NR connected mode 测量的一些事情

这篇是connected mode测量学习笔记，其实一开始对于NR测量这块并不是特别清楚，所以就整理了下相关内容，因而这篇主要被我用来理清一些概念，是个人感觉比较重要内容的集合体，没有那么深入，但是感觉恰到好处，相关spec主要涉及38.300/38.331/38.321/38.133等。NR connected测量主要有4种类型：intra-freq NR测量、inter-freq NR测量、inter RAT eutran测量和Inter RAT utran测量，也是主要和NR的mobility有关。

 在HO过程,R15 MobilityFromNRCommand中仅仅支持NR 到LTE的切换，但是R16支持了rat utra-fdd，因而相比与R15版本多了utran的测量。下面会按照measurement的配置结构， Measurement Model， Intra-frequency和inter-frequency neighbour (cell) measurements的定义，measurement gap和SMTC的顺序展开看下相关内容。

1 measurement的配置结构

 测量相关的参数主要是measurement objects，reporting configurations， measurement identity。对于每种measurement type，可以定义一个或多个measObject，measobject的定义包含UE要monitor的carrier freq等信息。对于每个measObject，可以定义一个或多个reporting configuration，会包含reporting criteria；例如eventTriggered或者periodical 等等。最后measobject和reporting configurations 的关联由meas Id 完成；通过使用多个meas Id可以将多个reporting configurations关联到一个measobject；也可以将一个reporting configuration关联到多个measobject。

 在report MR 时会包含meas id；每个RAT会单独考虑measuerment quantities；NG-RAN会使用相应的measurement command来要求UE start、modify或stop测量；测量就可能涉及HO，具体HO可以在相同的RAT/CN 内执行，也可以涉及 RAT的改变或者CN的改变。

 Measurement reports具有以下特点：

(1)MR包括触发报告的相关measurement configured的measurement identity；

(2)MR中包含有网络侧配置的cell和beam measurement quantities；

(3)上报的non-serving cells数量可以通过网络配置进行限制；

(4)在配置measobject的时候，可能会配置一些white cell 或black cell，这时候属于网络配置的blacklist的小区不用于事件评估和上报，反之当网络配置whitelist时，只有属于白名单的小区用于事件评估和上报(如上图中的black(white)CellsToAddModList等配置)；

(5)需要包含在测量报告中的beam测量是由网络配置的，配置要求可以是仅包含beam identifier或者包含测量结果和beam identifier，亦或不需要beam reporting。

 网络侧配置测量信息时会配置measObjectId指定object(NR/EUTRA/UTRA-FDD)，reportConfigId指定measurement event，最后通过measId将measObjectId和reportConfigId进行绑定，UE收到测量配置后，会根据情况进行测量，满足上报要求后通过measurementReport进行上报，其中会包含measId 及具体的小区的测量结果；实际问题中难免要查看MR 类型，比如Event type，MTK的log工具在UE上报MR时，就直接显示event 类型，不用查看RRCReconfig 消息一步步确认，比较便捷；而在高通的log工具确定UE上报measurement report具体是什么内容时，就需要按照协议中的规定，一步步的查看RRCReconfig 确认过reportConfigId之后，才能确定上报MR的类型。例如上图MR中包含measId 1时，说明上报的就是Event A3。38.331 中MR的结构如下。

 实际中可能经常关注的就是eventTriggered的测量，event这块还是比较好理解的，UE上报不同的Event，网络侧根据UE上报的Event就下发不同的配置给UE，例如Event B 通常用于inter rat HO，Event A3/4 可能会导致UE 切换到邻区等等，下面是各种Event的罗列，具体内容可以查看38.331 5.5.4章节，是比较容易理解的内容。

Event A1 (Serving becomes better than threshold)

Event A2 (Serving becomes worse than threshold)

Event A3 (Neighbour becomes offset better than SpCell)

Event A4 (Neighbour becomes better than threshold)

Event A5 (SpCell becomes worse than threshold1 and neighbour becomes better than threshold2)

Event A6 (Neighbour becomes offset better than SCell)

