5G信令分析指导书.doc
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5G 信令分析指导书 | ||||
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5G 信令分析指导书 |
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文档版本 |
01 |
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发布日期 |
2019-08-02 |
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目 录
TOC \h \z \t "标题 1,1,标题 2,2,标题 3,3, 标题 4,4, 标题 5,5, 标题 7,1, 标题 8,2, 标题 9,3, Heading1 No Number,1,Appendix heading 1,1,Appendix heading 2,2,Appendix heading 3,3,Appendix heading 4,4,Appendix heading 5,5, Heading 1,1,Heading 2,2,Heading 3,3, Heading 4,4, Heading 5,5, Heading 7,1,Heading 8,2,Heading 9,3" HYPERLINK \l "_Toc15632135" 1 概述 1
HYPERLINK \l "_Toc15632136" 2 开机入网 3
HYPERLINK \l "_Toc15632137" 2.1 小区搜索与选择 3
HYPERLINK \l "_Toc15632138" 2.2 系统消息广播 4
HYPERLINK \l "_Toc15632139" 2.2.1 系统消息获取 6
HYPERLINK \l "_Toc15632140" 2.2.2 系统消息更新 7
HYPERLINK \l "_Toc15632141" 2.2.3 ODOSI过程 8
HYPERLINK \l "_Toc15632142" 2.2.4 关键消息解读 9
HYPERLINK \l "_Toc15632143" 2.2.4.1 MIB 9
HYPERLINK \l "_Toc15632144" 2.2.4.2 SIB1 11
HYPERLINK \l "_Toc15632145" 2.2.4.3 SI 17
HYPERLINK \l "_Toc15632146" 2.3 随机接入 18
HYPERLINK \l "_Toc15632147" 2.3.1 基于竞争的随机接入 20
HYPERLINK \l "_Toc15632148" 2.3.2 基于非竞争的随机接入 24
HYPERLINK \l "_Toc15632149" 2.4 RRC连接建立 28
HYPERLINK \l "_Toc15632150" 2.4.1 RRC建立流程 29
HYPERLINK \l "_Toc15632151" 2.4.2 RRC拒绝过程 31
HYPERLINK \l "_Toc15632152" 2.4.3 RRC重发处理 31
HYPERLINK \l "_Toc15632153" 2.4.4 关键消息解读 33
HYPERLINK \l "_Toc15632154" 2.4.4.1 RRCSetupRequest 33
HYPERLINK \l "_Toc15632155" 2.4.4.2 RRCSetup 34
HYPERLINK \l "_Toc15632156" 2.4.4.3 RRCSetupComplete 36
HYPERLINK \l "_Toc15632157" 2.4.4.4 RRCReject 37
HYPERLINK \l "_Toc15632158" 2.5 注册流程 37
HYPERLINK \l "_Toc15632159" 3 上下文管理 38
HYPERLINK \l "_Toc15632160" 3.1 初始上下文建立过程 38
HYPERLINK \l "_Toc15632161" 3.1.1 安全模式过程 40
HYPERLINK \l "_Toc15632162" 3.1.2 UE能力查询过程 42
HYPERLINK \l "_Toc15632163" 3.1.3 关键消息解读 43
HYPERLINK \l "_Toc15632164" 3.1.3.1 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST 43
HYPERLINK \l "_Toc15632165" 3.1.3.2 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE 44
