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

5G基础信令_第1张图片

5G基础信令_第2张图片

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

四、RRC状态

eLTE与NR的Inactive之间不能直接状态转换,需要回到idle

5G基础信令_第3张图片

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)

5G基础信令_第4张图片

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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