Event B1 (Inter RAT neighbour becomes better than threshold)

Event B2 (PCell becomes worse than threshold1 and inter RAT neighbour becomes better than threshold2)

Event I1 (Interference becomes higher than threshold)

Event C1 (The NR sidelink channel busy ratio is above a threshold)

Event C2 (The NR sidelink channel busy ratio is below a threshold)

2 s-MeasureConfig

 在配置测量时，s-MeasureConfig比较关键，其对应的是UE是否应该对non-serving cells进行测量的门限，可以配置成ssb-RSRP或csi-RSRP；适用于reportType关联的reportConfig 为periodical，eventTriggered 或condTriggerConfig的情况；如果不配置s-MeasureConfig 时，就直接开始non-serving cells的测量；有配置s-MeasureConfig，UE就要根据驻留NR SpCell RSRP与配置的门限进行比较，只有低于配置的ssb-RSRP或csi-RSRP 时，UE才要进行non-serving cells的测量，详情如下图。

 MR相关的配置基本就如上面那样，主要是RRC层配置参数，那具体measurement如何进行，38.300中的一张图可以很好的说明这个过程，如下。

3 Measurement Model

 RRC connected mode ，UE会测量一个小区的多个beam(至少一个)，测量结果(功率值)会取平均值以得出小区质量，这时候网络侧就会给UE配置 detected beams的subset以便进行测量。测量需要进行filtering ，而这个过程主要在两个不同的levels进行：首先在物理层获取beam quality，然后在 RRC 层从多个beam的测量中获取最终的cell quality。对于服务小区和非服务小区，也都是按照相同的方式从beam 测量中导出 cell quality。如果网络侧有对应的配置时(例如通过maxNrofRS-IndexesToReport X)，UE还要在measurement report中包含 X个最佳beam的测量结果。

 测量要满足的一些要求在38.133中阐述，这个就略过，上面就是38.300中的那张测量相关的流程图，从左侧开始看：

K 个 beams 对应 gNB 为 RRC mobility配置的参数，由UE在L1检测到的 SSB 或 CSI-RS 资源上进行测量，A点对应的是物理层针对beam特定样本的测量结果；之后UE会对A 点输入的测量进行Layer 1 filtering，这个部分是厂家私有算法，spec没有规定，L1 filtering过程主要是对beams的测量进行一个取平均值的过程；A1 对应的就是L1 filtering后向L3 report的测量结果。

先看上分支Beam Consolidation/Selection ，这里UE会将beam特定测量合并推导出cell quality，这部分在38.331测量部分是有具体规定的，主要取决于RRC层参数的配置，同时B点对应的cell quality 的报告period等于A1的一个测量period；之后B点的测量需要经过Layer 3 filtering，L3 filtering 的行为也是标准化的，L3 filtering的配置由 RRC 信令提供，这里对应38.331 5.5.3.2章节，同时 C 处的过滤报告period等于 B 处的一个测量period，C点对应的就是L3 filtering处理后的测量值，这个L3 filtering过程不会给B和C之间的可用的样本带来延迟。此时 C点report rate与B点的report rate相同，最后UE就可以把测量值用于Measuremrnt report criteria过程。

经过Evaluation of reporting criteria(配置的MR event等参数，对应38.331 5.5.4)后，UE需要在D点检查是否需要发送MR，评估可以基于参考点 C 的多个测量流程。例如此时进行的是Event A3 Neighbour becomes offset better than SpCell，这时候C可以对应Spcell的测量结果，C1对应neighbour cell的测量结果，然后UE对新的测量结果进行评估。在D点经过评估后，就需要发送实际MR。

如果MR中要包含SSB相关的meas result时，需要走下分支，同样要经过L3 Beam filtering， 对 A1 点提供的测量值（即specific beam meas valye）执行过滤。L3 beam filtering 是有协议规定的，具体在38.331 5.5.3.3.a，E 处的 report period等于 A1 处的一个测量period，同样的E处report rate 与 A1 点的report rate相同，L3 beam filtering也不会给E 和 F之间的sample中引入任何延迟；然后进行Beam Selection for beam reporting，从 E 点提供的测量中选择 X 个measurement。X是由配置的测量相关的RRC 参数决定的，最后发送的有关beam测量信息 的measurement report。

