5G NSA接入过程研究

王嘉嘉 吴磊 杨传伟

摘 要：从5G NSA现网实际部署情况出发，以Option3X模式为基础，通过实际的信令消息，结合与4G LTE的不同，详细分析了5G NSA接入过程中的系统消息广播、终端能力上报、测量、NR小区添加、承载建立以及NR小区随机接入等过程，为5G技术研究提供技术基础。

关键词：NSA；Option3X；EN-DC；接入

*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）

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。

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。

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輔站；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。

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。

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。

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MeasResult CellNR-r15字段，包含NR小区的PCI和RSRP，如图10所示。

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。

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epsBearerIdentity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。

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。

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。

參考文献：

[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 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）.

3545501908292