5G 信令分析指导书
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 delete
any 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。
2.2.3 ODOSI过程
参考3GPP38.331，ODOSI信令过程由gNB和UE协作完成：
●基站广播SIB1，指示某个OSI是以广播（broadcasting）方式下发还是订阅
（notBroadcasting）方式下发：
●针对订阅方式的OSI，基站可以分配专用的PRACH资源，并在SIB1中进行广
播，供UE请求OSI时使用：
●当基站以订阅方式下发OSI时，UE在接收OSI之前必须先解析SIB1，获得自己
所需要的OSI的si-BroadcastStatus状态，如果当前状态是broadcasting，则在该
OSI对应的SI-window上收听即可；否则，发起ODOSI订阅流程。
●UE发起ODOSI请求有MSG1和MSG3两种方式：
?MSG3请求方式：当SIB1中未包含ODOSI PRACH资源时，UE通过MSG3请求OSI；gNB通过MSG4确认收到请求（避免UE反复发送请求），立即广播被请求的ODOSI，持续广播2个SI-Period后，在对应的BCCH MP边界结束。此种方式下，gNB不分配ODOSI专用的PRACH资源，适用于PRACH 资源紧张的场景。
?MSG1请求方式：当SIB1中包含ODOSI PRACH资源时，UE通过MSG1请求OSI；gNB通过MSG2确认收到请求（避免UE反复发送请求），立即广播
被请求的ODOSI，持续广播2
个SI-Period后，在对应的BCCH MP边界结
束。此种方式下，gNB需要分配ODOSI专用的PRACH资源，适用于
PRACH资源充足的场景。
1、连接态UE无需获取OSI，ODOSI流程仅涉及空闲态和非活动态UE；
2、ODOSI过程从20A版本后开始支持。
2.2.4 关键消息解读
2.2.4.1 MIB
消息定义参见3GPP 38.331。
MIB（Master Information Block）主要作用是获取用户接入网络中的必要信息，具体包
括：
IE Presence取值范围含义说明备注
systemFrame Number M BIT STRING
(SIZE (6))
系统帧号高6位
subCarrierSp acingCommo n M ENUMERATE
D {scs15or60,
scs30or120}
RMSI/MSG2/MSG4使用
的子载波间隔，低频只能
是15k或30k，高频只能
IE Presence取值范围含义说明备注
是60k或120k
ssb-SubcarrierOff set M INTEGER
(0..15)
SS/PBCH RB边界和CRB
边界之间的偏差
dmrs-TypeA-Position M ENUMERATE
D {pos2, pos3}
PDSCH DMRS 的符号位
置
pdcch-ConfigSIB1 M INTEGER
(0..255)
RMSI所在的初始BWP
的时频域位置，带宽大小
等信息
cellBarred M ENUMERATE
D {barred,
notBarred}
小区是否禁止用户驻留
intraFreqRese lection M ENUMERATE
D {allowed,
notAllowed}
BAR小区后是否允许用
户重选到同频邻区
关键信元解读：
1.systemFrameNumber
系统帧号，共10bit，低4bit直接编码PBCH payload中。
2.ssb-SubcarrierOffset
携带K SSB(参见38.213）信息，指示SSB相对于CRB（Common Resource Block）的频域偏移。示意如下：
3.pdcch-ConfigSIB1
指示RMSI所在的CORESET的时频域位置和周期，其中MSB（4bit）用于指示RMSI的CORESET时频域位置，LSB（4bit）用于指示CORSET的周期，该参数间接指示了初始BWP的相关信息。示意如下：
4.cellBarred
指示是否BAR小区，填写方法如下：
场景编号场景描述NSA小
区
SA小
区
NSA&SA小区
1 激活小区Barred notBarr
ed
notBarred
2 高优先级
闭塞小区
- - -
3 中低优先
级闭塞小
区
Barred Barred Barred
4 解闭塞小
区Barred notBarr
ed
notBarred
5 NG-C故障Barred Barred Barred
6 NG-C恢复Barred notBarr
ed
notBarred
2.2.4.2 SIB1
消息定义参见3GPP 38.331。
SIB1消息定义参见38.331.6.2.2，具体包括：
IE Presen
ce
取值范围含义说明版本支持情况cellSelectionInfo O 小区选择信息
>q-RxLevMin O Q-RxLevMin 19B
关键信元解读：
1.cellAccessRelatedInfo
小区接入相关信息，具体包括：
IE Prese
nce
取值范围含义说明版本支持情况
>>PLMN-
IdentityInfo
19B
>>>plmn-
IdentityList
M SEQUENCE
(SIZE
(1..maxPLMN))
OF PLMN-
Identity
19B
>>>trackingAre
aCode
O TrackingAreaCo
de
如果该PLMN是SA
组网模式，则携带；
否则不携带。参见下
文notes说明。
19B
>>>ranac O RAN-AreaCode 19B
>>>cellIdentity M CellIdentity 19B
>cellReservedF
orOperatorUse
M NA
trackingAreaCode是可选信元，如果不携带，则表明该PLMN是NSA组网模式。38.331协议中相关描述如下：Indicates Tracking Area Code to which the cell indicated by cellIdentity field belongs.