HYPERLINK \l "_Toc15632166" 3.1.3.3 RRC SecurityModeCommand 45
HYPERLINK \l "_Toc15632167" 3.1.3.4 RRC SecurityModeComplete 45
HYPERLINK \l "_Toc15632168" 3.1.3.5 RRC UECapabilityEnquiry 45
HYPERLINK \l "_Toc15632169" 3.1.3.6 RRC UECapabilityInformation 46
HYPERLINK \l "_Toc15632170" 3.2 UE上下文修改过程 46
HYPERLINK \l "_Toc15632171" 3.3 UE上下文释放过程 48
HYPERLINK \l "_Toc15632172" 4 会话管理 49
HYPERLINK \l "_Toc15632173" 4.1 5G QoS Architecture 49
HYPERLINK \l "_Toc15632174" 4.1.1 概述 49
HYPERLINK \l "_Toc15632175" 4.1.2 QoS Flow 51
HYPERLINK \l "_Toc15632176" 4.1.3 QoS Parameters 51
HYPERLINK \l "_Toc15632177" 4.1.4 QoS Flow到DRB的映射 56
HYPERLINK \l "_Toc15632178" 4.2 PDU会话建立过程 58
HYPERLINK \l "_Toc15632179" 4.3 PDU会话修改过程 59
HYPERLINK \l "_Toc15632180" 4.4 PDU会话释放过程 59
HYPERLINK \l "_Toc15632181" 4.5 关键消息解读 60
HYPERLINK \l "_Toc15632182" 4.5.1 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST 60
HYPERLINK \l "_Toc15632183" 4.5.2 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE 63
HYPERLINK \l "_Toc15632184" 4.5.3 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST 63
HYPERLINK \l "_Toc15632185" 4.5.4 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY RESPONSE 65
HYPERLINK \l "_Toc15632186" 4.5.5 RRCReconfiguration 65
HYPERLINK \l "_Toc15632187" 4.5.6 RRCReconfigurationComplete 66
HYPERLINK \l "_Toc15632188" 5 寻呼流程 67
HYPERLINK \l "_Toc15632189" 5.1 5GC寻呼 67
HYPERLINK \l "_Toc15632190" 5.1.1 信令流程 68
HYPERLINK \l "_Toc15632191" 5.1.2 关键消息解读 70
HYPERLINK \l "_Toc15632192" 5.1.2.1 NGAP PAGING 70
HYPERLINK \l "_Toc15632193" 5.1.2.2 RRC PAGING 71
HYPERLINK \l "_Toc15632194" 5.2 RAN寻呼 71
HYPERLINK \l "_Toc15632195" 5.2.1 信令流程 72
HYPERLINK \l "_Toc15632196" 5.2.2 关键消息解读 73
HYPERLINK \l "_Toc15632197" 5.2.2.1 RAN PAGING 73
HYPERLINK \l "_Toc15632198" 5.3 寻呼消息发送 75
HYPERLINK \l "_Toc15632199" 6 切换流程 77
HYPERLINK \l "_Toc15632200" 6.1 站内切换 77
HYPERLINK \l "_Toc15632201" 6.2 Xn切换 80
HYPERLINK \l "_Toc15632202" 6.3 N2切换 82
HYPERLINK \l "_Toc15632203" 6.4 LNR切换 83
HYPERLINK \l "_Toc15632204" 6.5 LNR重定向 85
HYPERLINK \l "_Toc15632205" 7 NAS流程 87
HYPERLINK \l "_Toc15632206" 7.1 注册 88
HYPERLINK \l "_Toc15632207" 7.2 去注册（终端发起） 88
