5G,信令分析指导书(1)
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5G,信令分析指导书(1)

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  5G 信令分析指导书

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 01 发布日期 2019-08-02

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 目

 录 1 概述 .................................................................................................................................................. 1

 2 开机入网 .......................................................................................................................................... 3

 2.1 小区搜索与选择 ......................................................................................................................................................... 3

 2.2 系统消息广播 ............................................................................................................................................................. 4

 2.2.1 系统消息获取 .......................................................................................................................................................... 6

 2.2.2 系统消息更新 .......................................................................................................................................................... 7

 2.2.3 ODOSI 过程 .............................................................................................................................................................. 8

 2.2.4 关键消息解读 .......................................................................................................................................................... 9

 2.2.4.1 MIB ......................................................................................................................................................................... 9

 2.2.4.2 SIB1 ...................................................................................................................................................................... 11

 2.2.4.3 SI ........................................................................................................................................................................... 17

 2.3 随机接入 ................................................................................................................................................................... 18

 2.3.1 基于竞争的随机接入 ............................................................................................................................................ 20

 2.3.2 基于非竞争的随机接入 ........................................................................................................................................ 24

 2.4 RRC 连接建立 ........................................................................................................................................................... 28

 2.4.1 RRC 建立流程 ........................................................................................................................................................ 29

 2.4.2 RRC 拒绝过程 ........................................................................................................................................................ 31

 2.4.3 RRC 重发处理 ........................................................................................................................................................ 31

 2.4.4 关键消息解读 ........................................................................................................................................................ 33

 2.4.4.1 RRCSetupRequest ................................................................................................................................................ 33

 2.4.4.2 RRCSetup ............................................................................................................................................................. 34

 2.4.4.3 RRCSetupComplete .............................................................................................................................................. 36

 2.4.4.4 RRCReject ............................................................................................................................................................ 37

 2.5 注册流程 ................................................................................................................................................................... 37

 3 上下文管理 .................................................................................................................................... 38

 3.1 初始上下文建立过程 ............................................................................................................................................... 38

 3.1.1 安全模式过程 ........................................................................................................................................................ 40

 3.1.2 UE 能力查询过程 ................................................................................................................................................... 42

 3.1.3 关键消息解读 ........................................................................................................................................................ 43

 3.1.3.1 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST ................................................................................................. 43

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 3.1.3.2 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE ............................................................................................... 44

 3.1.3.3 RRC SecurityModeCommand .............................................................................................................................. 45

 3.1.3.4 RRC SecurityModeComplete ............................................................................................................................... 45

 3.1.3.5 RRC UECapabilityEnquiry ................................................................................................................................... 45

 3.1.3.6 RRC UECapabilityInformation ............................................................................................................................ 46

 3.2 UE 上下文修改过程 .................................................................................................................................................. 46

 3.3 UE 上下文释放过程 .................................................................................................................................................. 48

 4 会话管理 ........................................................................................................................................ 49

 4.1 5G QoS Architecture ................................................................................................................................................... 49

 4.1.1 概述 ........................................................................................................................................................................ 49

 4.1.2 QoS Flow ................................................................................................................................................................ 50

 4.1.3 QoS Parameters ....................................................................................................................................................... 51

 4.1.4 QoS Flow 到 DRB 的映射 ...................................................................................................................................... 56

 4.2 PDU 会话建立过程 ................................................................................................................................................... 58

 4.3 PDU 会话修改过程 ................................................................................................................................................... 59

 4.4 PDU 会话释放过程 ................................................................................................................................................... 59

 4.5 关键消息解读 ........................................................................................................................................................... 60

 4.5.1 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST ....................................................................................... 60

 4.5.2 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE ..................................................................................... 63

 4.5.3 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST ................................................................................... 63

 4.5.4 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY RESPONSE ................................................................................. 65

 4.5.5 RRCReconfiguration ............................................................................................................................................... 65

 4.5.6 RRCReconfigurationComplete ................................................................................................................................ 66

