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5G初始接入信令流程介绍(SA与NSA)

 小狮子002 2020-05-07

一、小区搜索

小区搜索是UE实现与gNodeB下行时频同步并获取服务小区ID的过程,小区搜索分以下几个步骤:

  • 第一步:UE解调主同步信号(PSS,和LTE一样是3个),实现符号同步,并获取小区组内ID;
  • 第二步:UE解调次同步信号(SSS, 5G的SSS有336个 ),获取小区组ID,结合小区组内ID,最终获得小区的PCI(5G的PCI
  • 有1008个)
  • 第三步:解调PBCH的MIB消息,获取波束ID,以及半帧指示信息,完成下行帧同步

NSA组网下,RMSI中的内容通过RRC信令(由LTE发送)在UE开始接入NR前发送给UE直接读取SSB的中心频点

二、上行同步
触发RA的事件有如下几类:
  • Case 1:初始RRC连接建立(竞争)
  • Case 2:RRC连接重建(竞争)
  • Case 3:切换(竞争or非竞争)
  • Case 4:失步状态下行数据到达(竞争or非竞争)
  • Case 5:失步状态上行数据到达(竞争)
  • Case 6:NSA接入。UE在LTE小区接入后,添加NR小区时,在NR发起RA(非竞争)
  • Case 7:基于RA请求SI (系统消息) 。UE需要请求特定SI时会发起RA(非竞争)
  • Case 8:UE从RRC_INACTIVE到RRC_CONNECTED状态(竞争or非竞争)
  • Case 9:波束恢复。当UE PHY层检测到波束失步时,会通知UE MAC发起RA(非竞争)

NR中的随机接入流程与LTE的基本相同,UE侦听系统消息获取本小区PRACH信道配置并向gNB发送Preamble,gNB下发RAR,冲突的UE都可能会受到,并在ULGrant指示的时机向gNB发送Msg3,并携带UE标示。gNB下发MSG4,包含竞争解决MCE,指示竞争成功的UE标示

三、SA初始接入信令流程
SA初始接入信令流程包括RRC连接流程、上下文建立流程、PDU会话流程。

RRC连接流程包括UE和gNodeB之间的RRC连接建立、重配、释放、重建过程,以及上行失步管理、UE不活动性管理。有关RRC连接管理的详细描述,见下方信令流程

上下文监理流程在RRC连接建立完成后,gNodeB向5GC发送INITIAL UE MESSAGE,触发NG-C连接建立并接收UE上下文。上下文管理过程包括UE上下文建立、修改和释放过程。

PDU会话是指UE与数据网络之间的数据连接。一个PDU会话包括若干个QoS流。PDU会话管理是指gNodeB按照QoS要求,为QoS流建立、修改和释放无线数据承载和NG-U传输隧道的过程。


1. UE向gNodeB发送RRCSetupRequest消息(在初始的RA中,Msg3传输的是RRCSetupRequest消息),RRCSetupRequest消息携带RRC建立原因和UE标识。
2. gNodeB为UE建立上下文并进行SRB1资源的准入和资源分配。而后向UE回复RRCSetup消息,消息中携带SRB1资源配置的详细信息。
3. UE根据RRCSetup消息指示的SRB1资源信息,进行无线资源配置,然后发送RRCSetupComplete消息给gNodeB,消息中携带selectedPLMN-Identity、registeredAMF、snssai-list和NAS,RRC连接建立完成。
4. gNodeB为UE分配专用的RAN-UE-NGAP-ID,gNodeB根据selectedPLMNIdentity、registeredAMF、s-nssai-list选择AMF节点,然后将RRCSetupComplete消息中携带的NAS通过INITIAL UE MESSAGE发送给AMF,触发NG-C连接建立
5. gNodeB透传UE和AMF之间的NAS直传消息,完成IDENTITY查询、鉴权、NAS安全模式和注册过程等。
6. AMF向gNodeB发送INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息,启动初始上下文建立过程。
7. gNodeB向UE发送SecurityModeCommand消息,通知UE启动完整性保护和加密过程。此后,启动下行加密。
8. UE根据SecurityModeCommand消息指示的完整性保护和加密算法,派生出密钥,然后向gNodeB回复SecurityModeComplete消息。此后,启动上行加密。
9. gNodeB向UE发送UECapabilityEnquiry消息,发起UE能力查询过程。
10. UE向gNodeB回复UECapabilityInformation消息,携带UE能力信息。
11. gNodeB向AMF发送UE RADIO CAPABILITY INFO INDICATION消息,透传UE能力。
12. gNodeB向UE下发RRCReconfiguration消息,指示建立SRB2和DRB。
在专用NG-C连接建立过程中的加密与完整性保护执行完之后,gNodeB向UE发送携带srb-ToAddModList信元的RRCReconfiguration消息,指示UE建立SRB2和DRB。
13. UE收到RRCReconfiguration消息后,开始建立SRB2和DRB。SRB2和DRB建立成功后,UE向gNodeB回复RRCReconfigurationComplete消息。
14. gNodeB向AMF回复INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE消息。

