5G RRC信令流程

目录

1、4/5G信令过程差别概述

2、NR终端状态

3、RRC信令流程

3.1 RRC_Connected to RRC_Inactive

 3.2 RRC_Inactive to other states

4、F1-C接口信令流程

5、UE随机接入

5.1 随机接入触发条件

5.2 随机接入流程

5.3 RRC_Inactive态下的RAN更新过程


1、4/5G信令过程差别概述

表1 4/5G信令过程对比
4G 5G
UE/gNB/AMF状态管理 注册状态 均包含注册态和去注册态
连接状态NAS层 CM_IDLE和CM_CONNECTED
连接状态AS层(RRC) IDLE和CONNECTED IDLE、CONNECTED和INACTIVE
开机注册 attach过程 register过程
RRC连接建立、重配置、释放、修改 相同,5G的RRC流程 最终在18年9月确定
业务发起 IDLE态发起 4G service request 5G service request
CONNECTED态发起新业务 4G ERAB建立或修改 5G PDU session建立或修改
双连接(DC)

4/5G DC信令过程与4G基本相同,差别在消息信元上;

4/5G DC由于增加5GC的原因,增加了option 4和option 7的典型DC,导致整体上更加复杂。

切换

4/5G基本切换,除去由于核心网网元变化引入的差别,大体流程相同;

DC情况下的移动性由于DC方式,产了伴随切换的DC激活和去激活

位置更新 TAU register update和RAN notification area update(用于RRC inactive态)
寻呼 MME(Mobility Management Entity)发起(广播更新发起寻呼用于读广播,不算真正寻呼) gNB和AMF发起寻呼,用于RRC inactive态和IDLE态的UE

2、UE的RRC状态

参考3GPP 38.300,UE的RRC状态分为:RRC空闲态(RRC_IDLE)、RRC连接态(RRC_CONNECTED)、RRC非活动态(RRC_INACTIVE)。

表2 NR终端状态说明
RRC_IDLE

PLMN选择;

小区监听系统消息;

小区重选

应用协商的DRX配置监听寻呼消息(5GC发起);

位置区由核心网管理

RRC_CONNECTED

NG-RAN和UE保留上下文信息

NG-RAN知道UE属于哪个小区;

对特定UE建立传输;

移动性管理由网络侧决定(切换);

5GC-NG-RAN仍然和UE建立承载(用户面和控制面都需要)

RRC_INACTIVE

监听系统消息;

小区重选

应用协商的DRX配置监听寻呼消息(NG-RAN发起);

跟踪区(RAN)由NG-RAN管理

5GC-NG-RAN仍然和UE建立承载(用户面和控制面都需要);

NG-RAN和UE保留上下文信息

NG-RAN知道UE属于哪个小区RAN;

3、RRC信令流程

图1 RRC信令流程

RRC建立过程:处于空闲态的UE需要发起业务(语音或数据业务)时,首先需要发起RRC建立请求,出发空闲态向连接态的状态转移过程,这个过程为RRC建立过程。

3.1 RRC_Connected to RRC_Inactive

 连接态用户持续一段时间没有数据传输,会进入非活动态。

图2 RRC connected to RRC inactive流程

 3.2 RRC_Inactive to other states

非活动态用户需要发起数据传输时,通过RRC恢复过程迁移到连接态。

非活动态用户持续一段时间仍没有数据传输,则进入空闲态。

图3 RRC inactive to other states流程

其中,第5和6步表明UE上下文信息保留在gNB-DU中

4、F1-C接口信令流程

图4 F1-C接口信令流程
图5 F1-C口UE上下文信令流程
图6 F1-C口RRC消息传输流程

5、UE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,NR下行同步(Transmitter=gNB,Receiver=UE)通过广播同步信号实现,NR上行同步(Transmitter=UE,Receiver=gNB) 通过随机接入过程实现。随机接入(RA)是UE和网络建立无线链路的必经过程。

5.1 随机接入触发条件

随机访问过程有许多事件触发条件,包括:

表3 不同场景触发不同类型的随机接入
触发场景 场景描述 RA类型
RRC_IDLE初始接入连接建立 当UE从RRC_IDLE转到RRC_CONNECTED,需要建立RRC连接时,UE会发起RA 基于竞争的随机接入(CBRA)
RRC连接重建 当UE检测到无线链路失败,需要重新建立RRC连接时,UE会发起RA 基于竞争的随机接入(CBRA)
下行数据到达 当UE处于RRC_CONNECTED,gNB有下行数据需要传输给UE,但UL同步状态为“失步”,则gNB将控制UE发起RA 基于竞争的随机接入(CBRA)
上行数据发送 当UE处于RRC_CONNECTED,UE有上行数据需要传输给gNB,但UL同步状态为“失步”,则UE将发起RA 基于竞争的随机接入(CBRA)
切换handover 当UE进行切换时,会在目标小区发起RA 优先基于非竞争的随机接入(CFRA)
从RRC_INACTIVE接入
SN建立
beam异常恢复

当且仅当DL的测量质量低于广播阈值时,UE选择SUL载波进行初始接入

一旦启动,随机接入进程的所有上行传输仍保留在选定的载波上。

5.2 随机接入流程

图7 UE随机接入流程

 随机接入分为基于竞争的随机接入(CBRA)和基于非竞争的随机接入(CFRA)。

CBRA中gNB通过竞争解决不同UE的接入。

CFRA中gNB分配专用RA前导,UE不会发生前导冲突

5.3 RRC_Inactive态下的RAN更新过程

图8 RRC_INACTIVE态下的RAN更新过程

UE终端发生改变时,其更新流程具体描述如下:

1:UE从RRC_Inactive恢复,提供由最后一个服务的gNB分配的I-RNTI和适当的原因,如RAN通知区域更新;

2:若能够解析包含在I-RNTI中的gNB标识,gNB请求最后一个服务的gNB提供UE上下文;

3:最后一个服务的gNB提供UE上下文;

4:gNB可将UE移动到RRC_Connected,或将UE发送回RRC_Inactive状态,或将UE发送回RRC_Idle状态,如果发送回RRC_Idle态就不需要以下步骤;

5:为防止丢失最后一个服务的gNB中缓存的DL用户数据,gNB提供转发地址;

6-7:gNB执行路径转换(gNB和AMF之间的链路);

8:gNB在最后一个服务的gNB触发UE资源释放;

9:UE向最后一个服务的gNB发起接入;

……

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