 5 寻呼流程 ........................................................................................................................................ 67

 5.1 5GC 寻呼 .................................................................................................................................................................... 67

 5.1.1 信令流程 ................................................................................................................................................................ 68

 5.1.2 关键消息解读 ........................................................................................................................................................ 70

 5.1.2.1 NGAP PAGING .................................................................................................................................................... 70

 5.1.2.2 RRC PAGING ....................................................................................................................................................... 71

 5.2 RAN 寻呼 ................................................................................................................................................................... 71

 5.2.1 信令流程 ................................................................................................................................................................ 72

 5.2.2 关键消息解读 ........................................................................................................................................................ 73

 5.2.2.1 RAN PAGING ...................................................................................................................................................... 73

 5.3 寻呼消息发送 ........................................................................................................................................................... 75

 6 切换流程 ........................................................................................................................................ 77

 6.1 站内切换 ................................................................................................................................................................... 77

 6.2 Xn 切换 ...................................................................................................................................................................... 80

 6.3 N2 切换 ...................................................................................................................................................................... 82

 6.4 LNR 切换 ................................................................................................................................................................... 83

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 6.5 LNR 重定向 ............................................................................................................................................................... 85

 7 NAS 流程 ....................................................................................................................................... 87

 7.1 注册 ........................................................................................................................................................................... 88

 7.2 去注册(终端发起)

 ............................................................................................................................................... 88

 7.3 去注册(网络发起)

 ............................................................................................................................................... 89

 7.4 业务请求(主叫)

 ................................................................................................................................................... 89

 7.5 业务请求(被叫)

 ................................................................................................................................................... 90

 5G 信令分析指导书 5G 信令分析指导书 1 概述

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 1 概述 信令过程是电信通信网络中一个十分重要的概念,在呼叫建立和呼叫拆除过程中,UE与 gNB 之间、gNB 与 5GC、以及 gNB 与 gNB 之间都要交互一些控制信息,以创建对等的协议实体并协调相互的动作,这些控制信息称为信令,这个交互过程就是信令过程。

 遵循 3GPP 协议规范,通信双方先交互信息,创建控制面对等的协议实体;然后,通过控制面实体,进一步交互信息,创建用户面对等的协议实体;后续,通过用户面实体进行数据传输。

 图 图 1. 控制面& 用户面过程

 图 图 2. E2E 信令流程概览

 5G 信令分析指导书 5G 信令分析指导书 1 概述

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  本文主要介绍 5G SA 信令流程。

 5G 信令分析指导书 5G 信令分析指导书 2 开机入网

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 2 开机入网 UE 入网过程包括几个子过程:

  小区搜索与选择 UE 开机选网,小区搜索并完成下行同步。

  系统消息广播 UE 读取广播信息,选择合适小区进行驻留。

  随机接入 UE 与 gNB 建立上行同步。

  RRC 连接建立 UE 与 gNB 建立 RRC 连接。

  注册过程 UE 注册到 5G 网络,网络侧开始维护该 UE 的上下文。

 2.1

 小区搜索与选择 2.2

 系统消息广播 2.3

 随机接入 2.4

 RRC 连接建立 2.5

 注册流程 2.1 小区搜索与选择 小区搜索过程是 UE 和小区取得时间和频率同步,并检测小区 ID 的过程。其基本过程描述如下:

 1. UE 开机后按照 3GPP TS 38.104 定义的 Synchronization Raster 搜索特定频点; 2. UE 尝试检测 PSS/SSS,取得下行时钟同步,并获取小区的 PCI;如果失败则转步骤 1 搜索下一个频点;否则继续后续步骤; 3. UE 尝试读取 MIB,获取 SSB 波束信息、系统帧号和广播 SIB1 的时频域信息;

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 4. UE 读取 SIB1,获取上行初始 BWP 信息,初始 BWP 中的信道配置,TDD 小区的半静态配比以及其它 UE 接入网络的必要信息等,同时获取广播 OSI 的搜索空间信息; 5. UE 读取 OSI,获取小区的其它信息(主要是移动性相关的信息)。