HYPERLINK \l "_Toc15632208" 7.3 去注册（网络发起） 89
HYPERLINK \l "_Toc15632209" 7.4 业务请求（主叫） 89
HYPERLINK \l "_Toc15632210" 7.5 业务请求（被叫） 90
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。
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。
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：
UE开机后按照3GPP TS 38.104定义的Synchronization Raster搜索特定频点；
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；
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；
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；
UE读取OSI，获取小区的其它信息（主要是移动性相关的信息）。
小区搜索流程图
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：
|
大类 |
子类 |
承载信道 |
下发方式 |
承载内容 |
|---|---|---|---|---|
|
MSI |
MIB |
PBCH |
周期广播，周期通过NRDUCell.SsbPeriod配置 |
为UE提供初始接入信息和SIB1的捕获信息 |
|
SIB1 |
PDSCH |
周期广播，周期通过NRDUCell.Sib1Period配置 |
为UE提供OSI的捕获信息：OSI的发送机制包括ODOSI（Msg1方式和MSg3方式）都在SIB1通知所有用户。 |
|
|
OSI |
SIB2~SIBn |
PDSCH |
通过MO gNBSibConfig和NRDUCell.SibConfigId定制的发送策略，包括发送方式和发送周期。发送方式区分为如下两类： 周期广播：gNB按固定周期进行广播 订阅广播: 由UE发起订阅请求，然后gNB按需广播(称作ODOSI) |
其他信息 |
系统消息信道模型
系统消息广播功能信道映射模型如下图所示：
gNB下发系统消息可以是周期广播，也可以是按需订阅后广播。因此，UE获取系统消息过程也有如下两种方式：
搜索小区，解析MIB，检查小区状态
如果CellBarred = barred，则停止系统消息获取过程；
否则继续后续步骤；
使用MIB里面携带的参数，尝试解析SIB1；
如果SIB1解析成功，则存储相关信息，并继续后续步骤；
否则停止系统消息获取过程；
根据SIB1中指示的其他SIB发送方式，进一步尝试获取其他SIB：
如果其他SIB是周期广播方式，则根据SIB1中指示的OSI搜索空间，尝试接收和解析SI；
否则，UE通过订阅请求获得其他SIB(称作ODOSI)，参见本文“2.2.3 ODOSI过程”章节。
UE在开机选择小区驻留、重选小区、切换完成、从其他RAT系统进入NR-RAN、从非覆盖区返回覆盖区时，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，不再反复读取系统消息，只会在满足以下任一条件时重新读取并更新系统消息：
收到gNodeB寻呼消息指示系统消息变化。
收到gNodeB寻呼消息指示有ETWS或CMAS消息广播。
距离上次正确接收系统消息3小时后。
如3GPP TS 38.331所述，系统消息更新过程限定在特定的时间窗内进行，这个时间窗被定义为BCCH修改周期。BCCH修改周期的边界由SFN mod m＝0的SFN值定义，即若某时刻满足SFN mod m＝0，则在此时刻（SFN满足上述公式的时刻）启动BCCH修改周期。其中，m是BCCH修改周期的无线帧数。
UE通过寻呼DCI接收系统消息更新指示，在下一个BCCH修改周期接收更新后的系统消息。系统消息更新过程如下图所示，图中不同颜色的小方块代表了不同的系统消息，UE在第n个修改周期接收系统消息更新指示，在第n+1个修改周期接收更新后的系统消息。
系统消息更新过程示意图
BCCH修改周期（m个无线帧）= modificationPeriodCoeff * defaultPagingCycle
其中：
modificationPeriodCoeff：修改周期系数，指示UE在BCCH修改周期内监听寻呼消息的最小次数，取值为2，不可配置。
defaultPagingCycle：默认寻呼周期，单位为无线帧，可以通过参数NRDUCellPagingConfig.DefaultPagingCycle进行配置。
modificationPeriodCoeff和defaultPagingCycle在SIB1中广播。
