5G SA信令流程.pdf

### 5G SA 信令流程详解 #### 一、5G SA 信令流程概述 5G SA（独立组网）信令流程是确保用户设备（UE）能够顺利接入5G网络的关键技术之一。本篇文章将重点介绍5G SA中的随机接入（RA）过程及其在UE与gNB（5G基站）间的交互机制。 #### 二、随机接入(RA)的重要性及原理 随机接入（RA）是UE接入网络和建立业务承载的第一步，也是5G网络的一项基础功能。为了实现通信双方之间的有效通信，必须首先建立时间同步。对于5G NR而言，下行同步通过广播同步信号完成，而上行同步则通过随机接入过程来实现。 ##### 2.1 实现UE与gNB的上行同步（TA） 随机接入的第一个主要功能是实现UE与gNB之间的上行同步。这是通过调整UE的传输时间来实现的，以确保其上行信号能够准确地到达gNB。 ##### 2.2 获取UL Grant，申请上行资源 第二个功能是UE可以通过随机接入过程获取上行链路许可（UL Grant），从而申请所需的上行资源。 #### 三、随机接入类型 根据接入过程的特点，随机接入可以分为两种类型： 1. **基于竞争的随机接入**： - **特点**：UE自行选择Preamble进行接入，可能会与其他UE发生冲突。 - **应用场景**：当UE处于RRC_IDLE或RRC_INACTIVE状态时，通常使用基于竞争的随机接入进行初始接入。此时UE尚未与网络建立RRC连接，只能根据SIB1中广播的RACH配置选择Preamble。 - **流程**：UE向gNB发送Preamble，gNB回应随机接入响应（包含时间提前量、T-C-RNTI、上行许可等），UE随后发送L2/L3消息，最后gNB发送解决竞争的消息。 2. **基于非竞争的随机接入**： - **特点**：gNB为UE分配专用的Preamble进行接入，减少了冲突的可能性。 - **应用场景**：UE处于RRC_CONNECTED状态时，如果gNB可以通过RRC信令或PDCCH ORDER方式给UE分配专用Preamble，则采用非竞争接入。 - **流程**：UE接收gNB分配的专用Preamble后发起接入，gNB回应随机接入响应（包含时间提前量、C-RNTI、上行许可等）。 #### 四、随机接入触发场景 随机接入的触发场景包括但不限于以下几种情况： 1. **初始接入**：UE首次接入5G网络时。 2. **切换**：UE在网络间进行切换时。 3. **上行同步丢失**：UE失去与gNB的时间同步时。 4. **上行数据传输**：UE需要发送上行数据但没有可用的UL Grant时。 5. **连接重建**：UE与gNB间的连接中断后重新建立连接时。 #### 五、随机接入过程示例 基于竞争的随机接入过程中，UE自行选择Preamble发起接入请求，gNB收到请求后回复随机接入响应，UE发送L2/L3消息，gNB再回复解决竞争的消息。具体流程如下： 1. **MSG1**：UE向gNB发送Preamble（携带RA-RNTI以及L2/L3消息大小的指示）。 2. **MSG2**：gNB向UE发送随机接入响应（包含时间提前量、T-C-RNTI、上行许可等）。 3. **MSG3**：UE向gNB发送L2/L3消息。 4. **MSG4**：gNB发送消息解决UE间的竞争。 #### 六、注册流程 注册流程的主要功能包括UE注册到5GS网络，以及5GC的注册流程与EPC的附着流程的区别在于实现了MM（移动管理）与SM（会话管理）的解耦，注册流程中不会创建PDU会话。注册流程的触发条件包括： 1. **初始注册**：类似于4G中的附着。 2. **移动性注册更新**：当UE在连接态或空闲态下移动到注册区外的新TA，或者当UE虽未移动到新TA但需要更新其能力参数或协议参数。 3. **周期性注册更新**：类似于4G中的周期性TAU。 #### 结论 5G SA信令流程中的随机接入过程是确保UE能够成功接入5G网络并建立有效通信的基础。通过对随机接入的不同类型、触发场景及注册流程的详细介绍，我们可以更深入地理解5G网络的接入机制及其背后的原理。这些机制不仅提高了网络的效率和可靠性，也为未来5G应用的发展奠定了坚实的基础。