5G基础信令

一、4/5G高层协议规范框架对比

4G	5G
36.300：LTE整体	38.300：NR整体
36.401：E-URTAN整体架构	38.401：NG-RAN整体架构
36.321：LTE MAC	38.321：NR MAC
36.322：LTE RLC	38.322：NR RLC
36.323：LTE PDCP	38.323：NR PDCP
36.331：LTE RRC	36.331：NR RRC

37.340：MR多连接

37.324：SDAP

38.470：F1整体1

38.471：F1层1

38.472：F1信令传输

38.473：F1-AP

38.474：F1数据传输

38.475：F1用户面协议

4G	5G
36.410：S1整体	38.410：NG整体
36.411：S1层1	38.411：NG层1
36.412：S1信令传输	38.412：NG信令传输
36.413：S1-AP	38.413：NG-AP
36.414：S1数据传输	38.414：NG数据传输
36.420：X2整体	38.420：Xn整体
36.421：X2层1	38.412：Xn层1
36.422：X2信令传输	38.422：Xn信令传输
36.423：X2-AP	38.423：Xn-AP
36.424：X2数据传输	38.424：Xn数据传输
36.425：X2用户面协议	38.425：Xn用户面协议
23.401：架构和流程	23.501：5G系统总体架构及功能
	23.502：5G系统基本流程

38.463：E1-AP

TR38.913：5G需求

TR38.801：网络结构

TR38.804：空口协议

二、新UE状态特点

去激活可以快速恢复链路传输数据

inactive三大特点：

a）Uu连接断开，NG连接保持，UE/gNB/AMF保留UE content，可以10ms进入连接态

b）RAN notification area （cell list；RAN list；TA list）

c）RAN initiated paging

三、UE RRC状态

NR引入新状态 RRC_INACTIVE

a）UE快速转换到RRC连接态，满足5G控制面时延要求

b）终端节能

	RRC_CONNECTED	RRC_IDLE	RRC_INACTIVE
PLMN选择		是
接收系统广播消息		是	是
UE移动性-小区选择和重选		是	是
UE移动性-小区切换	是
接收5GC发起的寻呼		是	是
接收基站发起的寻呼			是
5C控制的寻呼区域		是
NG-RAN控制的寻呼区域			是
基站保留UE上下文	是		是
5GC-NG-RAN链路建立	是		是
UE发送/接收单播数据	是

四、RRC状态

eLTE与NR的Inactive之间不能直接状态转换，需要回到idle

五、Connection Control概述

1）RRC Setup：连接建立，或未找到上下文时连接新建

2）RRC Release：Connected ==》IDLE，Inactive ==》IDLE

3）RRC Release with Suspend config：Connected / Inactive ==》 Inactive

4）RRC Resume：Inactive ==》 Connected 或 RNAU（RAN Notification Area Update）

5）RRC Reject：RLF后恢复连接

6）Unified Access Control：统一的接入控制

六、RRC连接建立请求消息

1）建立SRB1

2）传输初始NAS消息

3）UE发起resume请求或re_establish请求，网络侧未能取得或验证UE上下文时

RRCSetupRequested消息相关流程：

a）在request消息中携带UE id，40bit随机数或UE注册TA区时网络分配的5G-S-TMSI

b）根据NAS指示，填写establishmentCause

c）UE启动T300，将RRCSetupRequest消息传给底层后，然后继续做测量和小区重选

d）如果在收到Setup消息前发生了小区重选或T300超时：重置MAC，重建RLC，通知NAS层RRC连接建立失败

UE收到RRCSetup消息后：

a）如果是回应resumeRequest或reestablishRequest，UE删除储存的AS上下文和AI-RNTI；告知NAS层fallback到连接建立；

b）进入RRC_CONNECTED，停止小区重选

c）如果NAS层提供了多个S-NSSAI，填到s-nssai-list

d）发送RRCSetupComplete

UE收到RRC Reject后：

a）停止T300、T319

b）重置MAC、释放MAC配置

c）启动T302，设成waitTime

d）通知NAS层RRC连接建立failure，期间bar掉所有请求

七、Unified Access Control

NR设计统一接入控制，用于所有UE状态、所有业务

接入控制的目的是缓解网络拥塞

1）LTE接入控制不足：

a）业务不统一

b）状态不统一，仅能工作在空闲态，连接态就发起业务不受控

2）NR设计统一接入控制机制

a）支持所有业务

b）支持所有状态，空闲态、去激活态、连接态的终端都要执行接入控制

3）UAC的目的：判决UE是否可以发起某个接入请求，该接入请求与1个接入类别（Access Category）和1个或多个接入ID（Access Identify）相关联