对于除SIB6、SIB7、SIB8之外的系统消息更新，gNodeB将在SIB1中修改valueTag值。UE读取valueTag值，并和上次的值进行比较，如果变化则认为系统消息内容改变，UE重新读取并更新系统消息；否则，UE认为系统消息没有改变，不读取系统消息。UE在距离上次正确读取系统消息3小时后会重新读取系统消息，这时无论valueTag是否变化，UE都会读取全部的系统消息。
参考3GPP38.331，ODOSI信令过程由gNB和UE协作完成：
基站广播SIB1，指示某个OSI是以广播（broadcasting）方式下发还是订阅（notBroadcasting）方式下发：
针对订阅方式的OSI，基站可以分配专用的PRACH资源，并在SIB1中进行广播，供UE请求OSI时使用：
当基站以订阅方式下发OSI时，UE在接收OSI之前必须先解析SIB1，获得自己所需要的OSI的si-BroadcastStatus状态，如果当前状态是broadcasting，则在该OSI对应的SI-window上收听即可；否则，发起ODOSI订阅流程。
UE发起ODOSI请求有MSG1和MSG3两种方式：
MSG3请求方式：当SIB1中未包含ODOSI PRACH资源时，UE通过MSG3请求OSI；gNB通过MSG4确认收到请求（避免UE反复发送请求），立即广播被请求的ODOSI，持续广播2个SI-Period后，在对应的BCCH MP边界结束。此种方式下，gNB不分配ODOSI专用的PRACH资源，适用于PRACH资源紧张的场景。
MSG1请求方式：当SIB1中包含ODOSI PRACH资源时，UE通过MSG1请求OSI；gNB通过MSG2确认收到请求（避免UE反复发送请求），立即广播被请求的ODOSI，持续广播2个SI-Period后，在对应的BCCH MP边界结束。此种方式下，gNB需要分配ODOSI专用的PRACH资源，适用于PRACH资源充足的场景。
1、连接态UE无需获取OSI，ODOSI流程仅涉及空闲态和非活动态UE；
2、ODOSI过程从20A版本后开始支持。
消息定义参见3GPP 38.331。
MIB（Master Information Block）主要作用是获取用户接入网络中的必要信息，具体包括：
|
IE |
Presence |
取值范围 |
含义说明 |
备注 |
|---|---|---|---|---|
|
systemFrameNumber |
M |
BIT STRING (SIZE (6)) |
系统帧号高6位 | |
|
subCarrierSpacingCommon |
M |
ENUMERATED {scs15or60, scs30or120} |
RMSI/MSG2/MSG4使用的子载波间隔，低频只能是15k或30k，高频只能是60k或120k | |
|
ssb-SubcarrierOffset |
M |
INTEGER (0..15) |
SS/PBCH RB边界和CRB边界之间的偏差 | |
|
dmrs-TypeA-Position |
M |
ENUMERATED {pos2, pos3} |
PDSCH DMRS 的符号位置 | |
|
pdcch-ConfigSIB1 |
M |
INTEGER (0..255) |
RMSI所在的初始BWP的时频域位置，带宽大小等信息 | |
|
cellBarred |
M |
ENUMERATED {barred, notBarred} |
小区是否禁止用户驻留 | |
|
intraFreqReselection |
M |
ENUMERATED {allowed, notAllowed} |
BAR小区后是否允许用户重选到同频邻区 |
关键信元解读：
systemFrameNumber
系统帧号，共10bit，低4bit直接编码PBCH payload中。
ssb-SubcarrierOffset
携带KSSB(参见38.213）信息，指示SSB相对于CRB（Common Resource Block）的频域偏移。示意如下：
pdcch-ConfigSIB1
指示RMSI所在的CORESET的时频域位置和周期，其中MSB（4bit）用于指示RMSI的CORESET时频域位置，LSB（4bit）用于指示CORSET的周期，该参数间接指示了初始BWP的相关信息。示意如下：
cellBarred
指示是否BAR小区，填写方法如下：
|
场景编号 |
场景描述 |
NSA小区 |
SA小区 |
NSA&SA小区 |
|---|---|---|---|---|
|
1 |
激活小区 |
Barred |
notBarred |
notBarred |
|
2 |
高优先级闭塞小区 |
- |
- |
- |
|
3 |
中低优先级闭塞小区 |
Barred |
Barred |
Barred |
|
4 |
解闭塞小区 |
Barred |
notBarred |
notBarred |
|
5 |
NG-C故障 |
Barred |
Barred |
Barred |
|