The presence of the field indicates that the cell supports at least standalone operation; the absence of the field indicates that the cell only supports EN-DC functionality.
2.si-SchedulingInfo
IE Pr
es
en
ce
取值范围含义说明版本支持
情况
SI-
SchedulingInf
o
>schedulingI
nfoList
M SEQUENCE (SIZE
(1..maxSI-
Message)) OF
SchedulingInfo
参见下文详细说明19B
>>Scheduling
Info
>>>si-
BroadcastStat
us
M ENUMERATED
{broadcasting,
notBroadcasting}
SI发送方式，通过MO
gNBSibConfig和
NRDUCell.SibConfigId进行配
置
19B
>>>si-M ENUMERATED
{rf8, rf16, rf32,
SI发送周期，通过MO
gNBSibConfig和
19B
该信元指明了各个SI的调度方式，其基本原理描述如下：
a.基站广播哪些SI消息，由SIB1::schedulingInfoList指定了，每个SI消息在该
列表中的顺序以n表示（从1开始）。假如schedulingInfoList中指定了4个SI消息，则会有4个连续的SI窗口用于发送这4个SI消息，而n表明了SI 消息在第几个SI窗口。
b.每个SI消息对应一个SI窗口，窗长由SIB1::si-WindowLength字段指定，其
单位为slot；
c.每个SI消息的发送周期，由SIB1::si-Periodicity字段指定，其单位为无线
帧；
d.每个SI消息装载哪些SIBx，由SIB1::SchedulingInfo::sib-MappingInfo字段指
定。
e.对于某个SI消息，对应的SchedulingInfo信元在SIB1-> schedulingInfoList中
对应的入口编号为n，可以确定整数x = (n –1) * w，其中w是SI-window 的长度；
f.对于某个SI消息，通过如下公式确定调度时域：SI-window无线帧需要满足
SFN mod T = FLOOR(x/N)；SI-window起始slot #a需要满足a = x mod N；在其中T是关注的SI消息的周期，N是一个无线帧中的slot个数。
图1. SIB-SI映射及时域调度示例
3.servingCellConfigCommon
IE Pr
es
en
ce
取值范围含义说明版本支持情况
ServingCellCon
figCommonSIB
>downlinkConf igCommon M DownlinkConfigC
ommonSIB
下行公共参数配
置，包括下行频
点配置、初始下
行BWP、BCCH
和PCCH配置
19B
>uplinkConfig Common O UplinkConfigCom
monSIB
上行公共参数配
置，包括上行频
点配置、初始上
行BWP和TA
19B
>supplementary Uplink O UplinkConfigCom
monSIB
SUL小区上行公
共参数配置，包
括上行频点配
置、初始上行
BWP和TA
19B
>n-TimingAdvance Offset O ENUMERATED
{ n0, n25600,
n39936 }
19B
>ssb-
PositionsInBurs
t
M 19B
>ssb-PeriodicityServi ngCell M ENUMERATED
{ms5, ms10, ms20,
ms40, ms80,
ms160}
SSB周期，通过
MML配置
19B
>tdd-UL-DL-
ConfigurationC
O TDD-UL-DL-19B
IE Pr
es
en
ce
取值范围含义说明版本支持情况ommon ConfigCommon
>ss-PBCH-BlockPower O INTEGER (-
60..50)
19B
4.uac-BarringInfo
gNB基于MO NRDUCELLUACBAR配置信息广播UAC，UE根据UAC信息进行access bar check(详见38331第5.3.14.5节Access barring check部分)
如果UE发现SIB1中没有UAC信息，则认为接入不受控制，所有的业务都可以发起接入。