 图2-1 小区搜索流程图

 2.2 系统消息广播 系统消息广播是 UE 获得网络基本服务信息的第一步,通过系统消息广播过程,UE 可以获得基本的 AS 层和 NAS 层信息:AS 层信息包括公共信道信息、一些 UE 所需的定时器、小区选择/重选信息以及邻区信息等;NAS 层信息包括运营商信息等。UE 通过系统消息获得的这些信息,决定了 UE 在小区中进行驻留、重选以及发起呼叫的行为方式。

 UE 在如下场景会读取系统消息:小区选择(如开机)、小区重选、系统内切换完成、从其他RAT 系统进入 5G RAT、以及从非覆盖区返回覆盖区时,UE 都会主动读取系统消息。

 当 UE 在上述场景中正确获取了系统消息后,不会反复读取系统消息,只会在满足以下任一条件时重新读取系统消息:

  收到 gNB 寻呼,指示系统消息有变化。

  收到 gNB 寻呼,指示有 ETWS 或 CMAS 消息广播。

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  距离上次正确接收系统消息 3 小时后(参见 3GPP 38331.5.2.2.2.1 SIB validity: The UE delete any stored version of SI after 3 hours from the moment it was successfully confirmed as valid)。

 系统消息分类 参见 38.300.7.3.1 按照内容分类,系统消息可以分为 MSI(Minimum System Information)和 OSI(Other System Information)两大类。

  MSI:包括 MIB 和 SIB1(SIB1 也叫 RMSI)

  OSI:包括 SIB2~SIBn,支持 ODOSI 模式。

 各类系统消息承载信道、下发方式和承载的内容,如下表所示:

 大类 子类 承载信道 下发方式 承载内容 MSI MIB PBCH 周期广播,周期通过NRDUCell.SsbPeriod 配置 为 UE 提供初始接入信息和 SIB1 的捕获信息 SIB1 PDSCH 周期广播,周期通过NRDUCell.Sib1Period 配置 为 UE 提供 OSI 的捕获信息:OSI 的发送机制包括ODOSI(Msg1 方式和MSg3 方式)都在 SIB1 通知所有用户。

 OSI SIB2~SIBn PDSCH 通过 MO gNBSibConfig 和NRDUCell.SibConfigId 定制的发送策略,包括发送方式和发送周期。发送方式区分为如下两类:

  周期广播:gNB 按固定周期进行广播  订阅广播: 由 UE 发起订阅请求,然后 gNB 按需广播(称作ODOSI) 其他信息

 系统消息信道模型 系统消息广播功能信道映射模型如下图所示:

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  2.2.1 系统消息获取

 gNB 下发系统消息可以是周期广播,也可以是按需订阅后广播。因此,UE 获取系统消息过程也有如下两种方式:

 1. 搜索小区,解析 MIB,检查小区状态 a. 如果 CellBarred = barred,则停止系统消息获取过程; b. 否则继续后续步骤; 2. 使用 MIB 里面携带的参数,尝试解析 SIB1; a. 如果 SIB1 解析成功,则存储相关信息,并继续后续步骤; b. 否则停止系统消息获取过程;

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 3. 根据 SIB1 中指示的其他 SIB 发送方式,进一步尝试获取其他 SIB:

 a. 如果其他 SIB 是周期广播方式,则根据 SIB1 中指示的 OSI 搜索空间,尝试接收和解析 SI; b. 否则,UE 通过订阅请求获得其他 SIB(称作 ODOSI),参见本文“2.2.3 ODOSI过程”章节。

 2.2.2 系统消息更新 UE 在开机选择小区驻留、重选小区、切换完成、从其他 RAT 系统进入 NR-RAN、从非覆盖区返回覆盖区时,都会主动读取系统消息。当 UE 在上述场景中正确获取了系统消息后,不再反复读取系统消息,只会在满足以下任一条件时重新读取并更新系统消息:

