5G 信令分析指导书5G 信令分析指导书文档版本01发布日期2019-08-02目录1 概述 (1)2 开机入网 (3)2.1 小区搜索与选择 (3)2.2 系统消息广播 (4)2.2.1 系统消息获取 (6)2.2.2 系统消息更新 (7)2.2.3 ODOSI过程 (8)2.2.4 关键消息解读 (9)2.2.4.1 MIB (9)2.2.4.2 SIB1 (11)2.2.4.3 SI (17)2.3 随机接入 (18)2.3.1 基于竞争的随机接入 (20)2.3.2 基于非竞争的随机接入 (24)2.4 RRC连接建立 (28)2.4.1 RRC建立流程 (29)2.4.2 RRC拒绝过程 (31)2.4.3 RRC重发处理 (31)2.4.4 关键消息解读 (33)2.4.4.1 RRCSetupRequest (33)2.4.4.2 RRCSetup (34)2.4.4.3 RRCSetupComplete (36)2.4.4.4 RRCReject (37)2.5 注册流程 (37)3 上下文管理 (38)3.1 初始上下文建立过程 (38)3.1.1 安全模式过程 (40)3.1.2 UE能力查询过程 (42)3.1.3 关键消息解读 (43)3.1.3.1 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST (43)3.1.3.2 NGAP INITIAL CONTEXT SETUP RESPONSE (44)3.1.3.3 RRC SecurityModeCommand (45)3.1.3.4 RRC SecurityModeComplete (45)3.1.3.5 RRC UECapabilityEnquiry (45)3.1.3.6 RRC UECapabilityInformation (46)3.2 UE上下文修改过程 (46)3.3 UE上下文释放过程 (48)4 会话管理 (49)4.1 5G QoS Architecture (49)4.1.1 概述 (49)4.1.2 QoS Flow (50)4.1.3 QoS Parameters (51)4.1.4 QoS Flow到DRB的映射 (56)4.2 PDU会话建立过程 (58)4.3 PDU会话修改过程 (59)4.4 PDU会话释放过程 (59)4.5 关键消息解读 (60)4.5.1 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP REQUEST (60)4.5.2 NGAP PDU SESSION RESOURCE SETUP RESPONSE (63)4.5.3 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY REQUEST (63)4.5.4 NGAP PDU SESSION RESOURCE MODIFY RESPONSE (65)4.5.5 RRCReconfiguration (65)4.5.6 RRCReconfigurationComplete (66)5 寻呼流程 (67)5.1 5GC寻呼 (67)5.1.1 信令流程 (68)5.1.2 关键消息解读 (70)5.1.2.1 NGAP PAGING (70)5.1.2.2 RRC PAGING (71)5.2 RAN寻呼 (71)5.2.1 信令流程 (72)5.2.2 关键消息解读 (73)5.2.2.1 RAN PAGING (73)5.3 寻呼消息发送 (75)6 切换流程 (77)6.1 站内切换 (77)6.2 Xn切换 (80)6.3 N2切换 (82)6.4 LNR切换 (83)6.5 LNR重定向 (85)7 NAS流程 (87)7.1 注册 (88)7.2 去注册（终端发起） (88)7.3 去注册（网络发起） (89)7.4 业务请求（主叫） (89)7.5 业务请求（被叫） (90)1 概述信令过程是电信通信网络中一个十分重要的概念，在呼叫建立和呼叫拆除过程中，UE 与gNB之间、gNB与5GC、以及gNB与gNB之间都要交互一些控制信息，以创建对等的协议实体并协调相互的动作，这些控制信息称为信令，这个交互过程就是信令过程。
遵循3GPP协议规范，通信双方先交互信息，创建控制面对等的协议实体；然后，通过控制面实体，进一步交互信息，创建用户面对等的协议实体；后续，通过用户面实体进行数据传输。
图1. 控制面&用户面过程图2. E2E信令流程概览本文主要介绍5G SA信令流程。
2 开机入网UE入网过程包括几个子过程：●小区搜索与选择UE开机选网，小区搜索并完成下行同步。
●系统消息广播UE读取广播信息，选择合适小区进行驻留。
●随机接入UE与gNB建立上行同步。
●RRC连接建立UE与gNB建立RRC连接。
●注册过程UE注册到5G网络，网络侧开始维护该UE的上下文。
2.1 小区搜索与选择2.2 系统消息广播2.3 随机接入2.4 RRC连接建立2.5 注册流程2.1 小区搜索与选择小区搜索过程是UE和小区取得时间和频率同步，并检测小区ID的过程。
