5G NSA接入过程研究*

*基金：电子测量仪器技术蚌埠市技术创新中心项目（5G终端模拟测试技术）

作者简介：王嘉嘉(1984—)，男，高级工程师，主要从事移动通信测试仪表开发。E-mail：251799120@qq.com。

吴磊(1991—)，杨传伟(1987—)，男，工程师，主要从事移动通信测试仪表开发。

0   引言

随着5G 的逐步商用，我国已建成全球规模最大的5G 移动通信网络，作为推动数字经济发展的重要引擎，5G 建设将加速持续推进。本文以现网Option3X 模式为基础，结合实际信令消息，对NSA 模式下的接入过程进行深入研究。

1   5G组网方式

根据3GPP 的规划，5G 系统网络架构有非独立组网（non-standalone，NSA）和独立组网（standalone，SA）两种部署方式。考虑到现有实际情况并尽快实现5G 的商用，国内三大运营商初期以NSA 为主，同时为了最大限度实现5G 性能，有效分担现有LTE 的高话务区域，NSA 组网中主要选用Option3 系列中的Option3X模式^[1]。由于Option3X 架构是4G LTE 和5G NR 的双连接，且4G LTE 为锚点，属于EN-DC 的一种，如图1 所示。

其中，NSA 终端控制面锚定在LTE 小区， 包括SRB0、SRB1 和SRB2；NR 小区控制面信令通过LTE锚点小区转发给终端，当NR 小区建立SRB3 时，SRB3可以用来发送不涉及LTE 小区的NR 侧RRC 重配、重配完成、测量报告消息。用户面主要承载在NR 小区，NR 小区作为分流节点可将数据分流至LTE 小区转发给终端。

图1 NSA Option3X组网方式

2   承载类型

EN-DC 组网模式下，存在三种承载类型，分别是MCG承载、SCG承载和split 承载^[2]，从终端的角度来看，如图2 所示。

图2 EN-DC模式下的承载架构

Design & Application 通信与网络MCG 承载，即数据只在主站上传输。SCG 承载，即数据只在辅站上传输。Split 承载，又分为MCG Split承载和SCG Split 承载。MCG Split 承载，即数据经主站空口分流至辅站；SCG Split 承载，即数据经辅站空口分流至主站。

在Option3X 架构中，数据分流锚点在NR 小区，支持用户面数据通过NR 小区分流部分到LTE 小区上承载，其余继续在NR 小区上承载，即SCG Split 承载，即数据在NR 小区的PDCP 层进行分流，分别分往NR小区的RLC 层和LTE 小区的RLC 层，UE 接收数据后在PDCP 层进行聚合。

3   5G NSA接入过程

5G NSA 接入过程与4G LTE 接入过程^[3]相似，也包括系统消息广播、随机接入、附着、鉴权、安全、UE 能力查询等过程。本文以现网Sption3X 模式为基础，从以下几个方面展开介绍5G NSA 接入过程与4G LTE的不同。

3.1 系统消息广播

NSA 网络与4G 网络系统消息广播流程相似，包括主信息块MIB 和系统信息块SIB。与4G 网络不同的是，在SIB2 中增加了NSA 相关参数upperLayerIndication-r15（如图3 所示），能够用于NSA 小区能力指示，当NSA 终端接收到基站下发的SIB2 中携带该高层指示参数时，则显示5G 标识。

图3 小区5G能力指示字段

3.2 终端能力上报

4G 网络通常只有一次UE 能力查询，基站会向终端查询eutra、utra、geran-cs、geran-ps 和cdma2000-1XRTT 能力，终端会上报对应的4G、3G 和2G 能力。NSA 网络与4G 网络不同，基站会向终端发起2 次或3次（与基站厂家实现有关）UE 能力查询。第1 次UE能力查询与4G 网络相似，基站向终端查询4G、3G 和2G 能力（如图4 所示），但NSA 终端在上报eutra 能力^[4]时，会携带en-DC-r15 和bandNR-r15 字段（如图5 所示），表示支持NSA 能力和支持的5G NR 频段。第2 次（和第3 次）UE 能力查询，基站向终端查询eutra-nr 和nr 能力（如图6 所示）[5]。在终端上报的eutra-nr 能力中会携带UE-MRDC-Capability 字段，指示支持的4G 和5G 双连接band 组合（如图7 所示）；在UE-NR-Capability 能力中会携带接入协议版本、各层协议能力、支持频段和载波聚合能力等。

图4 4G、3G、2G UE能力查询

图5 NSA支持能力字段

图6 5G UE能力查询

图7 EN-DC支持频段组合

3.3 测量

在终端上报支持NSA 能力后，基站会通过RRC 连接重配消息下发LTE 小区测量控制的同时，携带NR小区的测量控制，包括NR 频点、测量周期和偏移、SCS、测量频段、测量事件B1 和相关门限等参数，如图8、图9 所示。

图8 测量对象字段

图9 测量事件字段

终端接收到测量控制后启动测量，当发现满足条件的NR 小区后，上报B1 测量报告，携带MeasResultCellNR-r15 字段，包含NR 小区的PCI 和RSRP，如图10 所示。

图10 测量报告

3.4 NR小区添加

在终端上报满足B1 事件的NR 小区信息后，基站通过RRC 连接重配消息下发NR 小区添加信息，携带的SpCellConfig 字段^[5]，包含NR小区PCI、SSB 频率、频段、PointA 频率、SCS、带宽，以及initialDownlinkBWP、initialUplinkBWP 等参数，如图11 所示。

图11 NR小区添加信息字段

3.5 承载建立

终端在LTE 锚点小区上接收到的RRC 连接重配消息中，携带DRB-ToAddMod 字段，其中包括eps-BearerIdentity 和drb-Identity。当终端通过LTE 锚点小区接收到的NR 侧消息中，携带的eps-BearerIdentity 和drb-Identity 与LTE 侧一致时，说明此时建立的为Split承载，如图12、图13 所示。

图12 LTE侧DRB信息字段

图13 NR侧DRB信息字段

3.6 NR小区随机接入

终端接收到的添加NR 小区的RRC 连接重配消息携带cfra 字段^[5]时，指示NR 小区侧的随机接入为非竞争随机接入，包含随机接入前导码索引等参数，如图14所示。终端采用指定的前导码索引，在分配的RACH资源上发送前导码，并接收随机接入响应，完成NR 小区上的随机接入，同时也完成了NSA 接入过程。

图14 NR侧随机接入cfra字段

4   结束语

本文首先介绍了5G 网络组网方式和承载类型；然后以现网Option3X 模式为基础，结合实际信令消息，详细分析了5G NSA 接入过程与4G LTE 的不同，为后续5G 技术研究、网络建设和优化等工作提供技术基础。

参考文献：

[1]李晖晖.NSA组网下2G/3G/4G/5G系统协同策略的研究[J].移动通信,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系统附着过程研究[J].电子产品世界,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).

（本文来源于《电子产品世界》杂志2021年11月期）