  收到 gNodeB 寻呼消息指示系统消息变化。

  收到 gNodeB 寻呼消息指示有 ETWS 或 CMAS 消息广播。

  距离上次正确接收系统消息 3 小时后。

 如 3GPP TS 38.331 所述,系统消息更新过程限定在特定的时间窗内进行,这个时间窗被定义为 BCCH 修改周期。BCCH 修改周期的边界由 SFN mod m=0 的 SFN 值定义,即若某时刻满足 SFN mod m=0,则在此时刻(SFN 满足上述公式的时刻)启动 BCCH修改周期。其中,m 是 BCCH 修改周期的无线帧数。

 UE 通过寻呼 DCI 接收系统消息更新指示,在下一个 BCCH 修改周期接收更新后的系统消息。系统消息更新过程如下图所示,图中不同颜色的小方块代表了不同的系统消息,UE 在第 n 个修改周期接收系统消息更新指示,在第 n+1 个修改周期接收更新后的系统消息。

 图2-2 系统消息更新过程示意图

  BCCH 修改周期(m 个无线帧)= modificationPeriodCoeff * defaultPagingCycle 其中:

  modificationPeriodCoeff:修改周期系数,指示 UE 在 BCCH 修改周期内监听寻呼消息的最小次数,取值为 2,不可配置。

  defaultPagingCycle:默认寻呼周期,单位为无线帧,可以通过参数NRDUCellPagingConfig.DefaultPagingCycle 进行配置。

 modificationPeriodCoeff 和 defaultPagingCycle 在 SIB1 中广播。

 对于除 SIB6、SIB7、SIB8 之外的系统消息更新,gNodeB 将在 SIB1 中修改 valueTag值。UE 读取 valueTag 值,并和上次的值进行比较,如果变化则认为系统消息内容改变,UE 重新读取并更新系统消息;否则,UE 认为系统消息没有改变,不读取系统消

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 息。UE 在距离上次正确读取系统消息 3 小时后会重新读取系统消息,这时无论valueTag 是否变化,UE 都会读取全部的系统消息。

 2.2.3 ODOSI 过程 参考 3GPP38.331,ODOSI 信令过程由 gNB 和 UE 协作完成:

  基站广播 SIB1,指示某个 OSI 是以广播(broadcasting)方式下发还是订阅(notBroadcasting)方式下发:

  针对订阅方式的 OSI,基站可以分配专用的 PRACH 资源,并在 SIB1 中进行广播,供 UE 请求 OSI 时使用:

  当基站以订阅方式下发 OSI 时,UE 在接收 OSI 之前必须先解析 SIB1,获得自己所需要的 OSI 的 si-BroadcastStatus 状态,如果当前状态是 broadcasting,则在该OSI 对应的 SI-window 上收听即可;否则,发起 ODOSI 订阅流程。

  UE 发起 ODOSI 请求有 MSG1 和 MSG3 两种方式:

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  − MSG3 请求方式:当 SIB1 中未包含 ODOSI PRACH 资源时,UE 通过 MSG3请求 OSI;gNB 通过 MSG4 确认收到请求(避免 UE 反复发送请求),立即广播被请求的 ODOSI,持续广播 2 个 SI-Period 后,在对应的 BCCH MP 边界结束。此种方式下,gNB 不分配 ODOSI 专用的 PRACH 资源,适用于 PRACH资源紧张的场景。

 − MSG1 请求方式:当 SIB1 中包含 ODOSI PRACH 资源时,UE 通过 MSG1 请求 OSI;gNB 通过 MSG2 确认收到请求(避免 UE 反复发送请求),立即广播被请求的 ODOSI,持续广播 2 个 SI-Period 后,在对应的 BCCH MP 边界结束。此种方式下,gNB 需要分配 ODOSI 专用的 PRACH 资源,适用于PRACH 资源充足的场景。

