5G NSA接入過程研究

王嘉嘉 吳磊 楊傳偉

摘 要：從5G NSA現網實際部署情況出發，以Option3X模式為基礎，通過實際的信令消息，結合與4G LTE的不同，詳細分析了5G NSA接入過程中的系統消息廣播、終端能力上報、測量、NR小區添加、承載建立以及NR小區隨機接入等過程，為5G技術研究提供技術基礎。

關鍵詞：NSA；Option3X；EN-DC；接入

*基金：電子測量儀器技術蚌埠市技術創新中心項目（5G終端模擬測試技術）

0 引言

隨著5G的逐步商用，我國已建成全球規模最大的5G移動通信網絡，作為推動數字經濟發展的重要引擎，5G建設將加速持續推進。本文以現網Option3X模式為基礎，結合實際信令消息，對NSA模式下的接入過程進行深入研究。

1 5G組網方式

根據3GPP的規劃，5G系統網絡架構有非獨立組網（non-standalone，NSA）和獨立組網（standalone，SA）兩種部署方式。考慮到現有實際情況并盡快實現5G的商用，國內三大運營商初期以NSA為主，同時為了最大限度實現5G性能，有效分擔現有LTE的高話務區域，NSA組網中主要選用Option3系列中的Option3X模式[1]。由于Option3X架構是4G LTE和5G NR的雙連接，且4G LTE為錨點，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，包括SRB0、SRB1和SRB2；NR小區控制面信令通過LTE錨點小區轉發給終端，當NR小區建立SRB3時，SRB3可以用來發送不涉及LTE小區的NR側RRC重配、重配完成、測量報告消息。用戶面主要承載在NR小區， NR小區作為分流節點可將數據分流至LTE小區轉發給終端。

2 承載類型

EN-DC組網模式下，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。

MCG承載，即數據只在主站上傳輸。SCG承載，即數據只在輔站上傳輸。Split承載，又分為MCG Split承載和SCG Split承載。MCG Split承載，即數據經主站空口分流至輔站；SCG Split承載，即數據經輔站空口分流至主站。

在Option3X架構中，數據分流錨點在NR小區，支持用戶面數據通過NR小區分流部分到LTE小區上承載，其余繼續在NR小區上承載，即SCG Split承載，即數據在NR小區的PDCP層進行分流，分別分往NR小區的RLC層和LTE小區的RLC層，UE接收數據后在PDCP層進行聚合。

3 5G NSA接入過程

5G NSA接入過程與4G LTE接入過程[3]相似，也包括系統消息廣播、隨機接入、附著、鑒權、安全、UE能力查詢等過程。本文以現網Sption3X模式為基礎，從以下幾個方面展開介紹5G NSA接入過程與4G LTE的不同。

3.1 系統消息廣播

NSA網絡與4G網絡系統消息廣播流程相似，包括主信息塊MIB和系統信息塊SIB。與4G網絡不同的是，在SIB2中增加了NSA相關參數upperLayerIndication-r15 （如圖3所示），能夠用于NSA小區能力指示，當NSA終端接收到基站下發的SIB2中攜帶該高層指示參數時，則顯示5G標識。

3.2 終端能力上報

4G網絡通常只有一次UE能力查詢，基站會向終端查詢eutra、utra、geran-cs、geran-ps和cdma2000-1XRTT能力，終端會上報對應的4G、3G和2G能力。NSA網絡與4G網絡不同，基站會向終端發起2次或3次（與基站廠家實現有關）UE能力查詢。第1次UE能力查詢與4G網絡相似，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eutra能力[4]時，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能力中會攜帶接入協議版本、各層協議能力、支持頻段和載波聚合能力等。

3.3 測量

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

終端接收到測量控制后啟動測量，當發現滿足條件的NR小區后，上報B1測量報告，攜帶MeasResult CellNR-r15字段，包含NR小區的PCI和RSRP，如圖10所示。

3.4 NR小區添加

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

3.5 承載建立

終端在LTE錨點小區上接收到的RRC連接重配消息中，攜帶DRB-ToAddMod字段，其中包括epsBearerIdentity和drb-Identity。當終端通過LTE錨點小區接收到的NR側消息中，攜帶的eps-BearerIdentity和drb-Identity與LTE側一致時，說明此時建立的為Split承載，如圖12、圖13所示。

3.6 NR小區隨機接入

終端接收到的添加NR小區的RRC連接重配消息攜帶cfra字段[5]時，指示NR小區側的隨機接入為非競爭隨機接入，包含隨機接入前導碼索引等參數，如圖14所示。終端采用指定的前導碼索引，在分配的RACH資源上發送前導碼，并接收隨機接入響應，完成NR小區上的隨機接入，同時也完成了NSA接入過程。

4 結束語

本文首先介紹了5G網絡組網方式和承載類型；然后以現網Option3X模式為基礎，結合實際信令消息，詳細分析了5G NSA接入過程與4G LTE的不同，為后續5G技術研究、網絡建設和優化等工作提供技術基礎。

參考文獻：

[1]李暉暉.NSA組網下2G/3G/4G/5G系統協同策略的研究[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系統附著過程研究[J].電子產品世界，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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