6 |
NG-C恢复 |
Barred |
notBarred |
notBarred |
消息定义参见3GPP 38.331。
SIB1消息定义参见38.331.6.2.2，具体包括：
|
IE |
Presence |
取值范围 |
含义说明 |
版本支持情况 |
|---|---|---|---|---|
|
cellSelectionInfo |
O |
小区选择信息 | ||
|
>q-RxLevMin |
O |
Q-RxLevMin |
19B |
|
|
>q-RxLevMinOffset |
O |
INTEGER (1..8) |
19B |
|
|
>q-RxLevMinSUL |
O |
Q-RxLevMin |
19B |
|
|
>q-QualMin |
O |
Q-RxLevMin |
暂不支持 |
|
|
>q-QualMinOffset |
O |
INTEGER (1..8) |
暂不支持 |
|
|
cellAccessRelatedInfo |
M |
CellAccessRelatedInfo |
小区接入相关信息 |
19B |
|
connectionEstablishmentFailureControl |
O |
ConnEstFailureControl |
19B |
|
|
si-SchedulingInfo |
O |
SI-SchedulingInfo |
SI调度信息 |
20A |
|
servingCellConfigCommon |
O |
ServingCellConfigCommonSIB |
19B |
|
|
ims-EmergencySupport |
O |
ENUMERATED {true} |
暂不支持 |
|
|
eCallOverIMS-Support |
O |
ENUMERATED {true} |
暂不支持 |
|
|
ue-TimersAndConstants |
O |
UE-TimersAndConstants |
19B |
|
|
uac-BarringInfo |
O |
20A |
||
|
lateNonCriticalExtension |
O |
OCTET STRING |
20A |
关键信元解读：
cellAccessRelatedInfo
小区接入相关信息，具体包括：
|
IE |
Presence |
取值范围 |
含义说明 |
版本支持情况 |
|---|---|---|---|---|
|
cellAccessRelatedInfo | ||||
|
>plmn-IdentityList |
M |
SEQUENCE (SIZE (1..maxPLMN)) OF PLMN-IdentityInfo |
小区服务的PLMN列表 |
19B |
|
>>PLMN-IdentityInfo |
19B |
|||
|
>>>plmn-IdentityList |
M |
SEQUENCE (SIZE (1..maxPLMN)) OF PLMN-Identity |
19B |
|
|
>>>trackingAreaCode |
O |
TrackingAreaCode |
如果该PLMN是SA组网模式，则携带；否则不携带。参见下文notes说明。 |
19B |
|
>>>ranac |
O |
RAN-AreaCode |
19B |
|
|
>>>cellIdentity |
M |
CellIdentity |
19B |
|
|
>cellReservedForOperatorUse |
M |
NA |
trackingAreaCode是可选信元，如果不携带，则表明该PLMN是NSA组网模式。38.331协议中相关描述如下：Indicates Tracking Area Code to which the cell indicated by cellIdentity field belongs. The presence of the field indicates that the cell supports at least standalone operation; the absence of the field indicates that the cell only supports EN-DC functionality.
si-SchedulingInfo
|
IE |
Presence |
取值范围 |
含义说明 |
版本支持情况 |
|---|---|---|---|---|
|
SI-SchedulingInfo | ||||
|
>schedulingInfoList |
M |
SEQUENCE (SIZE (1..maxSI-Message)) OF SchedulingInfo |
参见下文详细说明 |
19B |
|
>>SchedulingInfo | ||||
|
>>>si-BroadcastStatus |
M |