 1、连接态 UE 无需获取 OSI,ODOSI 流程仅涉及空闲态和非活动态 UE; 2、ODOSI 过程从 20A 版本后开始支持。

 2.2.4 关键消息解读 2.2.4.1 MIB 消息定义参见 3GPP 38.331。

 MIB(Master Information Block)主要作用是获取用户接入网络中的必要信息,具体包括:

 IE Presence 取值范围 含义说明 备注 systemFrameNumber M BIT STRING (SIZE (6)) 系统帧号高 6 位

 subCarrierSpacingCommon M ENUMERATED {scs15or60, scs30or120} RMSI/MSG2/MSG4 使用的子载波间隔,低频只能是 15k 或 30k,高频只能

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 IE Presence 取值范围 含义说明 备注 是 60k 或 120k ssb-SubcarrierOffset M INTEGER (0..15) SS/PBCH RB 边界和 CRB边界之间的偏差

 dmrs-TypeA-Position M ENUMERATED {pos2, pos3} PDSCH DMRS 的符号位置

 pdcch-ConfigSIB1 M INTEGER (0..255) RMSI 所在的初始 BWP的时频域位置,带宽大小等信息

 cellBarred M ENUMERATED {barred, notBarred} 小区是否禁止用户驻留

 intraFreqReselection M ENUMERATED {allowed, notAllowed} BAR 小区后是否允许用户重选到同频邻区

  关键信元解读:

 1. systemFrameNumber 系统帧号,共 10bit,低 4bit 直接编码 PBCH payload 中。

 2. ssb-SubcarrierOffset 携带 K SSB (参见 38.213)信息,指示 SSB 相对于 CRB(Common Resource Block)的频域偏移。示意如下:

 3. pdcch-ConfigSIB1 指示 RMSI 所在的 CORESET 的时频域位置和周期,其中 MSB(4bit)用于指示RMSI 的 CORESET 时频域位置,LSB(4bit)用于指示 CORSET 的周期,该参数间接指示了初始 BWP 的相关信息。示意如下:

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  4. cellBarred 指示是否 BAR 小区,填写方法如下:

 场景编号 场景描述 NSA 小区 SA 小区 NSA&SA 小区 1 激活小区 Barred notBarred notBarred 2 高优先级闭塞小区 - - - 3 中低优先级闭塞小区 Barred Barred Barred 4 解闭塞小区 Barred notBarred notBarred 5 NG-C 故障 Barred Barred Barred 6 NG-C 恢复 Barred notBarred notBarred

 2.2.4.2 SIB1 消息定义参见 3GPP 38.331。

 SIB1 消息定义参见 38.331.6.2.2,具体包括:

 IE Presence 取值范围 含义说明 版本支持情况 cellSelectionInfo O

 小区选择信息

 >q-RxLevMin O Q-RxLevMin

 19B

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 IE Presence 取值范围 含义说明 版本支持情况 >q-RxLevMinOffset O INTEGER (1..8)

 19B >q-RxLevMinSUL O Q-RxLevMin

 19B >q-QualMin O Q-RxLevMin

 暂不支持 >q-QualMinOffset O INTEGER (1..8)

 暂不支持 cellAccessRelatedInfo M CellAccessRelatedInfo 小区接入相关信息 19B connectionEstablishmentFailureControl O ConnEstFailureControl

 19B si-SchedulingInfo O SI-SchedulingInfo SI 调度信息 20A servingCellConfigCommon O ServingCellConfigCommonSIB

 19B ims-EmergencySupport O ENUMERATED {true}

 暂不支持 eCallOverIMS-Support O ENUMERATED {true}

 暂不支持 ue-TimersAndConstants O UE-TimersAndConstants

 19B uac-BarringInfo O

  20A lateNonCriticalExtension O OCTET STRING

 20A

 关键信元解读:

 1. cellAccessRelatedInfo 小区接入相关信息,具体包括:

 IE Presence 取值范围 含义 说明 版本支持情况 cellAccessRelatedInfo

  >plmn-IdentityList M SEQUENCE (SIZE (1..maxPLMN)) OF PLMN-IdentityInfo 小区服务的 PLMN 列表 19B

