EPS Fallback — VoNR未提供エリアで音声を成立させる仕組み¶

学習目標¶

この章を読み終えると、次のことができるようになります。

• EPS Fallback が「VoNR未提供エリアで音声呼を4G(EPS)に移して成立させる仕組み」であることを説明できる
• EPS Fallback が 音声用QoS Flow（5QI=1）の確立要求 をきっかけに起動する流れを説明できる
• 移行方式に Handoverベース（N26あり） と Redirectベース（N26なし） の2つがあることを区別できる
• N26（AMF⇔MME）インターフェースがEPS Fallbackで果たす役割を説明できる
• 移行後にUEが VoLTE（QCI=1の専用ベアラ） で音声を確立する流れを図示できる

前提知識¶

• VoNR（Voice over NR） — EPS Fallbackは「まずVoNRを試みる→非対応で4Gへ移す」分岐なので、VoNRの音声呼確立を理解していること
• QoS（5G QoSモデル） — 5QI / QoS Flow / GBR の理解、および4G側のQCI・EPSベアラとの対応
• Handover（ハンドオーバ） — Handoverベースの移行はInter-RAT Handoverの一種
• Registration（初回登録） — UEは5GS登録済みで、4G/5G相互接続が構成されていることが前提
• 補助: AMF / SMF / PCF

この章で学べること¶

• Why — なぜ5Gで「わざわざ4Gへ落とす」仕組みが要るのか
• Basic Concept — 「音声のときだけ4Gの窓口へ案内する」という考え方
• N26とは（コラム） — 4G/5Gをまたぐハンドオーバを支えるインターフェース
• Architecture — EPS Fallbackに関わる5GC・4G(EPC)・NG-RANの登場人物
• Procedure — Call Flow — 音声QoS要求の検知 → VoNR非対応判断 → EPS移行 → VoLTE成立
• Handoverベース と Redirectベース — N26の有無による2つの移行方式
• EPCとの比較 / Release差分 / Trouble Shooting / FAQ / Practice

Why — なぜ5Gで「わざわざ4Gへ落とす」仕組みが要るのか¶

VoNR は5Gネイティブで音声を運ぶ理想形ですが、5G初期展開ではVoNRに対応したエリア（セル）が限られていました。無線(NR)やコア(5GC)は使えても、そのセルが音声用QoS Flow（5QI=1, GBR）を提供できない ことが多かったのです。

一方、4G(LTE)の VoLTE はすでに広く実運用されており、音声を安定して成立させられます。そこで5Gの初期段階では、次の割り切りが選ばれました。

• データ通信は5G(NR)で — 高速・大容量の恩恵を受ける
• 音声呼が必要になった瞬間だけ、一時的に4G(EPS)へ移す — 実績あるVoLTEで確実に音声を成立させる

この「音声呼の確立時にUEを5GS→4G(EPS)へ移す」仕組みが EPS Fallback です。3GPP TS 23.502 §4.13.6.1 に規定されています。VoNRが広く提供されれば不要になりますが、初期展開では実運用上ほぼ必須の機能でした。

Overview — 概要¶

EPS Fallback は、次の流れで動きます。

1. 音声呼の確立を検知 — UEがIMS音声呼を発信/着信し、VoNR と同じく 音声用QoS Flow（5QI=1）の確立要求 が5GCから発生する
2. NG-RANがVoNR非対応と判断 — このセルは音声用QoS Flowを提供できない、と無線側が判断する
3. UEを4G(EPS)へ移行 — NG-RANがEPS Fallbackを起動し、UEを Handoverベース か Redirectベース で4G(LTE)へ移す
4. 4GでVoLTEとして音声成立 — 移行後、UEは4G/EPS上で 専用ベアラ（QCI=1） を確立し、VoLTEとして通話する

ポイントは、「まずVoNRを試みる → セルが非対応 → 4Gへ移す」という分岐 であること。音声のトリガー（5QI=1要求）そのものはVoNRと共通で、そこから先の分岐がEPS Fallback固有です。

Basic Concept — 初心者向け説明¶

EPS Fallback は 「この窓口では扱えないので、隣の実績ある窓口へご案内します」 にたとえられます。

• ふだんの手続き（データ通信）は最新の窓口（5G）で速く済ませられる
• ところが「音声通話」という特別な手続きを頼むと、この窓口（VoNR非対応セル）は「うちでは扱えません」と答える
• そこで 隣の実績ある窓口（4G/VoLTE）へUEを案内 する。案内の仕方には2通りある
  • 手を引いて連れて行く（Handoverベース） — 途中で切れないよう、状態を引き継いで滑らかに移す
  • 住所を教えて自分で行ってもらう（Redirectベース） — 「あちらへどうぞ」とリダイレクトし、UEが4Gで再接続する