ENUMERATED {broadcasting, notBroadcasting} |
SI发送方式，通过MO gNBSibConfig和NRDUCell.SibConfigId进行配置 |
19B |
|
>>>si-Periodicity |
M |
ENUMERATED {rf8, rf16, rf32, rf64, rf128, rf256, rf512} |
SI发送周期，通过MO gNBSibConfig和NRDUCell.SibConfigId进行配置 |
19B |
|
>>>sib-MappingInfo |
M |
SIB-Mapping |
SIB到SI的映射 |
19B |
|
>si-WindowLength |
M |
ENUMERATED {s5, s10, s20, s40, s80, s160, s320, s640, s1280} |
SI-Window窗长 |
19B |
|
>si-RequestConfig |
O |
SI-RequestConfig |
ODOSI请求资源配置，参见"2.2.3 ODOSI过程" |
20A |
|
>si-RequestConfigSUL |
O |
SI-RequestConfig |
ODOSI请求资源配置，参见"2.2.3 ODOSI过程" |
20A |
|
>systemInformationAreaID |
O |
RAN-AreaCode |
暂不支持 |
该信元指明了各个SI的调度方式，其基本原理描述如下：
基站广播哪些SI消息，由SIB1::schedulingInfoList指定了，每个SI消息在该列表中的顺序以n表示（从1开始）。假如schedulingInfoList中指定了4个SI消息，则会有4个连续的SI窗口用于发送这4个SI消息，而n表明了SI消息在第几个SI窗口。
每个SI消息对应一个SI窗口，窗长由SIB1::si-WindowLength字段指定，其单位为slot；
每个SI消息的发送周期，由SIB1::si-Periodicity字段指定，其单位为无线帧；
每个SI消息装载哪些SIBx，由SIB1::SchedulingInfo::sib-MappingInfo字段指定。
对于某个SI消息，对应的SchedulingInfo信元在SIB1-> schedulingInfoList中对应的入口编号为n，可以确定整数x = (n – 1) * w，其中w是SI-window的长度；
对于某个SI消息，通过如下公式确定调度时域：SI-window无线帧需要满足SFN mod T = FLOOR(x/N)；SI-window起始slot #a需要满足a = x mod N；在其中T是关注的SI消息的周期，N是一个无线帧中的slot个数。
图1. SIB-SI映射及时域调度示例
servingCellConfigCommon
|
IE |
Presence |
取值范围 |
含义说明 |
版本支持情况 |
|---|---|---|---|---|
|
ServingCellConfigCommonSIB | ||||
|
>downlinkConfigCommon |
M |
DownlinkConfigCommonSIB |
下行公共参数配置，包括下行频点配置、初始下行BWP、BCCH和PCCH配置 |
19B |
|
>uplinkConfigCommon |
O |
UplinkConfigCommonSIB |
上行公共参数配置，包括上行频点配置、初始上行BWP和TA |
19B |
|
>supplementaryUplink |
O |
UplinkConfigCommonSIB |
SUL小区上行公共参数配置，包括上行频点配置、初始上行BWP和TA |
19B |
|
>n-TimingAdvanceOffset |
O |
ENUMERATED { n0, n25600, n39936 } |
19B |
|
|
>ssb-PositionsInBurst |
M |
19B |
||
|
>ssb-PeriodicityServingCell |
M |
ENUMERATED {ms5, ms10, ms20, ms40, ms80, ms160} |
SSB周期，通过MML配置 |
19B |
|
>tdd-UL-DL-ConfigurationCommon |
O |
TDD-UL-DL-ConfigCommon |
19B |
|
|
>ss-PBCH-BlockPower |
O |
INTEGER (-60..50) |
19B |
|
uac-BarringInfo
gNB基于MO NRDUCELLUACBAR配置信息广播UAC，UE根据UAC信息进行access bar check(详见38331第5.3.14.5节Access barring check部分)
如果UE发现SIB1中没有UAC信息，则认为接入不受控制，所有的业务都可以发起接入。
消息定义参见3GPP 38.331。
