5G NSA接入過程研究*

*基金：電子測量儀器技術(shù)蚌埠市技術(shù)創(chuàng)新中心項(xiàng)目（5G終端模擬測試技術(shù)）

作者簡介：王嘉嘉(1984—)，男，高級工程師，主要從事移動通信測試儀表開發(fā)。E-mail：251799120@qq.com。

吳磊(1991—)，楊傳偉(1987—)，男，工程師，主要從事移動通信測試儀表開發(fā)。

0   引言

隨著5G 的逐步商用，我國已建成全球規(guī)模最大的5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)，作為推動數(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NSA 模式下的接入過程進(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，國內(nèi)三大運(yùn)營商初期以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可以用來發(fā)送不涉及LTE 小區(qū)的NR 側(cè)RRC 重配、重配完成、測量報(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。

圖1 NSA Option3X組網(wǎng)方式

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]，從終端的角度來看，如圖2 所示。

圖2 EN-DC模式下的承載架構(gòu)

Design & Application 通信與網(wǎng)絡(luò)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接入過程

5G NSA 接入過程與4G LTE 接入過程^[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。

圖3 小區(qū)5G能力指示字段

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，基站會向終端查詢eutra、utra、geran-cs、geran-ps 和cdma2000-1XRTT 能力，終端會上報(bào)對應(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。

圖4 4G、3G、2G UE能力查詢

圖5 NSA支持能力字段

圖6 5G UE能力查詢

圖7 EN-DC支持頻段組合

3.3 測量

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

圖8 測量對象字段

圖9 測量事件字段

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

圖10 測量報(bào)告

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。

圖11 NR小區(qū)添加信息字段

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eps-BearerIdentity 和drb-Identity。當(dāng)終端通過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)，說明此時(shí)建立的為Split承載，如圖12、圖13 所示。

圖12 LTE側(cè)DRB信息字段

圖13 NR側(cè)DRB信息字段

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)接入為非競爭隨機(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 接入過程。

圖14 NR側(cè)隨機(jī)接入cfra字段

4   結(jié)束語

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)：

[1]李暉暉.NSA組網(wǎng)下2G/3G/4G/5G系統(tǒng)協(xié)同策略的研究[J].移動通信,2020,44(10):19-24.

[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 R a d i o A c c e s s ( E - U T R A ) ; R a d i o R e s o u r c e C o n t r o l (RRC);Protocol specification[S].2021.

[ 5 ] 3 G P P TS 3 8 . 3 3 1 V1 5 . 1 3 . 0 N R ; R a d i o Res o u r c e Control(RRC)protocol specification[S].(2021-03).

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年11月期）