案内が終わると、UEは4Gの窓口で音声（VoLTE）を確立します。通話が終わったあと5Gへ戻るかどうかは、無線側のポリシー次第（実装依存）です。

Architecture¶

graph LR
    UE["UE"] -- "N1(NAS)" --> AMF["AMF (5GC)"]
    UE -- "無線(NR→LTE)" --> RAN["NG-RAN"]
    AMF -- "N11" --> SMF["SMF (5GC)"]
    PCF["PCF (5GC)"] -- "N7" --> SMF
    RAN -- "N2" --> AMF
    AMF -- "N26" --> MME["MME (4G/EPC)"]
    RAN -. "Inter-RAT移行" .-> ENB["eNB (4G/LTE)"]
    MME --> ENB

図の読み方: 音声呼で PCF→N7→SMF が音声用QoS Flow（5QI=1）を要求すると、SMF→N2(AMF経由)→NG-RAN に伝わります。NG-RANが「このセルはVoNR非対応」と判断すると EPS Fallback を起動。N26（AMF⇔MME） があれば状態を引き継いでLTEへHandover、なければRRC Releaseで eNB(LTE) へRedirectします。移行後、UEは4G/EPS上でVoLTE（QCI=1）音声を確立します。VoNR確立フローの詳細は VoNR章 を参照してください（本章では再掲しません）。

Network Function¶

Interface¶

Procedure — Call Flow¶

EPS Fallbackは、(A) 音声用QoS Flow要求の発生 → (B) NG-RANのVoNR非対応判断 → (C) 4G(EPS)へ移行 → (D) VoLTE成立 の4段階で理解します。

sequenceDiagram
    participant UE
    participant RAN as NG-RAN
    participant AMF
    participant SMF
    participant PCF
    participant MME as MME(4G)
    participant ENB as eNB(4G/LTE)

    Note over UE,PCF: (A) 音声呼 → 音声用QoS Flow(5QI=1)要求（VoNRと共通）
    UE->>SMF: SIP INVITE契機の音声呼確立（IMS経由）
    PCF->>SMF: N7 SM Policy (5QI=1 GBR)
    SMF->>AMF: N11 QoS Flow追加要求
    AMF->>RAN: N2 音声用QoS profile通知

    Note over RAN: (B) このセルはVoNR非対応と判断 → EPS Fallback起動

    alt Handoverベース（N26あり）
        RAN->>AMF: N2 Handover Required
        AMF->>MME: N26 でコンテキスト引き継ぎ
        MME->>ENB: 4G側リソース準備
        RAN-->>UE: Inter-RAT Handover Command (→LTE)
    else Redirectベース（N26なし）
        RAN-->>UE: RRC Release (redirect to LTE)
        UE->>ENB: LTEで再接続・(必要なら)TAU/Attach
    end

    Note over UE,ENB: (C)/(D) 4G/EPSで VoLTE 音声確立
    UE->>ENB: 専用ベアラ(QCI=1)で音声(RTP)確立
    ENB-->>UE: VoLTE通話成立

手順の説明:

1. (A) 音声用QoS Flow要求の発生 — UEがIMS音声呼を発信/着信すると、VoNR と同じく PCF→N7→SMF→N11→AMF→N2→NG-RAN の経路で 5QI=1（会話音声, GBR） のQoS Flow確立が要求される。ここまではVoNRと共通（詳細はVoNR章）。
2. (B) VoNR非対応判断 — NG-RANが「このセルは音声用QoS Flowを提供できない（VoNR非対応）」と判断し、EPS Fallback を起動する。
3. (C) 4G(EPS)へ移行 — 移行方式は2通り。
   • Handoverベース（N26あり） — NG-RANが N2 Handover Required を送り、AMFが N26でMMEへUEコンテキストを引き継ぎ、Inter-RAT HandoverでUEをLTEへ滑らかに移す（Handover章 参照）。
   • Redirectベース（N26なし） — NG-RANが RRC Release でUEをLTEへリダイレクトし、UEが4Gで再接続する（状況によりTAU/Attach）。
4. (D) VoLTE成立 — 4G/EPS上でUEは 専用ベアラ（QCI=1） を確立し、VoLTEとして音声（RTP）を通す。呼制御はIMSのまま（4Gでも5Gでも呼制御はIMS）。

Signal Flow¶

Handoverベース と Redirectベース¶

EPS Fallbackの移行方式は、N26インターフェースの有無 で2つに分かれます。

EPCとの比較¶

• 4Gでは: LTE上の音声は最初から VoLTE（IMS＋専用ベアラ QCI=1）で成立させます。他RATへ落とす仕組みとしては、VoLTE非対応時に回線交換の3G等へ落とす CS Fallback が歴史的にありました（4G初期）。EPS FallbackはこのCS Fallbackの「音声のときだけ実績あるRATへ移す」思想を、5G→4Gの文脈で受け継いだものと理解できます。
• 5Gでは: VoNR非対応セルで音声呼が起きると EPS Fallback でUEを4G(EPS)へ移し、VoLTE（QCI=1）で成立させます。識別子の対応は 5QI=1 ↔ QCI=1（会話音声, GBR）、5QI=5 ↔ QCI=5（IMSシグナリング, Non-GBR）。呼制御がIMSである点は4G/5Gで共通です。