其基本过程描述如下：1.UE开机后按照3GPP TS 38.104定义的Synchronization Raster搜索特定频点；2.UE尝试检测PSS/SSS，取得下行时钟同步，并获取小区的PCI；如果失败则转步骤1搜索下一个频点；否则继续后续步骤；3.UE尝试读取MIB，获取SSB波束信息、系统帧号和广播SIB1的时频域信息；4.UE读取SIB1，获取上行初始BWP信息，初始BWP中的信道配置，TDD小区的半静态配比以及其它UE接入网络的必要信息等，同时获取广播OSI的搜索空间信息；5.UE读取OSI，获取小区的其它信息（主要是移动性相关的信息）。
图2-1小区搜索流程图2.2 系统消息广播系统消息广播是UE获得网络基本服务信息的第一步，通过系统消息广播过程，UE可以获得基本的AS层和NAS层信息：AS层信息包括公共信道信息、一些UE所需的定时器、小区选择/重选信息以及邻区信息等；NAS层信息包括运营商信息等。
UE通过系统消息获得的这些信息，决定了UE在小区中进行驻留、重选以及发起呼叫的行为方式。
UE在如下场景会读取系统消息：小区选择（如开机）、小区重选、系统内切换完成、从其他RA T系统进入5G RA T、以及从非覆盖区返回覆盖区时，UE都会主动读取系统消息。
当UE在上述场景中正确获取了系统消息后，不会反复读取系统消息，只会在满足以下任一条件时重新读取系统消息：●收到gNB寻呼，指示系统消息有变化。
●收到gNB寻呼，指示有ETWS或CMAS消息广播。
●距离上次正确接收系统消息3小时后（参见3GPP 38331.5.2.2.2.1 SIB validity: The UE deleteany stored version of SI after 3 hours from the moment it was successfully confirmed as valid）。
系统消息分类参见38.300.7.3.1 按照内容分类，系统消息可以分为MSI（Minimum System Information）和OSI（Other System Information）两大类。
●MSI：包括MIB和SIB1（SIB1也叫RMSI）●OSI：包括SIB2~SIBn，支持ODOSI模式。
各类系统消息承载信道、下发方式和承载的内容，如下表所示：系统消息信道模型系统消息广播功能信道映射模型如下图所示：2.2.1 系统消息获取gNB下发系统消息可以是周期广播，也可以是按需订阅后广播。
因此，UE获取系统消息过程也有如下两种方式：1.搜索小区，解析MIB，检查小区状态a.如果CellBarred = barred，则停止系统消息获取过程；b.否则继续后续步骤；2.使用MIB里面携带的参数，尝试解析SIB1；a.如果SIB1解析成功，则存储相关信息，并继续后续步骤；b.否则停止系统消息获取过程；3.根据SIB1中指示的其他SIB发送方式，进一步尝试获取其他SIB：a.如果其他SIB是周期广播方式，则根据SIB1中指示的OSI搜索空间，尝试接收和解析SI；b.否则，UE通过订阅请求获得其他SIB(称作ODOSI)，参见本文“2.2.3 ODOSI过程”章节。
2.2.2 系统消息更新UE在开机选择小区驻留、重选小区、切换完成、从其他RAT系统进入NR-RAN、从非覆盖区返回覆盖区时，都会主动读取系统消息。
当UE在上述场景中正确获取了系统消息后，不再反复读取系统消息，只会在满足以下任一条件时重新读取并更新系统消息：●收到gNodeB寻呼消息指示系统消息变化。
●收到gNodeB寻呼消息指示有ETWS或CMAS消息广播。
●距离上次正确接收系统消息3小时后。
如3GPP TS 38.331所述，系统消息更新过程限定在特定的时间窗内进行，这个时间窗被定义为BCCH修改周期。
BCCH修改周期的边界由SFN mod m＝0的SFN值定义，即若某时刻满足SFN mod m＝0，则在此时刻（SFN满足上述公式的时刻）启动BCCH修改周期。
其中，m是BCCH修改周期的无线帧数。
UE通过寻呼DCI接收系统消息更新指示，在下一个BCCH修改周期接收更新后的系统消息。
系统消息更新过程如下图所示，图中不同颜色的小方块代表了不同的系统消息，UE在第n个修改周期接收系统消息更新指示，在第n+1个修改周期接收更新后的系统消息。
图2-2系统消息更新过程示意图BCCH修改周期（m个无线帧）= modificationPeriodCoeff * defaultPagingCycle其中：●modificationPeriodCoeff：修改周期系数，指示UE在BCCH修改周期内监听寻呼消息的最小次数，取值为2，不可配置。
●defaultPagingCycle：默认寻呼周期，单位为无线帧，可以通过参数NRDUCellPagingConfig.DefaultPagingCycle进行配置。
modificationPeriodCoeff和defaultPagingCycle在SIB1中广播。
对于除SIB6、SIB7、SIB8之外的系统消息更新，gNodeB将在SIB1中修改valueTag值。
UE读取valueTag值，并和上次的值进行比较，如果变化则认为系统消息内容改变，UE重新读取并更新系统消息；否则，UE认为系统消息没有改变，不读取系统消息。
UE在距离上次正确读取系统消息3小时后会重新读取系统消息，这时无论valueTag是否变化，UE都会读取全部的系统消息。