下图就是一个实网下periodical 的MR 相关配置，reportConfig中maxNrofRS-IndexesToReport =8，对应MR中可以包含的最大RS indexes的数量measObject中 Freq 504990 对应的ssb-ToMeasure 显示要测量SSB 0～7，通过measId 5将measobjectId 1和reportConfigId 5绑定 ，最终MR 上报measId 5，其中MR中504990/957 包含8 个SSB indexes的测量结果。

4 Intra-frequency 和inter-frequency neighbour (cell) measurements

 intra-freq 测量和inter-freq测量可以分为以下几类：

1 SSB based intra-freq 测量：serving cell SSB的center freq与邻区 SSB的center freq 相同并且两个SSB 的SCS也相同。

2 SSB based inter-freq 测量：serving cell SSB的center freq与邻区 SSB的center freq 不同或者两者的SCS不同。在配置时，一个measurement object对应一个SSB，UE将不同的SSB视为不同的小区。

3 CSI-RS based intra-freq测量：

(1)邻区CSI-RS resource的SCS和serving cell的CSI-RS SCS相同；

(2)SCS=60KHZ时，邻区CSI-RS resources的CP type与serving cell的CSI-RS resources的CP type是相同的；

(3)邻区CSI-RS resources的centre freq与serving cell的CSI-RS resources的centre freq是相同的。

同时满足上述情况就是CSI-RS based intra-freq测量。

4 CSI-RS based inter-freq测量对应的就是不是CSI-RS based intra-freq测量的measurement。

 测量需不需要gap取决于UE的能力，

1 对于SSB based inter-freq测量，R16 支持UE上报measurement gap requirement info，如果UE report了measurement gap requirement info，那网络侧可能就会配置gap；通常UE都是单射频情况，因而需要配置measurement gap进行inter freq或inter rat 测量。

2 对于SSB based intra-freq测量，如果UE report了measurement gap requirement info，那网络侧可能就会配置gap；但是下面的情况，是一定需要配置measurement gap：除了initial BWP，配置给UE的BWP没有包含initial DL BWP关联SSB的频域资源。

上面measurement gap info的上报涉及IE nr-NeedForGap-Reporting-r16 ，如果UE支持的话，网络侧可以通过RRCReconfiguration 或RRC resume中要求UE上报meas gap info，然后UE在RRCReconfigurationComplete或RRC resume Complete，相关配置结构如下图。

 

 上面分别定义了测量的类型，即根据SSB/CSI-RS 中心freq是否一样，SCS是否一样进行区分。具体是否需要measurement gap来做邻区的测量，还需要根据实际情况确定，主要是看UE当前serving cell active的bwp，是否包含要测邻区的SSB的频域范围，也就是是否需要rf return。如果当前active的BWP包含了邻区待测的带宽，就不需要rf return，也就不需要 measurement gap；否则的话，就需要 measurement gap。  

 结合上面的描述，以SSB场景为例，蓝色方块代表serving cell当前激活的BWP，黄色和绿色块分别对应serving cell和neighbour cell的SSB。

上图A对应当前激活BWP中包含邻区的待测Measuremenr occasion带宽，且是同频邻区，不需要measurement gap；B对应当前激活BWP中不包含邻区的待测Measuremenr occasion带宽，且是同频邻区，需要measurement gap；D对应当前激活BWP中包含邻区的待测Measuremenr occasion带宽，且是异频频邻区，不需要measurement gap；C对应当前激活BWP中不包含邻区的待测Measuremenr occasion带宽，且是异频邻区，需要measurement gap。

