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