十一. 5G 毫米波(5G mmWave)無線網路接入流程

         5G NR初始無線接入同樣是當用戶端開機後，要先找到無線網路並與無線網路建立連接，首先需要先偵聽網路以獲得下行同步；接著再進行隨機接入來獲取上行同步，以便於接下來開始收發消息，建立連接。

5G NR隨機接入流程的觸發場景如下，場景1到場景5與4G LTE相同，場景6以後則是5G NR新加入的觸發場景。包括:

1) 初始接入：從用戶端從閒置(RRC_IDLE)狀態要進入連線(RRC_ CONNETTED)狀態；

2)連接重建：用戶端在無線連接失敗後要重新建立無線連接；

3)蜂巢間換手：用戶端已處於連線(RRC_CONNETTED)狀態，此時用戶端需要在新的蜂巢建立上行同步；

4)下行數據到達: 用戶端已處於連線(RRC_ CONNETTED)狀態下，當下行數據到達時，此時用戶端上行處於失去同步狀態；

5) 上行數據到達: 用戶端已處於連線(RRC_ CONNETTED)狀態下，上行數據到達，此時用戶端沒有可以用來做排程請求(Scheduling Request，SR)的實體上行控制通道(PUCCH)資源時；

6) 排程請求(SR)失敗：需要通過隨機接入流程重新獲得實體上行控制通道(PUCCH)資源；

7)非活躍狀態(RRC_INACTIVE)態下的接入：用戶端要從非活躍狀態(RRC_INACTIVE)回到連線狀態(RRC_CONNETTED)時；

8) 在次要蜂巢(Secondary Cell，SCell)添加時要建立時間對齊；

9) 請求其他系統資訊(SI)：用戶端處於閒置狀態(RRC Idle)或連線狀態(RRC_CONNETTED)下時，希望通過隨機接入過程請求其他系統資訊(SI)；

10) 波束失敗(Beam Failure)恢復：用戶端檢測到通道品質一直低於某一門檻(Threshold)時，需要重新尋找新的波束時。

5G NR中的隨機接入流程與4G LTE接入流程基本相同，一樣通過發送前置符元(Preamble)來啟動接入流程，接入流程也分為競爭接入和非競爭接入，但5G NR中的隨機接入過程使用了波束，如圖1所示。


圖1. 5G NR隨機接入流程

基於競爭的隨機接入過程應用於上述/2)/3)/4)/5)/6)/7)/8)/9)/10) 場景。基於非競爭的隨機接入過程則應用於上述3)/4)/8)/9)/10)場景中。

針對非獨立組網(NSA)因為與4G LTE網路同時存在，因此蜂巢搜尋所需要的相關資訊與參數，可以由4G LTE網路的基站端的無線資源通道(RRC)設定訊息提供。


在獨立組網(SA)情境下，每一次用戶端需要先挑選一個5G特定頻段，再進行同步信號區塊(Synchronization Signal Block，SSB)的搜尋；若失敗，再選下一個頻段，如圖2所示。


圖2. 5G NR非獨立組網蜂巢搜尋流程

Source: http://www.techplayon.com/5g-nr-cell-search-and-synchronization-acquiring-system-information/

其中同步信號區塊(SSB)在時域以20ms的週期，每一次5ms半個訊框的時間區間週期性發送內多次發送，並且有相應的編號，其可分別對應不同的波束。至於發送的模式(Pattern)則視傳輸使用頻率範圍與子載波間隔(Sub-carrier spacing，SCS)而定，如圖3所示。同步信號區塊(SSB)的編號，3GHz以下是0~3、3GHz到6GHz是0~7，毫米波頻段則是0~63。也就是毫米波頻段最多可以有64個波束。

對於用戶端而言，只有當同步信號區塊(SSB)對應的波束掃描信號覆蓋到該用戶端時，該用戶端才有機會發送前置符元(preamble)來啟動隨機接入流程。而當基站端收到用戶端的前置符是知道是那一個波束指向了該用戶端，因而建立那一個同步信號

區塊(SSB)與特定用戶端前置符元(preamble)之間的關聯，如圖3所示。



圖3. 5G同步信號區塊時間週期
(source: https://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_SS_Block.html)