关于同频测量是否需要measurement gap的问题，下面是某本书上的说明，结合看下就十分清楚了。

 目标小区SSB的中心频点和子载波间隔与当前服务小区相同，且在UE的工作带宽范围内时，网络不需要配置测量gap。

目标搜索小区SSB的中心频点不在UE的工作带宽范围内时，网络需要配置测量gap用于同频邻小区的识别与测量。

 在不需要gap的测量场景，UE 应能够在没有测量gap的情况下执行此类测量。在需要gap的场景，假定UE不能在没有测量gap的情况下执行此类测量。网络侧可能通过SI或RRCRelease中配置的dedicated 测量配置要求UE在RRC idle或inactive时对NR和E-UTRA carrier进行测量。如果 UE 被配置为在 RRC_IDLE 或 RRC_INACTIVE 中执行 NR 和/或 E-UTRA 载波的测量，则它可以在 RRCSetupComplete 消息中向 gNB 提供相应测量结果可用性的指示。之后网络侧可能会找UE完成security activation后，上报对应的测量信息。 

RRCRelease消息配置dedicated 测量的结构：

 RRCSetupComplete 消息中向 gNB 提供相应测量结果可用性的指示：

 

 如果gNB要求UE在RRC_inactive 进行NR E-UTRA的测量时，gNB会在RRCResume中要求UE提供相关的测量结果，然后UE要在RRCResumeComplete中包含对应的结果。除此之外，UE还可以在RRCResumeComplete中提供测量结果availability的indication，然后gNB会在之后要求UE提供相应的测量结果。

RRCResume中要求UE提供相关的测量结果：

RRCResumeComplete中包含对应的结果或提供测量结果availability的indication：

5  measurement gap

     meas gap上面就有所提及，这里是对meas gap的相关内容集中整理。 考虑到制造成本和形状因素，一个UE往往只有一个RF模块，该模块既要负责执行所有的测量，还要传输和接收数据。

UE在发送和接收serving cell data的同时，可以很容易地测量intra-freq邻区信号。当测量inter freq和inter-rat的小区时，UE必须暂停与服务小区的通信（包括Tx和Rx），并需要将RF模块调到待测量的freq(freq参数来自配置的Measobject)，并在一段时间后resume与serving cell的connection。UE暂停与serving cell通信以测量inter freq邻区或inter-rat邻区的时间称为Measurement Gap，下面就是38.321中有关meas gap期间UE的行为。

 在measurement gap期间，UE不能进行HARQ/SR/CSI的传输；也不能进行SRS report；除Msg3或MSGA外，不能传输UL-SCH。

如果ra-ResponseWindow/ra-ContentionResolutionTimer/msgB-ResponseWindow 在run的话，还是要按照要求去进行PDCCH的监听以便处理RAR/msgB的接收以及Contention Resolution过程；其他情况 UE就不需要监听PDCCH，也要停止DL-SCH的接收。

 通过38.331 中的参数配置，可以看到5G NR MGL不是固定的，是可以配置的。为什么测量Gap是可配置的？考虑到固定的 meas gap可能会导致serving cell的Tput 降低。因而NR可以支持设置SMTC窗口和窗口持续时间以便匹配SSB传输和相应的MGL。假如设置SMTC窗口持续时间为2ms，MGL为6ms，这里剩余的4ms将无法用于服务小区中的数据传输和接收，这将导致DL/UL Tput降低。  为了减少这种不必要的Tput下降，NR引入了可配置的MGL，其值可以是6ms，5.5 ms、4 ms、3.5 ms、3 ms或1.5 ms。如上图就是38.331 中MeasGapConfig有关meas gap的参数配置结构和参数定义。上图相关IE解释如下：

gapFR1: FR1应用的measurement gap 配置。在(NG)EN-DC场景中，需要通过LTE RRC信令配置，在NE-DC中，gapFR1只能通过NR RRC配置；在NR-DC中，gapFR1只能在MCG中的measConfig中配置。gapFR不能和gapUE同时配置。FR1 measuremrnt gap的配置参考38.133  Table 9.1.2-2和Table 9.1.2-3，这两张图太大就不截了。

