMF）启动流程，试图为张工的呼叫建立专用的语音QoS流，向NG-RAN发送了N2 PDU Session Request。
3. NG-RAN的决策： NG-RAN检测到商场内部的无线环境（Radio conditions）不佳，且收到了AMF指示“Redirection for EPS fallback for voice is possible”。NG-RAN综合考虑，决定触发EPS回落，以保障张工的通话质量。
4. 信令拒绝与移动性通知： NG-RAN拒绝了SMF的QoS流设置请求，回复 PDU Session Modification Response，并明确携带了“mobility due to fallback for IMS voice is ongoing”的指示。
5. SMF的策略维护： SMF接收到拒绝后，保留了与该呼叫相关的PCC规则。
6. 系统间重定向： NG-RAN评估UE能力和网络配置（假设当前部署不支持N26，或倾向于使用重定向），选择发起AN Release via inter-system redirection 到EPS。
7. UE连接EPS： 张工的手机接收到重定向信息，快速切换到4G网络（EPS）。由于无N26，且手机支持，它发起带有 Request Type "handover" 的 Attach 流程。
8. 承载重建： 4G网络连接建立后，SMF+PGW-C立刻重发起专用承载的设置（Dedicated Bearer Setup），将原本5G的QoS参数准确映射为4G EPS的QoS参数。
9. 通话继续： 张工的IMS语音呼叫在4G VoLTE上成功建立，通话质量得以保证。同时，E-UTRAN被配置为在通话结束前不触发切换回到5GS，避免通话中途不稳定。

常见问题与解答 (FAQ)

本节总结了5G维护工程师在处理IMS语音回落和转移场景时可能遇到的10个核心问题。

1. 问：在5GS到EPS的IMS语音回落流程中，NG-RAN的决策主要依赖哪些信息？答：NG-RAN的决策依据包括：UE能力；来自AMF的“Redirection for EPS fallback for voice is possible”指示；网络配置（例如N26可用性配置）；以及当前的无线条件 (radio conditions),,。

2. 问：如果AMF在初始注册时没有发送“Redirection for EPS fallback for voice”指示，NG-RAN是否还能执行EPS回落？答：如果NG-RAN没有收到该指示，它决定是否执行EPS回落将基于网络配置，例如基于N26的可用性和其他网络标准。但如果AMF指示“Redirection for EPS fallback for voice is not possible”，则回落不会执行。

3. 问：在5GS到EPS回落流程中，如果N26接口不可用，UE连接到EPS后会执行什么流程？答：如果无N26接口，UE连接到EPS后会执行系统间重定向到EPS的流程。如果UE支持PDN连接请求的“handover”请求类型标志，并且收到了支持无N26互通的指示，UE将发起带有请求类型“handover”的Attach流程。

4. 问：EPS回落成功后，如何保证语音QoS的连续性？答：移动性完成后，SMF+PGW-C会重新发起Dedicated Bearer（专用承载）的设置，特别是IMS语音的专用承载。在这个过程中，SMF+PGW-C需要将5G QoS参数准确映射到EPC QoS参数。

5. 问：为什么在EPS回落或Inter RAT回落完成后，目标接入网（E-UTRAN或Target NG-RAN）会被特殊配置？答：目标接入网（E-UTRAN或Target NG-RAN）会被配置为至少在IMS语音通话期间，不触发回到原系统（5GS或Source NG-RAN）的切换,。这是为了防止通话过程中因频繁或不必要的系统间切换导致服务中断或质量下降。

6. 问：5GC内的跨RAT回落（Inter RAT Fallback in 5GC）和EPS回落有什么本质区别？答：本质区别在于核心网连接,。EPS回落是将UE从5GS迁移到连接EPC的4G网络；而跨RAT回落是将UE从源NG-RAN迁移到目标NG-RAN或连接5GC的E-UTRA，用户始终保持在5GC架构内,。

7. 问：在非3GPP接入会话转移到5GS的流程中，如果NG-RAN决定不接受转移怎么办？答：如果NG-RAN拒绝整个用于IMS语音服务的PDU会话（而不是仅拒绝QoS流设置），SMF应停止正在进行的转移流程，并将PDN连接/PDU会话保留在非3GPP侧。

8. 问：非3GPP接入的IMS语音会话转移到5GS后，什么时候会触发回落流程？答：PDU会话转移到5GS成功后（SMF接受），如果当前NG-RAN（NR或E-UTRA）由于无线条件或网络配置不能原生支持该语音业务，NG-RAN可能会决定触发EPS或跨RAT回落,。

9. 问：SMF+PGW-C在EPS回落流程中需要向PCF报告哪些事件？答：SMF+PGW-C在流程中有两次可能向PCF报告：第一次是收到NG-RAN的拒绝响应后，报告EPS Fallback event（如果PCF已订阅）；第二次是Dedicated Bearer设置成功后，报告Successful Resource Allocation and Access Network Information（如果PCF已订阅）。

10. 问：UE在无N26回落到EPS后，如果想重新发起非3GPP接入到EPS的切换，需要在请求中包含什么？答：如果系统间变更（5GS到EPS）由NG-RAN触发，并且UE随后决定重新发起IMS语音会话从非3GPP接入到EPS的切换，UE需要在请求中包含active flag (活动标志)。