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5G 信令分析指导书

目 录

1 概述 1

2 开机入网 3

2.1 小区搜索与选择 3

2.2 系统消息广播 4

2.2.1 系统消息获取 6

2.2.2 系统消息更新 7

2.2.3 ODOSI过程 8

2.2.4 关键消息解读 9

2.2.4.1 MIB 9

2.2.4.2 SIB1 11

2.2.4.3 SI 17

2.3 随机接入 18

2.3.1 基于竞争的随机接入 20

2.3.2 基于非竞争的随机接入 24

2.4 RRC连接建立 28

2.4.1 RRC建立流程 29

2.4.2 RRC拒绝过程 31

2.4.3 RRC重发处理 31

2.4.4 关键消息解读 33

2.4.4.1 RRCSetupRequest 33

2.4.4.2 RRCSetup 34

2.4.4.3 RRCSetupComplete 36

2.4.4.4 RRCReject 37

2.5 注册流程 37

3 上下文管理 38

3.1 初始上下文建立过程 38

3.1.1 安全模式过程 40

3.1.2 UE能力查询过程 42

3.1.3 关键消息解读 43

3.1.3.1 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 43

3.1.3.2 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE 44

3.1.3.3 RRC SecurityModeCommand 45

3.1.3.4 RRC SecurityModeComplete 45

3.1.3.5 RRC UECapabilityEnquiry 45

3.1.3.6 RRC UECapabilityInformation 46

3.2 UE上下文修改过程 46

3.3 UE上下文释放过程 48

4 会话管理 49

4.1 5G QoS Architecture 49

4.1.1 概述 49

4.1.2 QoS Flow 51

4.1.3 QoS Parameters 51

4.1.4 QoS Flow到DRB的映射 56

4.2 PDU会话建立过程 58

4.3 PDU会话修改过程 59

4.4 PDU会话释放过程 59

4.5 关键消息解读 60

4.5.1 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST 60

4.5.2 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE 63

4.5.3 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST 63

4.5.4 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY RESPONSE 65

4.5.5 RRCReconfiguration 65

4.5.6 RRCReconfigurationComplete 66

5 寻呼流程 67

5.1 5GC寻呼 67

5.1.1 信令流程 68

5.1.2 关键消息解读 70

5.1.2.1 NGAP PAGING 70

5.1.2.2 RRC PAGING 71

5.2 RAN寻呼 71

5.2.1 信令流程 72

5.2.2 关键消息解读 73

5.2.2.1 RAN PAGING 73

5.3 寻呼消息发送 75

6 切换流程 77

6.1 站内切换 77

6.2 Xn切换 80

6.3 N2切换 82

6.4 LNR切换 83

6.5 LNR重定向 85

7 NAS流程 87

7.1 注册 88

7.2 去注册（终端发起） 88

7.3 去注册（网络发起） 89

7.4 业务请求（主叫） 89

7.5 业务请求（被叫） 90

1 概述

信令过程是电信通信网络中一个十分重要的概念，在呼叫建立和呼叫拆除过程中，UE与gNB之间、gNB与5GC、以及gNB与gNB之间都要交互一些控制信息，以创建对等的协议实体并协调相互的动作，这些控制信息称为信令，这个交互过程就是信令过程。

遵循3GPP协议规范，通信双方先交互信息，创建控制面对等的协议实体；然后，通过控制面实体，进一步交互信息，创建用户面对等的协议实体；后续，通过用户面实体进行数据传输。

图1. 控制面&用户面过程

图2. E2E信令流程概览

本文主要介绍5G SA信令流程。

2 开机入网

UE入网过程包括几个子过程：

• 小区搜索与选择

UE开机选网，小区搜索并完成下行同步。

• 系统消息广播

UE读取广播信息，选择合适小区进行驻留。

• 随机接入

UE与gNB建立上行同步。

• RRC连接建立

UE与gNB建立RRC连接。

• 注册过程

UE注册到5G网络，网络侧开始维护该UE的上下文。

2.1 小区搜索与选择

2.2 系统消息广播

2.3 随机接入

2.4 RRC连接建立

2.5 注册流程

1.%2 小区搜索与选择

小区搜索过程是UE和小区取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程。其基本过程描述如下：

1. UE开机后按照3GPP TS 38.104定义的Synchronization Raster搜索特定频点；

2. UE尝试检测PSS/SSS，取得下行时钟同步，并获取小区的PCI；如果失败则转步骤1搜索下一个频点；否则继续后续步骤；

3. UE尝试读取MIB，获取SSB波束信息、系统帧号和广播SIB1的时频域信息；

4. UE读取SIB1，获取上行初始BWP信息，初始BWP中的信道配置，TDD小区的半静态配比以及其它UE接入网络的必要信息等，同时获取广播OSI的搜索空间信息；

5. UE读取OSI，获取小区的其它信息（主要是移动性相关的信息）。

图3-%8 小区搜索流程图

2.1 系统消息广播

系统消息广播是UE获得网络基本服务信息的第一步，通过系统消息广播过程，UE可以获得基本的AS层和NAS层信息：AS层信息包括公共信道信息、一些UE所需的定时器、小区选择/重选信息以及邻区信息等；NAS层信息包括运营商信息等。UE通过系统消息获得的这些信息，决定了UE在小区中进行驻留、重选以及发起呼叫的行为方式。

UE在如下场景会读取系统消息：小区选择（如开机）、小区重选、系统内切换完成、从其他RAT系统进入5G RAT、以及从非覆盖区返回覆盖区时，UE都会主动读取系统消息。

当UE在上述场景中正确获取了系统消息后，不会反复读取系统消息，只会在满足以下任一条件时重新读取系统消息：

• 收到gNB寻呼，指示系统消息有变化。

• 收到gNB寻呼，指示有ETWS或CMAS消息广播。

• 距离上次正确接收系统消息3小时后（参见3GPP 38331.5.2.2.2.1 SIB validity: The UE delete any stored version of SI after 3 hours from the moment it was successfully confirmed as valid）。

系统消息分类

参见38.300.7.3.1 按照内容分类，系统消息可以分为MSI（Minimum System Information）和OSI（Other System Information）两大类。

• MSI：包括MIB和SIB1（SIB1也叫RMSI）

• OSI：包括SIB2~SIBn，支持ODOSI模式。

各类系统消息承载信道、下发方式和承载的内容，如下表所示：