gapFR2： FR2应用的measurement gap 配置。在(NG)EN-DC或NE-DC场景中，只能通过NR RRC配置gapFR2(不能通过LTE RRC)；在NR-DC中，gapFR2只能在MCG中的measConfig中配置。gapFR不能和gapUE同时配置。FR2 measuremrnt gap的配置参考38.133  Table 9.1.2-2和Table 9.1.2-3。

gapUE：FR1和FR2通用的measurement gap 配置，所以不能和gapFR1或gapFR2同时配置。(NG)EN-DC中，gapUE需要通过LTE RRC信令配置(不能通过NR RRC配置)；在NE-DC中, gapUE 只能通过NR RRC配置 (LTE RRC不能配置per UE gap)；在NR-DC, gapUE 只能在MCG中的measConfig中配置。配置参考38.133  Table 9.1.2-2和Table 9.1.2-3。

gapOffset：gapOffset 是mgrp中指示的MGRP 的gap pattern的gap offset 偏移。取值范围[0,mgrp-1]。

mgl：对应measurement gap的 length ，单位是ms；ms1dot5对应1.5ms，ms3对应 3ms，如果有配置mgl-r16，则忽略mgl。

mgrp：对应 measurement gap repetition period.

mgta：对应 measurement gap TA值 单位是ms；ms0 代表0 ms, ms0dot25 代表 0.25 ms ，ms0dot5 代表 0.5 ms；FR2场景下只能配置成 0ms和0.25ms.

refFR2ServCellAsyncCA：代表FR2 服务小区 ID，其 SFN 和subframe 用于FR2 carriers 异步CA gap pattern的FR2 gap计算。

refServCellIndicator：指示其 SFN 和子帧用于gap pattern的gap计算的服务小区。取值pCell对应PCell，pSCell对应PSCell，mcg-FR2对应MCG中FR2频点上的服务小区。

下面是38.331 5.5.2.9中UE根据参数确认具体gap的描述。

 UE收到新的gapFR1 setup配置后，要先release现在setup的配置，再开启新的gap配置；收到gapFR1 的release 配置后，就release对应的配置。

UE根据接收到的gapOffset设置measGapConfig指示的FR1测量gap配置，每个gap 开启的第一个subframe 所在SFN和subframe应该满足以下条件：

SFN mod T=FLOOR(gapOffset/10);subframe=gapOffset mod 10，T=MGRP/10。

如果有配置mgta的话，就提前上述公式确定的gap subframe mgta ms 后再开启gap。

上图gapOffset =10，mgl=4ms ，mgrp=20ms ，则gap起始帧应该满足 SFN mod 2=FLOOR(1)=1  subframe=10 mod 10=0，即从满足SFN mod 2=1的SFN(1,3,5,7....)的subframe 0启动gap，持续时间对应mgl 4ms，重复周期是 mgrp 20ms 正好对应SFN 1，3，5，7..... 如下图示

 关于mgta的具体用法，38.133中下面的几张图基本就可以说明清楚。

 Sync scenes指all serving cells in synchronous EN-DC, NR standalone operation (with single carrier, NR CA and synchronous NR-DC configuration) and synchronous NE-DC, and for serving cells in MCG in NR standalone operation (with asynchronous NR-DC configuration)。

 Async scenes指all serving cells in asynchronous EN-DC and asynchronous NE-DC, and for serving cells in SCG in NR standalone operation (with asynchronous NR-DC configuration)。

下面是gapFR2和gapUE的规定，和gapFR1内容是一样的，就不一个个看了。

对于gapFR2 sync CA/gapUE/gapFR1的配置，处于NE-DC/NR-DC场景的UE要根据gapFR2/gapUE/gapFR1中refServCellIndicator指示的服务小区的SFN和subframe进行gap的确定；否则就使用serving cell的 SFN 和subframe进行gap的计算；对于gapFR2 async CA，处于NE-DC/NR-DC场景的UE要根据gapFR2中refServCellIndicator和refFR2ServCellAsyncCA指示的服务小区的SFN和subframe进行gap的确定,否则就用fefFR2ServCellAsyncCA指定的serving cell去确定gap。