15. AMF向gNodeB发送PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST消息。消息中携带了需要建立的PDU会话列表、每个PDU会话的QoS Flow列表、以及每个QoSFlow的质量属性等。

16. gNodeB根据QoS Flow的质量属性和MML界面配置的策略,将QoS Flow映射到

DRB,向UE发送RRCReconfiguration消息,发起DRB建立请求。

17. RRCReconfiguration消息中包含了drb-ToAddModList,UE根据消息指示建立,UE完成DRB建立后,向gNodeB回复RRCReconfigurationComplete消息。

18. gNodeB向AMF发送PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE消息,PDU会话建立成功。


四、NSA初始接入信令流程
1.步骤1-10为LTE的初始接入流程和原来LTE初始接入流程无差别,不做详细描述。其中关键信令后期5G测试关键信令为ueCapabilityInformation终端能力信息
2.步骤11 成功接入LTE后,4G基站会通过RRX连接重配置下发NR的测量控制:包括测量事件B1及相关门限,NR的绝对频点号等。
3.步骤12 UE回复RRC连接重配置完成,表示UE按照eNodeB下发的测量控制在UE的RRC协议端进行测量配置,并向eNodeB发送RRC Connection Reconfigration Complete消息表示测量配置完成。
3.步骤13 UE启动测量,当发现满足条件的NR小区后,通过测量上报上报NR小区的PCI及RSRP。
4.步骤14MeNB收到B1测量报告后,触发SgNB Addition流程,将B1测量报告中的NR小区添加到SgNBAddition Request消息中发送给SgNB,由SgNB选择报告中RSRP最强NR小区,请求消息中携带分流承载模式(MCG Split Bearer or SCG Split Bearer),E-RAB信息等;此外MeNB在SCG-ConfigInfo中包含MCG配置(DRB配置、小区配置、SCG承载的加密算法等)、UE能力。
5.步骤15当SgNB判断准入完成并分配资源后,向MeNB返回SgNB Addition Request Acknowledge响应消息。
6.步骤16 MeNB向UE发送RRC Connection Reconfiguration消息,包括NR RRC配置消息,配置要添加辅小区的PCI、频点等信息。
7、步骤17 UE接收到RRC重配置消息后完成重配置,并向MeNB反馈RRC Connection Reconfiguration Complete消息,包括NRRRC响应消息。
8、步骤18  MeNB通过向SgNB发送SgNB Reconfiguration Complete消息, 向SgNB确认UE已完成重配流程,消息中NR RRC响应消息。
9、步骤19  UE执行到SgNB PSCell的同步,发起向SgNB的随机接入流程。
10、步骤20对于承载类型变更场景,为减少当前服务中断时间,需要进行MeNB和SgNB间的数据转发。
11、步骤22-24对于SCG Split Bearer分流模式,执行SgNB和EPC之间的用户面路径更新。即通过E-RAB Modification Indication指示核心网将E-RAB的S1-U接口接到SgNB。

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