3.7 5G信令
因为5G要支持更多的应用场景，其中，超可靠低时延（URLLC）是未来5G的关键服务，需要比LTE时隙更短的帧结构。
1.Numerology（参数集）
Numerology这个概念可翻译为参数集，大概意思是指一套参数，包括子载波间隔、符号长度、CP长度等，如表3-5所示。
表3-5 参数集的数值
5G的一大新特点是多个参数集（Numerology），其可混合和同时使用。Numerology由子载波间隔（subcarrier spacing）和循环前缀（cyclic prefix）定义。
在LTE/LTE-A中，子载波间隔是固定的15 k Hz，5G NR定义的最基本的子载波间隔也是15 k Hz，但可灵活可扩展。
所谓可灵活扩展，即NR的子载波间隔设为15×（2m）k Hz，m∈{-2，0，1，…，5}，也就是说子载波间隔可以设为3.75 k Hz、7.5 k Hz、15 k Hz、30 k Hz、60 k Hz、120 k Hz…对于5G帧结构，由固定结构和灵活结构两部分组成，如图3-24所示。
如图3-24所示，与LTE相同，无线帧和子帧的长度固定，从而允许更好的保持LTE与NR间共存。这样的固定结构，利于LTE和NR共同部署模式下时隙与帧结构同步，简化小区搜索和频率测量。
不同的是，5G NR定义了灵活的子构架，时隙和字符长度可根据子载波间隔灵活定义。
2.Mini-Slot（子时隙构架）
5G定义了一种子时隙构架，称为Mini-Slot。Mini-Slot主要用于超高可靠低时延（URLLC）应用场景。
图3-24 5G帧结构
如图3-23（红色方框）所示，Mini-Slot由两个或多个符号组成（待进一步研究），第一个符号包含控制信息。对于低时延的HARQ可配置于Mini-Slot上，Mini-Slot也可用于快速灵活的服务调度，估计仅一些5G终端支持Mini-Slot。
3.同步信号
为了连接网络，5G UE需执行初始小区搜索，其主要目的：
（1）寻找信号最强的小区来连接；
（2）获取系统帧timing，即帧的起始位置；
（3）确定小区的PCI；
（4）解调参考信号。
为了支持小区搜索，需用到PSS（Primary Synchronization Signal，主同步信号）和SSS（Secondary Synchronization Signal，辅同步信号）。
PSS和SSS在同步信号块（Synchronisation Signal Block）里传输，与PBCH（物理广播信道）一起，配置于固定的时隙位置，如图3-25所示。
在初始小区搜索期间，UE通过匹配滤波器对接收信号和同步信号序列进行相关，并执行以下步骤：
（1）发现主同步序列，获得符号和5 ms帧timing；
（2）发现辅同步序列，检测CP长度和FDD/TDD双工模式，并从匹配滤波器结果中获得准确的帧timing，从参考信号序列索引获取CI；
（3）解码PBCH并获得基本的系统信息。
为了支持波束扫描，同步信号块被组织成一系列脉冲串（burst），并周期性发送。
4.PBCH（物理广播信道）
PBCH向UE提供基本的系统信息，任何UE必须解码PBCH上的信息后才能接入小区。
图3-25 PSS和SSS
例如，PBCH提供的信息包括（待进一步讨论）：
（1）下行系统带宽；
（2）无线电帧内的定时信息；
（3）同步信号脉冲发送的周期性；
（4）系统帧号；
（5）其他较高层信息（待进一步讨论）。
其他广播信息被映射到共享信道上。
5.同步信号和PBCH的映射
目前，3GPP正在讨论同步信号和PBCH如何映射到物理资源。一种可能的映射如图3-26所示。
图3-26 同步信号和PBCH物理资源位置
PSS/SSS/PBCH只有4个符号，这样可确保快速的获得时间。PSS/SSS的保护带确保减少干扰。所有5G UE都必须支持24个PRB的带宽。
同步信号块带宽取决于子载波间隔，如图3-27所示。
图3-27 子载波间隔
6.系统信息
系统信息获取采用分级的方式。基本小区配置信息由PBCH提供，共享信道进一步提供更多的系统信息，如图3-28所示。完整的信息可以通过以下步骤获得：
图3-28 系统信息
（1）UE读取提供基本小区配置的PBCH，并找到下行控制信道（其调度共享信道）；
（2）UE读取为所有其他系统信息块提供调度信息的最小系统信息；
（3）UE读取其他所需的系统信息；