6 SMTC

SSB Measurement Timing Configuration(smtc)主要用于测量，NR测量需要将serving cell和neighbour cell的SSB对准才行，stmc就用于此，同频和异频都会配置smtc。smtc定义了可用于限制对特定资源的UE测量的持续时间和周期。在smtc期间内，UE将在配置的SSB进行无线链路监视/无线资源管理测量。NR中有几种不同的smtc IE，分别用于不同的场景，下面具体看下区别。

smtc1

 smtc1通常在measobject中配置，intra-freq和inter-freq都会有smtc1，UE应根据收到的smtc1配置中的periodicityAndOffset参数（为以下条件提供Periodicity和Offset值）设置第一个SSB 的测量定时配置（SMTC）。

NR Pcell每 个 SMTC occasion的第一个subframe和SFN 满足以下条件：SFN mod T=(FLOOR(Offset/10)) ，T=CEIL(Periodicity/10)；如果Periodicity 大于sf5，则subframe=Offset mod 10，否则subframe =Offset 或(Offset+5)。

 这里看到periodicity 是20 subframe ；offset 是0，subframe= 0 mod 10 =0；SFN mod 2=0；duration是 2 subframe 。

smtc2

 smtc2:MeasObjectNR 中对应的同步信号的第二个测量时序配置，pci-List中是要测量相关的PCI。周期性由smtc2中的periodicity指示，时序偏移量等于periodicityAndOffset modulo periodicity中指示的偏移量。smtc2中的periodicity只能设置为严格小于smtc1中periodicityAndOffset所指示的周期的值（例如，如果smtc1中的periodicityAndOffset为sf10，那periodicity只能设置为sf5，如果smtc1中periodicityAndOffset表示sf5，则无法配置smtc2），由此可以看出stmc2要结合stmc1配置，而且比smtc1的周期更短，用于同频测量(如上图smtc2后面的Cond intraFreqConnected，在同频测量场景才可能会有smtc2)。对于同一MeasObjectNR->smtc2 ->pci-List 中指示的小区，UE 应根据收到的 smtc2 配置中的periodicity参数设置额外的 SSB测量定时配置（SMTC），并使用 Offset（来自smtc1 periodicityAndOffset) 和 smtc1 配置中的 duration参数。每个SMTC occasion的第一个subframe 同样要满足上面NR SpCell的SFN和subframe的条件。

smtc2-LP

 smtc2-LP:smtc2-LP用于同频邻区测量时序的长周期配置；timing offset和duration采用intraFreqCellReselectionInfo中的stmc的offset和duration。

smtc2-LP 中的周期性只能设置为严格大于 intraFreqCellReselectionInfo 中 smtc 中periodicity的值（例如，如果 smtc指示 sf20，则 Long Periodicity 只能设置为 sf40、sf80 或 sf160，如果 smtc 指示 sf160，则 smtc2-LP 无法配置）。pci-List，如果存在的话，会包括具有长周期性的同频邻区的PCI。如果smtc2-LP不存在，则UE假定不存在具有长周期性的同频邻区。这个参数可以在SIB2 和SIB4中配置，上面是SIB2中配置的描述，在SIB4中配置时，将上面的描述换成InterFreqCarrierFreqInfo即可。

对于smtc2-LP中pci-List指示的同频（同频小区重选）或异频（异频小区重选）的小区，UE应设置额外的SSB测量定时配置（SMTC )， 根据 smtc2-LP 配置中接收到的periodic参数，并使用该freq的 smtc 配置中的偏移量（从periodicityAndOffset中得到）和duration参数。每个SMTC时机的第一个subframe满足上述NR SpCell或服务小区（用于小区重选）的SFN和subframe的条件。

smtc3list

smtc3list：适用于IAB-MT场景，这个不太熟悉，也不多说，具体用法查看38.331应该就可以了。

针对ssbFrequency，基于SSB的RRM 测量和基于 CSI-RS 的 RRM 测量(除了 SFTD 测量之外)，UE不考虑 SMTC 时机外的subframe中的 SSB。