其他SIB简称OSI（Other SIBs，除SIB1之外的其他SIB），包括除MSI之外的所有内容，具体包括：
SIB2,3,4: cell reselection相关参数；
SIB5: inter-RAT cell re-selection (E-UTRA)；
SIB6: ETWS primary notification
SIB7: ETWS secondary notification
SIB8: CMAS notification
SIB9: GPS time and UTC
OSI既可通过周期广播方式下发，也可通过订阅方式下发，具体哪种方式由SIB1指示。本章给出OSI周期广播机制的信令流程设计，特征如下：
通过DL-SCH信道发送；
OSI被封装成SI消息，在对应的SI窗口内下发，示意图如下：
通信双方要实现相互通信，最重要的先决条件是建立通信双方之间的时间同步，对于NR也是如此。NR下行同步 (Transmitter = gNB, Reciever = UE)通过广播同步信号实现，NR上行同步（Transmitter = UE, Reciever = gNB）则是通过随机接入过程实现的。
随机接入简称RA（Random Access），是UE和网络之间建立无线链路的必经过程。随机接入可以实现两个基本的功能：
实现UE与gNB之间的上行同步（TA）
gNB为UE分配上行资源（UL_GRANT）
随机接入（MSG1方式）还可实现订阅OSI的功能。
RA是UE接入网络和建立业务承载的重要环节，是5G网络的基础功能。
根据业务场景不同，随机接入可以分为基于竞争的随机接入（Contention based random access procedure）和基于非竞争的随机接入（Non-Contention based random access procedure）。
基于竞争的随机接入：由UE自行选择Preamble进行接入，因此不同的UE之间可能存在冲突，需要通过竞争解决。
UE in RRC_IDLE/RRC_INACTIVE：总是使用基于竞争的方式进行初始接入，因为此时网络侧和UE还没有RRC信令连接， UE只能基于SIB1广播的RACH配置选择Preamble，所以只能是竞争方式。
UE in RRC_CONNECTED： gNB无法通过RRC信令或者PDCCH ORDER方式给UE分配专用Preamble时，采用竞争方式接入。
基于非竞争的随机接入：特定的RACH/PRACH资源被保留起来，在某一个时刻分配给某个UE专用。
对于非竞争方式，一定是UE和gNB已经有了RRC连接了，gNB可以通过RRC信令或者PDCCH ORDER方式给UE分配专用Preamble时，才可以采用非竞争方式接入。
RA流程由PDCCH order、UE MAC层、UE PHY层波束恢复指示或RRC事件触发，参考3GPP TS 38.321.5和3GPP TS 38.300.9.2.6，具体包括以下场景：
The random access procedure is triggered by a number of events, for instance:
- Initial access from RRC_IDLE;
- RRC Connection Re-establishment procedure;
- Handover;
- DL or UL data arrival during RRC_CONNECTED when UL synchronisation status is "non-synchronised";
- Transition from RRC_INACTIVE;
- Request for Other SI;
- Beam failure recovery.
表1.随机接入的场景和竞争机制
|
序号 |
触发场景 |
场景描述 |
竞争机制 |
触发主体 |
版本规划 |
|---|---|---|---|---|---|
|
1 |
初始RRC连接建立 |
当UE从空闲态转到连接态时，UE会发起RA。 |
基于竞争的RA |
UE |
19B支持 |
|
2 |
RRC连接重建 |
当无线链路失步后，UE需要重新建立RRC连接时，UE会发起RA。 |
基于竞争的RA |
UE |
19B支持 |
|
3 |
RRC_INACTIVE态用户状态迁移 |
当UE从RRC_INACTIVE态转到连接态时，UE会发起RA。 |
基于竞争的RA |
UE |
19B支持 |
|
4 |
切换（包括SA和NSA的DC） |
当UE进行切换时，UE会在目标小区发起RA。 |
基于非竞争的RA，但是在： 1.gNB专用前导用完时或者未获取SSB测量结果时，会使用基于竞争的RA；或 2.gNB给UE分配的专用Preamble所在的波束不满足UE最低接入信号门限时，UE会回退到基于竞争的RA |
gNB RRC信令 |
19B支持 |
|
5 |
上行失步态UE下行数据到达 |