（4）UE请求系统信息，例如，仅与特定UE相关的系统信息。
注册管理用于向5GS注册或注销UE/用户，并在5GS中建立用户上下文。UE需要向网络注册以获得授权接收服务，以实现移动性跟踪并实现可达性。发生注册的情况如下：
①初始注册；②周期性注册更新；③CM-CONNECTED和CM-IDLE状态UE跟踪区域（TA）发送变化；④需要更新在注册过程中协商的能力或协议参数。
General Registration（一般注册）：
1.UE发送Registration Request到（R）AN消息携带的主要AN参数，（注册类型，SUCI或5G-GUTI或PEI，最后访问的TAI（如果可用），安全性参数，请求的NSSAI，请求的NSSAI的映射，UE无线电能力更新，UE MM核心网络能力，PDU会话状态，要激活的PDU会话列表，遵循请求，MICO模式首选项，请求的DRX参数）和UE策略容器（PSI列表）。
（1）注册类型：主要是上面所说的注册类型。
（2）终端的真实身份在5G里称为SUPI（SUbscription Permanent Identifier）（类似IMSI），通过公钥加密后的密文称为SUCI（SUbscription Concealed Identifier），SUCI传送给基站后，基站直接上传至核心网。手机用来加密SUPI的公钥放在USIM中，SUCI的解密算法只能被执行一次，放置在核心网的UDM中。
（3）在5G网络中终端收到Identity Request后不会再发送明文SUPI（类似IMSI）而是发送经过加密的SUCI（除非手机收到Identity Request可以发送Null-Scheme的SUCI即不加密）。
（4）SUCI上报的频率未做硬性规定。手机在收到网络侧发送的Identity Request时，需要回复SUCI。手机要保证每次发送的SUCI都是更新的、随机的。但伪基站仍可以不断要求手机发送SUCI，会导致手机电量消耗或者发起一些DoS攻击。
（5）PEI Permanent Equipment Identifier设备永久标识。
2.如果发送给（R）AN的信息中不包括5G-GUT或者包含了（R）AN认为无效的AMF，则根据（R）AT和请求的NSSSAI（如果是可用）选择AMF。
（1）如果UE处于CM-CONNECTED状态，则（R）AN可以基于UE的N2连接将注册请求消息转发到AMF。
（2）如果（R）AN不能选择适当的AMF，则它将注册请求转发到已经在（R）AN中配置的AMF，以执行AMF选择。
3.（R）AN到新AMF发送Registration Request消息
N2消息（N2参数，注册请求（如步骤1中所述）和UE接入选择和PDU会话选择信息，UE上下文请求）。
（1）当使用NG-RAN时，N2参数包括与UE驻留的小区相关的所选PLMN ID、位置信息和小区标识、建立原因。
（2）如果UE指示的注册类型是周期性注册更新，则可以省略步骤4到20。
4.（有条件的）新的AMF到旧的AMF
Namf_Communication_UEContext Transfer（完成注册请求）或新AMF到UDSF：Nudsf_Unstructured Data Management_Query（）。
（1）（使用UDSF部署）如果UE的5G-GUTI包含在注册请求中并且服务AMF自上次注册过程以来已经改变，则新的AMF和旧的AMF在相同的AMF集中并且部署UDSF，新的AMF使用Nudsf_Unstructured Data Management_Query服务操作直接向UDSF检索存储的UE的SUPI和UE上下文。
（2）（没有UDSF部署）：如果UE的5G-GUTI包含在注册请求中并且服务AMF自上次注册过程以来已经改变，则新的AMF可以调用Namf_Communication_UEContext Transfer服务操作，向旧的AMF发送包括完整的注册请求NAS消息以请求UE的SUPI和UE上下文，该消息可以采用完整性保护算法。
（3）如果新的AMF在切换过程期间已经从旧的AMF接收到UE上下文，则应跳过步骤4、5和10。
（4）对于紧急注册，如果UE用AMF未知的5G-GUTI标识自己，则跳过步骤4和5并且AMF立即从UE请求SUPI。如果UE用PEI标识自己，则应跳过SUPI请求。在没有用户身份的情况下允许紧急注册取决于当地法规。
5.（有条件的）旧的AMF到新的AMF或UDSF到新的AMF。