表1 Access Category

接入类别号	UE相关状态	接入请求类别
0	所有	由寻呼导致的UE发起的信令
1	UE配置了可以容忍时延的业务	所有，除了紧急呼叫
2	所有	紧急呼叫
3	所有，除了接入类别1的状态	除了寻呼以外导致的UE发起信令
4	所有，除了接入类别1的状态	MMTEL语音
5	所有，除了接入类别1的状态	MMTEL视频
6	所有，除了接入类别1的状态	SMS
7	所有，除了接入类别1的状态	不属于其他接入类别的UE发起的数据
8-31		预留
32-63	所有	运营商自定义

表2 Access Identities

接入ID号	UE配置
0	UE没有配置任何本表格内的参数
1	UE配置了多媒体优先服务（Multimedia Priority Service，MPS）
2	UE配置了关键数据服务（Mission Critical Service，MCS）
3-10	预留
11-15	UE配置了Access Class 11-15

4）UAC机制

a）每个PLMN有一套独立的接入控制参数，均在SIB1中广播

b）UE根据NAS选择的PLMN，采用与PLMN对应的接入控制参数

5）降低接入控制相关参数对系统消息的开销

a）5G接入控制参数的广播采用基于阻拦参数集（Barring Configuration Parameters Sets）

每个阻拦参数代表一种阻拦因子与阻拦时间的组合

网络可以配置最多8个阻拦参数集，每个PLMN的每个接入类别用3bit指示采用哪个阻拦参数集作为阻拦参数

b）NAS向RRC发送接入请求时，会附带1个或多个Access Identify和1个Access Category。每个Access Category指示阻拦因子（Barring Factor）与阻拦时间（Barring Time）

每个Access ID用1bit阻拦参数指示是否被阻拦

只要有一个Access Identify对应的阻拦参数指示为”0“，则允许接入。如果指示为”1“，则还需要再做基于Access Category的阻拦判决。

八、系统消息整体结构

系统消息分为最小系统信息（Minimum SI）和其它系统信息（other SI）两部分：

1、最小系统消息周期性广播，包括MIB和SIB1，是最基本的信息

a）主系统信息块（MIB）总数通过BCH信道以80ms为周期发送，在80ms内重复发送多次

b）SIB1通过DL-SCH信道周期发送，修改周期为160ms，在修改周期内可重复多次（默认重复周期20ms）

2、其它系统消息包括所有没有在最小系统信息中广播的系统消息，可以广播下发（idle/inactive）、也可以通过RRC专用信令下发（connected），可以周期广播、也可以基于UE请求下发（即on demand发送方式）

3、SIB

SIB type	内容
SIB2	小区重选公共信息：同频、异频、异系统
SIB3	只包括同频小区重选的相关信息。这个IE包括cell specific小区重选参数，以及黑名单小区列表
SIB4	只包括异频小区重选的相关信息。包括NR频率，以及异频邻小区向信息。这个IE包括对于一个频点的公共信息、以及cell specific的参数
SIB5	只包括异系统小区重选相关信息，包括E-UTRA频率、以及E-UTRA邻小区相关信息。这个IE包括某个频点上所有小区公共的小区重选参数
SIB6	ETWS主通知
SIB7	ETWS辅通知
SIB8	CMAS通知
SIB9	GPS时间和UTC相关信息。UE用这些参数获取UTC/GPS/本地时间

4、MIB

序号	功能	参数名称	说明
1	帧定时	SFN（6bit）	6MSB，其余4LSB通过PBCH扰码获得终端根据SFN确定系统帧界
2	小区禁止功能	cellbarred（1bit）	指示UE能否驻留在这个小区，适用于所有场景，如NSA/拥塞控制，对所有PLMN都适用
		intraFreqReselection（1bit）	当小区被禁止时，指示是否更改小区所处频点的所有小区都不可以选择
3	RMSI调度	subCarrierSpacingCommon（1bit）	适用于SIB1、初始接入的MSG2 AND 4、以及SImessages的子载波间隔。 小于6GHz时，可以使用15/30KHz 大于6GHz时，可以使用60/120KHz
		pdchConfigSIB1（8bit）	指示RMSI的控制信道资源集合的时频资源位置、周期等
4	SSB和RMSI PRB的RE偏移	ssb-snbcarrieroffset（4bit）	指示SS/PBCH block与RMSI PRB之间RE级别的偏移值
5	DMRS位置	dnrs-typeA-Position（1bit）	指示数据信道的前置DMRS（typeA）的起始符号位置，为一个时隙的第三个符号或者第四个符号
6	预留	spare 11bit	为后续演进（RAN2）