Release差分¶

• Rel-15: 5G初期展開でVoNR未提供エリアが多く、EPS Fallback が実運用上ほぼ必須として位置づけられた。TS 23.502 §4.13.6.1 に手続きが規定。
• Rel-16以降: VoNR対応の拡充により、将来的にはEPS Fallbackの重要度は下がる方向。ただし個別の機能追加・改定は各TSを 要確認（本章では断定しない）。

Trouble Shooting¶

3GPP Specification¶

• 3GPP TS 23.502 §4.13.6.1 — EPS Fallback for IMS voice の手続き（本章の主根拠）
• 3GPP TS 23.501 §5.7.4 — 標準化5QI表（5QI=1 会話音声/GBR, 5QI=5 IMSシグナリング/Non-GBR）
• 3GPP TS 23.501 / 23.502 — 4G/5G Interworking と N26（AMF⇔MME）の規定（詳細な章番号は 要確認）
• 3GPP TS 23.228 — IMS（音声呼の制御。4G/5G共通の呼制御。本章では概要のみ・要参照）

FAQ¶

Q. EPS Fallbackとは結局どういう仕組みですか？ A. VoNR非対応のセルで音声呼が起きたとき、UEを一時的に 5GS(NR)から4G/EPS(LTE)へ移し、実績ある VoLTE（QCI=1） で音声を成立させる仕組みです。3GPP TS 23.502 §4.13.6.1 に規定されています。

Q. 何がきっかけでEPS Fallbackは起動しますか？ A. IMS音声呼の確立で 音声用QoS Flow（5QI=1, GBR）の確立要求 が発生し、それを受けたNG-RANが「このセルはVoNR非対応」と判断したときに起動します。トリガー自体はVoNRと共通です。

Q. HandoverベースとRedirectベースの違いは何ですか？ A. N26（AMF⇔MME）の有無 です。N26があれば状態を引き継いでInter-RAT Handoverで滑らかに移行（Handoverベース）、なければRRC ReleaseでUEをLTEへリダイレクトし再接続させます（Redirectベース）。一般にHandoverベースの方が速く滑らかです。

Q. N26は必須ですか？ A. 必須ではありません。N26があるとHandoverベースの滑らかな移行が可能ですが、N26なしでもRedirectベースでEPS Fallbackは実現できます。設計上の選択です。

Q. 音声が終わったら5Gに戻りますか？ A. 仕様で一律に決まってはおらず、戻すかどうかは無線側のモビリティ・ポリシー次第（実装依存）です。

Summary¶

• EPS Fallback は、VoNR未提供エリアで音声呼確立時にUEを 5GS(NR)→4G/EPS(LTE) へ移し、VoLTE（QCI=1） で音声を成立させる仕組み（3GPP TS 23.502 §4.13.6.1）
• 起動のきっかけは 音声用QoS Flow（5QI=1）の確立要求（VoNRと共通）で、そこから NG-RANのVoNR非対応判断 を経て起動する分岐がEPS Fallback固有
• 移行方式は Handoverベース（N26あり・状態引き継ぎ） と Redirectベース（N26なし・RRC Releaseで誘導） の2つ
• N26（AMF⇔MME） は4G/5G間のモビリティコンテキスト引き継ぎを担い、移行方式を左右する
• 識別子は 5QI=1↔QCI=1, 5QI=5↔QCI=5 に対応し、呼制御はIMSのまま4G/5Gで共通

Practice — 理解度チェック・演習¶

理解度チェック¶

演習¶

• VoNR対応セルとVoNR非対応セルで、音声発信時のCall Flowがどこまで共通でどこから分岐するかを図に描いてみましょう（ヒント: 5QI=1要求までは共通、NG-RANの可否判断で分岐）。
• N26あり／なしの2ケースについて、EPS Fallbackのシーケンスを並べて比較し、音声確立までのステップ数の違いをまとめてみましょう。

Next Step¶

• 4G-5G Interworking（N26 / 相互接続） — EPS Fallbackを内包する一般的な4G⇔5G相互接続の枠組み
• VoNR（Voice over NR） — EPS Fallbackが不要になる理想形。分岐前の音声呼確立フローを深める
• Handover（ハンドオーバ） — Handoverベースの移行が使うInter-RAT Handoverの詳細
• QoS（5G QoSモデル） — 5QI↔QCI・QoS Flow↔EPSベアラの対応に戻って深める