当gNB检测到UE处于上行失步态且下行数据需要传输时，指示UE发起RA。 |
基于非竞争的RA，但是在gNB专用前导用完时，会使用基于竞争的RA。 |
gNB PDCCH order |
19B支持 |
|
6 |
上行失步态UE上行数据到达 |
当UE处于上行失步态且有上行数据需要传输时，UE将发起RA。 |
基于竞争的RA |
UE |
19B支持 |
|
7 |
订阅ODOSI |
订阅ODOSI |
MSG1方式：基于非竞争的RA MSG3方式：基于竞争的RA |
UE |
19B支持 |
|
8 |
波束失败恢复 |
UE物理层检测到波束失败恢复 |
基于非竞争的RA，但是在gNB专用前导用完时，会使用基于竞争的RA。 |
UE |
协议不完善，19B暂不支持 |
原理说明
基于竞争的RA过程中，接入的结果具有随机性，并不能保证100%成功；接入前导由UE选择，不同UE产生前导可能冲突，gNB需要通过竞争机制解决不同UE的接入。竞争冲突过程示意图如下：
信令过程
基于竞争的随机接入过程，消息交互过程如下图所示：
UE --> NW : PRACH Preamble (RA-RNTI, indication for L2/L3 message size)
UE <-- NW : Random Access Response (Timing Advance, T_C-RNTI, UL grant for L2/L3 message)
UE --> NW : L2/L3 message
UE <-- NW : Message for contention resolution
场景说明
原理说明
在基于非竞争的RA过程中，gNB为UE分配专用的RACH（Random Access Channel）资源进行接入，但当专用的RACH资源不足时，gNB会指示UE发起基于竞争的RA。
信令过程
UE <--NW : RACH Preamble (PRACH) Assignment
UE --> NW : RACH Preamble (RA-RNTI, indication for L2/L3 message size)
UE <--NW : Random Access Response (Timing Advance, C-RNTI, UL grant for L2/L3 message)
场景说明
参考3GPP 38.300，UE的RRC状态区分为如下三种：
RRC空闲态
RRC连接态
RRC非活动态
处于空闲态的UE需要发起业务(语音业务或数据业务)时，第一步就是发起RRC建立请求，触发空闲态到连接态的状态迁移过程，这个过程就是RRC建立过程。
RRC连接建立过程就是建立SRB1的过程。
UE-->NW：UE发起竞争性随机接入；
UE<--NW：gNB回复MSG2（RAR）；
UE-->NW：UE向gNB发送RRCSetupRequest消息，携带UE的InitialUE-Identity和EstablishmentCause，请求建立RRC连接，该消息对应于随机接入过程的Msg3；
UE<--NW：gNB为UE分配并建立SRB1承载，并向UE发送RRCSetup消息；
UE-->NW：UE向gNB发送RRCSetupComplete消息，RRC连接建立成功；
----结束
RRC建立过程由UE触发，RRC连接建立成后，gNB侧和UE侧分别完成SRB1承载(PDCP/RLC)、MAC和L1的对等协议实体的建立。双方建立的对等协议实体和消息交互过程如下图所示：
gNB由于资源受限无法接纳本次RRC请求时，通过CCCH在SRB0上给UE回复RRC拒绝消息，消息中携带waitTime，该时间窗内禁止UE重新接入；
UE收到RRC拒绝消息后，停止T300定时器，复位MAC并释放MAC配置，通知上层RRC连接建立失败；然后按照RRC拒绝消息中携带waitTime启动T302定时器。T302定时器运行期间禁止发起新的RRC建立请求，超时后可以发起。
RRC重发处理过程，主要围绕UE侧运行的两个关键定时器进行：
竞争解决定时器（ra-ContentionResolutionTimer）
T300
竞争解决定时器：
该定时器时长由gNB通过SIB1广播，时长64ms，不可配置
该定时器由UE使用：
当UE发送RRCSetupRequest消息后在ContentionResolutionTimer时长内没收到 RRCSetup消息，则重新发起一次RRCRequest消息UE侧竞争
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启动 |
停止 |
超时处理 |
|---|---|---|
|
UE初始传递或者重传RRCSetupRequest后 |
UE收到RRCSetupRequest的HARQ ACK反馈或者RRCSetup/RRCReject |
重新进行随机接入 |
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