 

如果不能获得Essential system information（MIB 和 SIB1），那么UE认为这个小区被barred

5、一个同步信号块由PSS/SSS和PBCH组成，带宽为20个PRB，占用4个OFDM符号

NR中的PBCH内容可以划分为两部分：

1）在80ms内不变的内容，由高层提供内容

2）在80ms内改变的内容，由物理层生成（8bits），这部分内容包括：

a）如果Lssb=64：SS/PBCH block序号的3bits MSB。否在1bit Kssb MSB，其余2bits预留

b）1bit系统半帧指示

c）系统帧号的4bits最低位比特（LSB）

Kssb：sync raster与channel raster之间的RE级别偏移

Lssb：半帧中SS/PBCH数量

PBCH的生成：

a）加扰：扰码序列由小区ID以及倒数第二、第三位SFN确定

b）CRC校验

c）编码

d）速率匹配

6、SIB1

序号	功能	参数名称	说明
1	小区选择参数	cellSelectionInfo	包括q-RxlevMin、q-RelevMinoffset、q-RxlevMinSUL、q-QualMin、q-QualMinOffset
2	小区接入相关信息	cellAccessRelateInfo	PLMN-IdentifyList、RANNotificationAreaCode、reservedForFutareUse
3	连接建立失败控制	ConnEstFailConfig	其中connEstFailCount指示UE启动connEstFailOffSet前，在同一个小区T300超时的次数；connEstFailOffSetVatlidity指示UE应用connEstFailOffSet的时长
4	SI调度信息	si-SchedulingInfo	SI调度信息（SI周期、mgsping、是否在广播、valueTay） SI window长度 SI请求配置信息与RACH preamble和RO Occasion之间对应关系 SIAID
5	服务小区公共配置	servingCellConfig-CommonSIB
6	UE timer AND constants	ue-TimersANDConstants	包括T300、T301、T310、T311、N310、N311
7	是否支持ims-EmergencySupport	ims-EmergencySupport
8	是否支持elallOverIMS-Support	elallOverIMS-Support
9	接入控制参数	uac-BarringInfo	其中uac-BarringForCommon指示了适用于所有接入控制类别的参数 uac-BarringPerPLMN-List指示了对于不同接入类别不同PLMN的不同参数 uac-BarringInfoSetList指示接入控制参数集

 

九、按需系统信息请求-MSG1 AND MSG3 based

1、MSG1 based SI request

a）使用特定的RAP和RO请求相应的SI message，最小请求粒度是SI message

b）UE通过RA-RNTI接收MSG2（仅包括RAPID）

c）Power ramp ing、及BI indicator与RACH相同

d）RACH失败后何时再发起SI request取决于UE实现

2、MSG3 based SI request

a）为SI请求定义了一个新的RRC消息：RRCSystemInfoRequest

b）通过SRBD发送，不会携带UE_ID

c）MSG4携带包括MSG3内容的MAC CE，即表示收到网络对SI request的确认

3、UE怎么知道使用MSG1还是MSG3请求

Other SI广播方式可以分为周期广播、基于MSG1的按需请求、基于MSG3的按需请求：

a）一直周期广播的SI消息：si-BroadcastStatus = broadcast（该SI正在广播）

b）UE请求后，网络在一段时间内临时广播的SI消息：si-BroadcastStatus = broadcast

c）需要On demand（按需）请求的SI消息：si-BroadcastStatus = ondemand

如果网络在SIB1中配置了请求该SI message所需的SI请求资源（si-Request-Config），那么UE使用MSG1方案进行系统信息请求

如果网络未配置请求该SI message所需的SI请求资源（si-Request-Config），那么UE使用MSG3方案进行系统信息请求

十、Area specific SI

相近小区会有部分系统消息相同，终端根据area id + value tag判断是否可以重用SI

1、某SIB（不包括SIB1）可以为cell/area specific，即该SIB可以在一个区域内重用，UE在该区域内移动时发现该SIB的value Tag没变，则无需再次读取该SIB

2、一个小区只能属于一个SIA（System Information Area），所属SIAID适用于该小区内的所有area specific SIB

3、SIA由多个小区构成，在PLMN内唯一

4、valueTag per SIB（5bits）

5、要求UE有一定的存储能力，但具体如何存储以及存储多长时间，取决于UE实现

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