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 IE Presence 取值范围 含义 说明 版本支持情况 >>PLMN-IdentityInfo

 19B >>>plmn-IdentityList M SEQUENCE (SIZE (1..maxPLMN)) OF PLMN-Identity

 19B >>>trackingAreaCode O TrackingAreaCode 如果该 PLMN 是 SA组网模式,则携带;否则不携带。参见下文 notes 说明。

 19B >>>ranac O RAN-AreaCode

 19B >>>cellIdentity M CellIdentity

 19B >cellReservedForOperatorUse M

  NA

  trackingAreaCode 是可选信元,如果不携带,则表明该 PLMN 是 NSA 组网模式。38.331 协议中相关描述如下:Indicates Tracking Area Code to which the cell indicated by cellIdentity field belongs. The presence of the field indicates that the cell supports at least standalone operation; the absence of the field indicates that the cell only supports EN-DC functionality. 2. si-SchedulingInfo IE Presence 取值范围 含义说明 版本支持情况 SI-SchedulingInfo

  >schedulingInfoList M SEQUENCE (SIZE (1..maxSI-Message)) OF SchedulingInfo 参见下文详细说明 19B >>SchedulingInfo

  >>>si-BroadcastStatus M ENUMERATED {broadcasting, notBroadcasting} SI 发送方式,通过 MO gNBSibConfig 和NRDUCell.SibConfigId 进行配置 19B >>>si- M ENUMERATED {rf8, rf16, rf32, SI 发送周期,通过 MO gNBSibConfig 和19B

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 IE Presence 取值范围 含义说明 版本支持情况 Periodicity rf64, rf128, rf256, rf512} NRDUCell.SibConfigId 进行配置 >>>sib-MappingInfo M SIB-Mapping SIB 到 SI 的映射 19B >si-WindowLength M ENUMERATED {s5, s10, s20, s40, s80, s160, s320, s640, s1280} SI-Window 窗长 19B >si-RequestConfig O SI-RequestConfig ODOSI 请求资源配置,参见"2.2.3 ODOSI 过程" 20A >si-RequestConfigSUL O SI-RequestConfig ODOSI 请求资源配置,参见"2.2.3 ODOSI 过程" 20A >systemInformationAreaID O RAN-AreaCode

 暂不支持

 该信元指明了各个 SI 的调度方式,其基本原理描述如下:

 a. 基站广播哪些 SI 消息,由 SIB1::schedulingInfoList 指定了,每个 SI 消息在该列表中的顺序以 n 表示(从 1 开始)。假如 schedulingInfoList 中指定了 4 个SI 消息,则会有 4 个连续的 SI 窗口用于发送这 4 个 SI 消息,而 n 表明了 SI消息在第几个 SI 窗口。

 b. 每个 SI 消息对应一个 SI 窗口,窗长由 SIB1::si-WindowLength 字段指定,其单位为 slot; c. 每个 SI 消息的发送周期,由 SIB1::si-Periodicity 字段指定,其单位为无线帧; d. 每个 SI 消息装载哪些 SIBx,由 SIB1::SchedulingInfo::sib-MappingInfo 字段指定。

 e. 对于某个 SI 消息,对应的 SchedulingInfo 信元在 SIB1-> schedulingInfoList 中对应的入口编号为 n,可以确定整数 x = (n –

 1) * w , 其中 w 是 SI-window的长度; f. 对于某个 SI 消息,通过如下公式确定调度时域:SI-window 无线帧需要满足SFN mod T = FLOOR(x/N);SI-window 起始 slot #a 需要满足 a = x mod N;在其中 T 是关注的 SI 消息的周期 , N 是一个无线帧中的 slot 个数。

 图 1. SIB-SI 映射及时域调度示例

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  3. servingCellConfigCommon IE Presence 取值范围 含义说明 版本支持情况 ServingCellConfigCommonSIB

