5G NSA接入過(guò)程研究

王嘉嘉 吳磊 楊傳偉

摘 要：從5G NSA現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際部署情況出發(fā)，以O(shè)ption3X模式為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)際的信令消息，結(jié)合與4G LTE的不同，詳細(xì)分析了5G NSA接入過(guò)程中的系統(tǒng)消息廣播、終端能力上報(bào)、測(cè)量、NR小區(qū)添加、承載建立以及NR小區(qū)隨機(jī)接入等過(guò)程，為5G技術(shù)研究提供技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：NSA；Option3X；EN-DC；接入

*基金：電子測(cè)量?jī)x器技術(shù)蚌埠市技術(shù)創(chuàng)新中心項(xiàng)目（5G終端模擬測(cè)試技術(shù)）

0 引言

隨著5G的逐步商用，我國(guó)已建成全球規(guī)模最大的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，作為推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要引擎，5G建設(shè)將加速持續(xù)推進(jìn)。本文以現(xiàn)網(wǎng)Option3X模式為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際信令消息，對(duì)NSA模式下的接入過(guò)程進(jìn)行深入研究。

1 5G組網(wǎng)方式

根據(jù)3GPP的規(guī)劃，5G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有非獨(dú)立組網(wǎng)（non-standalone，NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)（standalone，SA）兩種部署方式?？紤]到現(xiàn)有實(shí)際情況并盡快實(shí)現(xiàn)5G的商用，國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商初期以NSA為主，同時(shí)為了最大限度實(shí)現(xiàn)5G性能，有效分擔(dān)現(xiàn)有LTE的高話務(wù)區(qū)域，NSA組網(wǎng)中主要選用Option3系列中的Option3X模式[1]。由于Option3X架構(gòu)是4G LTE和5G NR的雙連接，且4G LTE為錨點(diǎn)，屬于EN-DC的一種，如圖1所示。

其中，NSA終端控制面錨定在LTE小區(qū)，包括SRB0、SRB1和SRB2；NR小區(qū)控制面信令通過(guò)LTE錨點(diǎn)小區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)給終端，當(dāng)NR小區(qū)建立SRB3時(shí)，SRB3可以用來(lái)發(fā)送不涉及LTE小區(qū)的NR側(cè)RRC重配、重配完成、測(cè)量報(bào)告消息。用戶面主要承載在NR小區(qū)， NR小區(qū)作為分流節(jié)點(diǎn)可將數(shù)據(jù)分流至LTE小區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)給終端。

2 承載類型

EN-DC組網(wǎng)模式下，存在三種承載類型，分別是MCG承載、SCG承載和split承載[2]，從終端的角度來(lái)看，如圖2所示。

MCG承載，即數(shù)據(jù)只在主站上傳輸。SCG承載，即數(shù)據(jù)只在輔站上傳輸。Split承載，又分為MCG Split承載和SCG Split承載。MCG Split承載，即數(shù)據(jù)經(jīng)主站空口分流至輔站；SCG Split承載，即數(shù)據(jù)經(jīng)輔站空口分流至主站。

在Option3X架構(gòu)中，數(shù)據(jù)分流錨點(diǎn)在NR小區(qū)，支持用戶面數(shù)據(jù)通過(guò)NR小區(qū)分流部分到LTE小區(qū)上承載，其余繼續(xù)在NR小區(qū)上承載，即SCG Split承載，即數(shù)據(jù)在NR小區(qū)的PDCP層進(jìn)行分流，分別分往NR小區(qū)的RLC層和LTE小區(qū)的RLC層，UE接收數(shù)據(jù)后在PDCP層進(jìn)行聚合。

3 5G NSA接入過(guò)程

5G NSA接入過(guò)程與4G LTE接入過(guò)程[3]相似，也包括系統(tǒng)消息廣播、隨機(jī)接入、附著、鑒權(quán)、安全、UE能力查詢等過(guò)程。本文以現(xiàn)網(wǎng)Sption3X模式為基礎(chǔ)，從以下幾個(gè)方面展開介紹5G NSA接入過(guò)程與4G LTE的不同。

3.1 系統(tǒng)消息廣播

NSA網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)消息廣播流程相似，包括主信息塊MIB和系統(tǒng)信息塊SIB。與4G網(wǎng)絡(luò)不同的是，在SIB2中增加了NSA相關(guān)參數(shù)upperLayerIndication-r15 （如圖3所示），能夠用于NSA小區(qū)能力指示，當(dāng)NSA終端接收到基站下發(fā)的SIB2中攜帶該高層指示參數(shù)時(shí)，則顯示5G標(biāo)識(shí)。

