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RRC 层 | 带你读《5G 空口设计与实践进阶 》之九

简介: RRC(Radio Resource Control)层是控制面的高层,主要负责控制 L1/L2完成空口资源传输,并为 NAS 层提供信息传输服务。
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无线接口架构

NR 整体架构

| 2.3 RRC 层 |

RRC(Radio Resource Control)层是控制面的高层,主要负责控制 L1/L2完成空口资源传输,并为 NAS 层提供信息传输服务。

2.3.1 RRC 层功能

RRC 层的功能可以分为以下五大类。
(1)系统消息广播:公共 NAS 消息;RRC_IDLE、RRC_INACTIVE 状态UE 的信息;RRC_CONNECTED 状态 UE 的信息;公共频道信息;CMAS 通知。
(2)RRC 连接控制:寻呼;建立/修改/暂停/恢复/释放 RRC 连接;初始安全激活;建立/修改/激活 SRB/DRB;DC、CA 模式的小区管理;无线链路故障恢复。
(3)移动性管理:切换和上下文传输;RAT 移动性;安全激活。
(4)测量配置报告:建立/修改/释放测量;建立和释放测量 GAP;测量报告。
(5)其他功能:NAS 信息传输;UE 无线接入能力传输;安全功能,包括密钥管理;QoS 管理。

2.3.2 RRC 状态

NR 支持 3 种 RRC 状态,包括 RRC_IDLE(空闲态)、RRC_INACTIVE(去激活态)和 RRC_CONNECTED(连接态),如图 2-9 所示。

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当 UE 处于 RRC_IDLE 状态时,其特征是 UE 未保留 RRC 上下文(RRCContext)。RRC 上下文是 UE 与网络之间建立通信的关键参数,具体包括安全上下文、UE 能力信息等。这也意味着,UE 尚未与核心网 NGC 建立连接,即处于 CN_IDLE 状态。此时,UE 不存在待传送的数据,自身将进入休眠(Sleep)状态,关闭收发单元以降低功耗。处于空闲态的 UE 仅周期性地唤醒以接收可能的寻呼消息,即 Paging DRX(不连续接收)。
当 UE 处于 RRC_CONNECTED 状态时,UE 已建立了 RRC 上下文,UE与网络之间建立通信所必需的全部参数均已为通信双方所知,网络为接入的UE 分配了 C-RNTI,UE 与核心网则处于 CN_CONNECTED 状态。此时,如UE 正在传送数据,则处于连续接收状态,直至数据传送完成而进入等待状态时,切换为连接态 DRX 以节省功耗。如果后续还有数据待传送,则 UE再次返回连续接收状态。此时,由于 RRC 上下文已建立,UE 离开连接态DRX 并准备连续接收所需的切换时间相对于从空闲状态切换到连接状态的时间要短得多。
综上可知,RRC 状态不仅影响 UE 的发射功率,还影响处理时延。在 LTE中仅支持 RRC_IDLE 和 RRC_INACTIVE 两种状态是符合网络需求的。但是,未来 NR 网络将存在大规模的静态物联网。这类静态物联网终端具有海量连接、小数据分组、密集发送的特点,部分还对时延有一定的敏感性。那么,如果终端频繁在 RRC_IDLE 状态和RRC_CONNECTED 状态之间切换,将引起极大的信令开销以及不必要的连接时延。而如果让这类终端长时间驻留在RRC_CONNECTED 状态,海量的连接数又将导致极大的功耗。因此,NR 引入了一个新的 RRC 状态,即 RRC_INACTIVE。
当 UE 处于 RRC_INACTIVE 状态时,UE 和网络之间保留了 RRC 上下文,UE 与核心网也处于 CN_CONNECTED 状态。此时,切换到连接态以进行数据接收的流程是相对快速的,且无须产生额外的核心网信令开销。此外,处于RRC_INACTIVE 状态的 UE 也同样会进入休眠状态。因此,RRC_INACTIVE状态能够满足降低连接时延、减小信令开销和功耗的需求。
需要强调的是,RRC_IDLE、RRC_INACTIVE 和 RRC_CONNECTED 三者的主要不同还在于移动性管理方面。对于 RRC_IDLE 和 RRC_INACTIVE,UE的移动性是通过 UE 进行小区重选来实现管理的,而 RRC_CONNECTED 状态下的 UE 移动性则是由网络侧基于测量进行管理的。
NR RRC 状态的切换如图 2-10 所示。RRC_IDLE 和 RRC_CONNECTED 状态,以及 RRC_INACTIVE 和 RRC_CONNECTED 状态之间均可以支持双向切换。但是,RRC_IDLE 无法直接切换到RRC_INACTIVE 状态,反之则可以。此外,目前, R15 协议中对于 RRC_CONNECTED 状态如何切换到RRC_INACTIVE 状态,以及 RRC_INACTIVE 如何切换到 RRC_IDLE 状态的标准化仍处于 FFS(未来继续研究)状态。

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当 NR 与 LTE 共存时,NR RRC 与 LTE RRC 的状态交互如图 2-11 所示。注意到,UE 可以在 NR RRC_IDLE 和 LTE RRC_IDLE 之间双向重选,但当 UE处于 NR RRC_INACTIVE 状态时,只能从 NR RRC_INACTIVE 重选到 LTERRC_IDLE 状态,而不能反向重选。

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此外,NR RRC 也支持与 UMTS/GSM RRC 的交互,如图 2-12 所示。

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2.3.3 NR 与 LTE RRC 层的对比

NR RRC 层协议基本与 LTE 一致,但 NR RRC 层对功能进行了扩展。除了引入新的 RRC 状态 RRC_INACTIVE 外,NR RRC 还支持 EN-DC(LTE-NR 双连接)中的 RRC 独立连接和 RRC 分集。
RRC 独立连接是指除作为主站的 eNB 外,作为从站的 gNB 也可独立地配置网络到 UE 之间的 RRC 连接,如图 2-13 所示。这种配置方式可以降低传输时延和回传链路上的信令开销,实现快速、高效的RRC 配置以及对多连接链路的优化管理。
RRC 分集是指主站 MeNB的 RRC 消息可以被复制,并通过主站 MeNB 和从站 SeNB 向 UE发送相同的 RRC 消息,通过这种方式保证 RRC 消息传送的可靠性,如图 2-14 所示。通过配置RRC 分集的方式,在切换过程中也能避免无线链路失败以及RRC 连接重建的过程,从而提高切换性能,保证用户的无缝移动性。

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| 2.4 SDAP 子层 |

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