  >downlinkConfigCommon M DownlinkConfigCommonSIB 下行公共参数配置,包括下行频点配置、初始下行 BWP、BCCH和 PCCH 配置 19B >uplinkConfigCommon O UplinkConfigCommonSIB 上行公共参数配置,包括上行频点配置、初始上行 BWP 和 TA 19B >supplementaryUplink O UplinkConfigCommonSIB SUL 小区上行公共参数配置,包括上行频点配置、初始上行BWP 和 TA 19B >n-TimingAdvanceOffset O ENUMERATED { n0, n25600, n39936 }

 19B >ssb-PositionsInBurst M

  19B >ssb-PeriodicityServingCell M ENUMERATED {ms5, ms10, ms20, ms40, ms80, ms160} SSB 周期,通过MML 配置 19B >tdd-UL-DL-ConfigurationCO TDD-UL-DL-

 19B

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 IE Presence 取值范围 含义说明 版本支持情况 ommon ConfigCommon >ss-PBCH-BlockPower O INTEGER (-60..50)

 19B

  4. uac-BarringInfo gNB 基于 MO NRDUCELLUACBAR 配置信息广播 UAC,UE 根据 UAC 信息进行access bar check(详见 38331 第 5.3.14.5 节 Access barring check 部分)

 如果 UE 发现 SIB1 中没有 UAC 信息,则认为接入不受控制,所有的业务都可以发起接入。

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 2.2.4.3 SI 消息定义参见 3GPP 38.331。

 其他 SIB 简称 OSI(Other SIBs,除 SIB1 之外的其他 SIB),包括除 MSI 之外的所有内容,具体包括:

  SIB2,3,4: cell reselection 相关参数;  SIB5: inter-RAT cell re-selection (E-UTRA);  SIB6: ETWS primary notification  SIB7: ETWS secondary notification  SIB8: CMAS notification  SIB9: GPS time and UTC OSI 既可通过周期广播方式下发,也可通过订阅方式下发,具体哪种方式由 SIB1 指示。本章给出 OSI 周期广播机制的信令流程设计,特征如下:

  通过 DL-SCH 信道发送;  OSI 被封装成 SI 消息,在对应的 SI 窗口内下发,示意图如下:

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 2.3 随机接入 通信双方要实现相互通信,最重要的先决条件是建立通信双方之间的时间同步,对于NR 也是如此。NR 下行同步 (Transmitter = gNB, Reciever = UE)通过广播同步信号实现,NR 上行同步(Transmitter = UE, Reciever = gNB)则是通过随机接入过程实现的。

 随机接入简称 RA(Random Access),是 UE 和网络之间建立无线链路的必经过程。随机接入可以实现两个基本的功能:

  实现 UE 与 gNB 之间的上行同步(TA)

  gNB 为 UE 分配上行资源(UL_GRANT)

 随机接入(MSG1 方式)还可实现订阅 OSI 的功能。

 RA 是 UE 接入网络和建立业务承载的重要环节,是 5G 网络的基础功能。

 根据业务场景不同,随机接入可以分为基于竞争的随机接入(Contention based random access procedure)和基于非竞争的随机接入(Non-Contention based random access procedure)。

  基于竞争的随机接入:由 UE 自行选择 Preamble 进行接入,因此不同的 UE 之间可能存在冲突,需要通过竞争解决。

 − UE in RRC_IDLE/RRC_INACTIVE:总是使用基于竞争的方式进行初始接入,因为此时网络侧和 UE 还没有 RRC 信令连接, UE 只能基于 SIB1 广播的 RACH 配置选择 Preamble,所以只能是竞争方式。

 − UE in RRC_CONNECTED:

 gNB 无法通过 RRC 信令或者 PDCCH ORDER方式给 UE 分配专用 Preamble 时,采用竞争方式接入。

  基于非竞争的随机接入:特定的 RACH/PRACH 资源被保留起来,在某一个时刻分配给某个 UE 专用。

 对于非竞争方式,一定是 UE 和 gNB 已经有了 RRC 连接了,gNB 可以通过 RRC信令或者 PDCCH ORDER 方式给 UE 分配专用 Preamble 时,才可以采用非竞争方式接入。