3.2 終端能力上報(bào)

4G網(wǎng)絡(luò)通常只有一次UE能力查詢，基站會(huì)向終端查詢eutra、utra、geran-cs、geran-ps和cdma2000-1XRTT能力，終端會(huì)上報(bào)對(duì)應(yīng)的4G、3G和2G能力。NSA網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)不同，基站會(huì)向終端發(fā)起2次或3次（與基站廠家實(shí)現(xiàn)有關(guān)）UE能力查詢。第1次UE能力查詢與4G網(wǎng)絡(luò)相似，基站向終端查詢4G、3G和2G能力（如圖4所示），但NSA終端在上報(bào)eutra能力[4]時(shí)，會(huì)攜帶en-DC-r15和bandNR-r15字段（如圖5所示），表示支持NSA能力和支持的5G NR頻段。第2次（和第3次）UE能力查詢，基站向終端查詢eutra-nr和nr能力（如圖6所示）[5]。在終端上報(bào)的eutra-nr能力中會(huì)攜帶UE-MRDC-Capability字段，指示支持的4G和5G雙連接band組合（如圖7所示）；在UE-NR-Capability能力中會(huì)攜帶接入?yún)f(xié)議版本、各層協(xié)議能力、支持頻段和載波聚合能力等。

3.3 測(cè)量

在終端上報(bào)支持NSA能力后，基站會(huì)通過(guò)RRC連接重配消息下發(fā)LTE小區(qū)測(cè)量控制的同時(shí)，攜帶NR小區(qū)的測(cè)量控制，包括NR頻點(diǎn)、測(cè)量周期和偏移、SCS、測(cè)量頻段、測(cè)量事件B1和相關(guān)門限等參數(shù)，如圖8、圖9所示。

終端接收到測(cè)量控制后啟動(dòng)測(cè)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)滿足條件的NR小區(qū)后，上報(bào)B1測(cè)量報(bào)告，攜帶MeasResult CellNR-r15字段，包含NR小區(qū)的PCI和RSRP，如圖10所示。

3.4 NR小區(qū)添加

在終端上報(bào)滿足B1事件的NR小區(qū)信息后，基站通過(guò)RRC連接重配消息下發(fā)NR小區(qū)添加信息，攜帶的 SpCellConfig字段[5]，包含NR小區(qū)PCI、SSB頻率、頻段、PointA頻率、SCS、帶寬，以及initialDownlinkBWP、initialUplinkBWP等參數(shù)，如圖11所示。

3.5 承載建立

終端在LTE錨點(diǎn)小區(qū)上接收到的RRC連接重配消息中，攜帶DRB-ToAddMod字段，其中包括epsBearerIdentity和drb-Identity。當(dāng)終端通過(guò)LTE錨點(diǎn)小區(qū)接收到的NR側(cè)消息中，攜帶的eps-BearerIdentity和drb-Identity與LTE側(cè)一致時(shí)，說(shuō)明此時(shí)建立的為Split承載，如圖12、圖13所示。

3.6 NR小區(qū)隨機(jī)接入

終端接收到的添加NR小區(qū)的RRC連接重配消息攜帶cfra字段[5]時(shí)，指示NR小區(qū)側(cè)的隨機(jī)接入為非競(jìng)爭(zhēng)隨機(jī)接入，包含隨機(jī)接入前導(dǎo)碼索引等參數(shù)，如圖14所示。終端采用指定的前導(dǎo)碼索引，在分配的RACH資源上發(fā)送前導(dǎo)碼，并接收隨機(jī)接入響應(yīng)，完成NR小區(qū)上的隨機(jī)接入，同時(shí)也完成了NSA接入過(guò)程。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先介紹了5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式和承載類型；然后以現(xiàn)網(wǎng)Option3X模式為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際信令消息，詳細(xì)分析了5G NSA接入過(guò)程與4G LTE的不同，為后續(xù)5G技術(shù)研究、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化等工作提供技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]3GPP TS 37.340 V15.12.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）and NR；Multi-connectivity；Stage 2[S].2021.

[3]王嘉嘉，邵玉成.LTE系統(tǒng)附著過(guò)程研究[J].電子產(chǎn)品世界，2013. 2：30-32.

[4]3GPP TS 36.331 V15.13.0 Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）；Radio Resource Control （RRC）；Protocol specification[S].2021.

[5]3GPP TS 38.331 V15.13.0 NR；Radio Resource Control（RRC）protocol specification[S].（2021-03）.

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