响应Namf_Communication_UEContext Transfe（SUPI，AMF中的UE上下文）或UDSF到新AMF：Nudsf_Unstructured Data Management_Query（）。
如果旧的AMF未通过注册请求NAS消息的完整性检查，则旧AMF应指示完整性检查失败。
6.（有条件）新的AMF向UE发送：Identity Request。
如果UE未提供SUCI也未从旧AMF检索SUCI，则AMF向请求SUCI的UE发送身份请求消息来发起身份请求过程。
7.（有条件的）UE向new AMF发送：Identity Response。
UE通过使用HPLMN的预配公钥来导出SUCI。以包括SUCI的身份响应消息进行响应。
8.AMF可以通过调用AUSF来决定发起UE认证。
在这种情况下，AMF选择基于SUPI或SUCI的AUSF。
如果AMF配置为支持未经认证的SUPI的紧急注册，并且UE指示注册类型紧急注册，则AMF跳过认证或AMF接受认证可能失败并继续注册过程。
9.鉴权加密和完整性保护过程。
10.（有条件）新的AMF到旧的AMF：Namf_Communication_RegistrationCompleteNotify（）。
（1）如果AMF已经改变，则新的AMF通过调用（备注http协议）Namf_Communication_RegistrationCompleteNotify服务操作通知旧的AMF，UE在新的AMF中完成注册。
（2）如果认证/安全过程失败，则应拒绝注册，并且新的AMF使用拒绝指示原因代码向旧的AMF调用Namf_Communication_RegistrationComplete Notify服务操作。旧的AMF继续保持原状态，好像从未接收到UE上下文传送服务操作。
（3）如果在旧注册区域中使用的一个或多个S-NSSAI不能在目标注册区域中服务，则新的AMF确定在新注册区域中不支持PDU会话。新的AMF调用Namf_Communication_RegistrationCompleteNotify服务操作，包括被拒绝的PDU会话ID和拒绝原因（例如，SNSSAI变得不再可用）发向旧的AMF。然后，新的AMF相应地修改PDU会话状态。旧的AMF通过调用Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext服务操作来通知相应的SMF在本地释放UE的SM上下文。
11.（有条件）新的AMF到UE：身份请求/响应（PEI）。
（1）如果UE未提供PEI也未从旧AMF检索PEI，则AMF发送身份请求消息以向UE发送身份请求消息以检索PEI。PEI应加密传输，除非UE执行紧急注册并且无法进行身份验证。
（2）对于紧急注册，UE可能已将PEI包括在注册请求中。如果是，则跳过PEI检索。
（3）备注可以用于鉴权是否为合法厂家的终端，一般国内不做PEI相关认证鉴权。
12.（可选的）新的AMF通过调用N5g-eir_EquipmentIdentity Check_Get服务操作来启动ME身份检查。
13.如果要执行步骤14，则基于SUPI的新AMF选择UDM（根据SUPI一般会选择home地），然后UDM可以选择UDR实例。
14.A＞C的过程（AMF的注册过程）。
（1）如果AMF自上次注册过程以来已经改变，或者如果UE提供不适用于AMF中的有效上下文的SUPI，或者如果UE注册到相同的AMF，则它已经注册到非3GPP接入（即UE通过非3GPP接入注册并发起该注册过程以添加3GPP接入），新的AMF使用Nudm_UECM_Registration向UDM注册，并且当UDM注销该AMF时预订通知。UDM存储与访问类型关联的AMF标识，并且不删除与其他访问类型关联的AMF标识。UDM可以存储由Nudr_UDM_Update在UDR中注册时提供的信息。
（2）AMF使用Nudm_SDM_Get检索SMF数据中的访问和移动订阅数据，SMF选择订阅数据和UE上下文。这要求UDM可以通过Nudr_UDM_Query从UDR检索此信息。收到成功响应后，AMF会在请求的数据被修改时使用Nudm_SDM_Subscribe进行通知，UDM可以通过Nudr_UDM_Subscribe订阅UDR。如果GPSI在UE订阅数据中可用，则GPSI在来自UDM的接入和移动订阅数据中被提供给AMF。UDM可以提供针对UE更新用于网络切片的订阅数据的指示。如果UE在服务PLMN中订购了MPS，则“MPS优先级”被包括在提供给AMF的接入和移动订阅数据中。