 RA 流程由 PDCCH order、UE MAC 层、UE PHY 层波束恢复指示或 RRC 事件触发,参考 3GPP TS 38.321.5 和 3GPP TS 38.300.9.2.6,具体包括以下场景:

 The random access procedure is triggered by a number of events, for instance: - Initial access from RRC_IDLE; - RRC Connection Re-establishment procedure; - Handover; - DL or UL data arrival during RRC_CONNECTED when UL synchronisation status is "non-synchronised"; - Transition from RRC_INACTIVE; - Request for Other SI; - Beam failure recovery. 表 1.随机接入的场景和竞争机制

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 序号 触发场景 场景描述 竞争机制 触发主体 版本规划 1 初始 RRC连接建立 当 UE 从空闲态转到连接态时,UE 会发起 RA。

 基于竞争的RA UE 19B 支持 2 RRC 连接重建 当无线链路失步后,UE 需要重新建立 RRC 连接时,UE 会发起 RA。

 基于竞争的RA UE 19B 支持 3 RRC_INACTIVE 态用户状态迁移 当 UE 从RRC_INACTIVE 态转到连接态时,UE会发起 RA。

 基于竞争的RA UE 19B 支持 4 切换(包括SA 和 NSA的 DC)

 当 UE 进行切换时,UE 会在目标小区发起 RA。

 基于非竞争的RA,但是在:

 1.gNB 专用前导用完时或者未获取 SSB测量结果时,会使用基于竞争的 RA;或 2.gNB 给 UE分配的专用Preamble 所在的波束不满足UE 最低接入信号门限时,UE 会回退到基于竞争的RA gNB RRC信令 19B 支持 5 上行失步态UE 下行数据到达 当 gNB 检测到 UE处于上行失步态且下行数据需要传输时,指示 UE 发起RA。

 基于非竞争的RA,但是在gNB 专用前导用完时,会使用基于竞争的RA。

 gNB PDCCH order 19B 支持 6 上行失步态UE 上行数据到达 当 UE 处于上行失步态且有上行数据需要传输时,UE 将发起 RA。

 基于竞争的RA UE 19B 支持 7 订阅ODOSI 订阅 ODOSI MSG1 方式:基于非竞争的UE 19B 支持

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 序号 触发场景 场景描述 竞争机制 触发主体 版本规划 RA MSG3 方式:基于竞争的RA 8 波束失败恢复 UE 物理层检测到波束失败恢复 基于非竞争的RA,但是在gNB 专用前导用完时,会使用基于竞争的RA。

 UE 协议不完善,19B 暂不支持

 2.3.1 基于竞争的随机接入 原理说明 基于竞争的 RA 过程中,接入的结果具有随机性,并不能保证 100%成功;接入前导由UE 选择,不同 UE 产生前导可能冲突,gNB 需要通过竞争机制解决不同 UE 的接入。竞争冲突过程示意图如下:

 信令过程 基于竞争的随机接入过程,消息交互过程如下图所示:

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   UE --> NW : PRACH Preamble (RA-RNTI, indication for L2/L3 message size)  UE <-- NW : Random Access Response (Timing Advance, T_C-RNTI, UL grant for L2/L3 message)  UE --> NW : L2/L3 message  UE <-- NW : Message for contention resolution 场景说明

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 2.3.2 基于非竞争的随机接入 原理说明

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 在基于非竞争的 RA 过程中,gNB 为 UE 分配专用的 RACH(Random Access Channel)资源进行接入,但当专用的 RACH 资源不足时,gNB 会指示 UE 发起基于竞争的 RA。

 信令过程

  UE <--NW : RACH Preamble (PRACH) Assignment  UE --> NW : RACH Preamble (RA-RNTI, indication for L2/L3 message size)  UE <--NW : Random Acces...

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