（3）新的AMF向UE提供其为UDM服务的接入类型，并且将接入类型设置为“3GPP接入”。UDM通过Nudr_UDM_Update将关联的访问类型与服务AMF一起存储在UDR中。
14d.旧的AMF移除UE的UE上下文。
当UDM将相关的接入类型（例如3GPP）与服务的AMF一起存储时，如步骤14a所示，它将使UDM向与其相对应的旧的AMF发起Nudm_UECM_DeregistrationNotification访问，如果存在的话，旧AMF移除UE的UE上下文。如果UDM指示的服务NF删除原因是初始注册，那么，旧的AMF调用Nsmf_PDUSession_ReleaseSMContext（SUPI，PDU会话ID）服务操作，对所有相关的SMF进行操作。UE通知UE从旧的AMF注销。获取此通知时，SMF将释放PDU会话。
14c.旧的AMF使用Nudm_SDM_unsubscribe取消订阅UDM以获取订阅数据。
15.如果AMF决定启动PCF通信（可以根据策略决定是否设置）。
例如，AMF尚未获得UE的接入和移动策略，或者如果AMF中的接入和移动策略不再有效，则AMF的行为如下所述。
（1）如果新的AMF在步骤5中从旧的AMF接收包括在UE上下文中的PCF，则AMF联系由（V-）PCF ID标识的（V-）PCF。
（2）如果不能使用由（V-）PCF ID识别的（V-）PCF（例如，没有来自（V-）PCF的响应）或者在步骤5中没有从旧的AMF接收到PCF ID，则AMF选择a（V）-PCF并且可以选择HPCF（用于漫游场景），根据规则建立V-NRF到H-NRF交互。
16.（可选的）新的AMF执行AM策略关联建立过程。
（1）同时PCF也向AMF调用Namf_EventExposuer_Subscribe订阅UE相关的事件。
（2）如果新的AMF在步骤5中联系由在AMF间移动期间接收的（V-）PCF ID标识的PCF，则新的AMF将在Npcf_AMPolicyControl创建操作中包括PCF ID。在初始注册程序期间，AMF不包括该指示。
（3）如果AMF向PCF通知移动性限制（例如UE位置）以进行调整，或者PCF由于某些条件（例如，使用中的应用，时间和日期）而更新移动限制本身，则PCF应提供更新的移动性限制到AMF。
17.（有条件的）AMF到SMF：
Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext()
如果在步骤1中注册请求中包含了“重新激活的PDU会话”，AWF向NPDF会话发送Nsmf DOUsession Update SMcontext请求，以激活PDU会话的用户平面连接。
备注：4G用户为永久在线，用户注册就会建立默认承载。而在5G建立默认承载改为可选项可以是永久在线也可以不是。
18.新的AMF到N3IWF：
N2 AMF Mobility Request()
支持多模终端的多接入处理（暂忽略）。
19.N3IWF to新的AMF：
N2 AMF Mobility Response()
同第18步。
20.（有条件的）旧的AMF到（V__）PCF：
AMF启动策略关联终止。
如果旧的AMF先前向PCF发起了策略关联，并且旧的AMF没有将PCF ID转移到新的AMF（例如，新的AMF在不同的PLMN中），则旧的AMF执行AMF发起的策略关联。用于删除与PCF的关联。
21.新的AMF到UE：注册接受消息，指示注册请求已被接受。
新的AMF到UE：注册接受（5G-GUTI，注册区域，移动性限制，PDU会话状态，允许的NSSAI，允许的NSSAI的映射，为服务PLMN配置的NSSAI，配置的NSSAI的映射，周期注册更新定时器，LADN信息和接受的MICO模式，支持PS语音的IMS语音指示，紧急服务支持指示符，接受的DRX参数等），网络分片订阅变更指示。
22.（有条件的）UE到新的AMF：
Registration Complete()
23.（有条件的）AMF到UDM：
如果UDM在14b中向AMF提供的接入和移动订阅数据包括漫游信息的指示，其中UDM请求确认从UE接收该信息，则AMF向UE提供使用Nudm_SDM_Info确认UDM。