5G网络RRC非激活态专利分析

摘要：5G NR系统中提出了一种新的状态RRC非激活态，以降低网络连接延时，节省网络连接时的信令消耗。本文针对RRC非激活态技术的专利申请情况进行分析，分别从申请趋势、申请人、以及基础专利及其同族专利的分布地域三个方面对各国针对RRC非激活态技术的专利申请做总体分析，接着，本文针对RRC非激活态技术的包括RRC三种状态间转换、RAN区域配置及更新、非激活态下的寻呼、非激活态下的移动性管理及数据传输的五个重要技术分支进行介绍，并介绍了各个技术分支下的重要专利申请。基于本文中RRC非激活态各个方面的分析介绍，使得我们对该RRC非激活态的专利申请及布局有了清晰的认识，为后续专利布局提供了依据。

关键词：RRC非激活态；
RRC空闲态；
RRC连接态；
通知区域更新；
状态转换；
寻呼；
移动性管理

一、背景技术

传统的LTE（长期演进）系统只有RRC Idle（RRC空闲态）和RRC Connected（RRC连接态）两个状态，在进行数据包传输时，LTE终端处于连接态，在数据包传输完毕后，eNB会释放RRC连接使得LTE终端进入空闲态，以节省终端电能，进入空闲态时，会删除UE AS上下文，在需要进行数据包传输时，LTE终端会重新发起RRC连接建立过程，与接入网、核心网之间建立上下文。但是终端在从RRC空闲态转换到RRC连接态时，转换的时间过长，并且会产生很多的信令开销，为了使得UE迅速转换为连接态以发送数据，同时减少状态转换过程中所带来的信令开销，在NR系统中，在RRC连接态和RRC空闲态引入了一种中间状态，即为RRC inactive（RRC非激活态）[1]。

在非激活态中，在UE、接入网和核心网保留UE的上下文，且保留接入网与核心网之间的控制面和用户面，因此，当需要将UE转换至连接态时，仅需要RRC恢复过程即可实现，无需再次分配上下文过程，降低了转换造成的延时及信令开销。

在下文中，我们将针对5G网络中非激活态专利申请情况进行总的分析，并针对非激活态的重要技术分支及重要专利进行介绍。

二、专利申请情况分析

本章节主要针对5G网络非激活态的专利申请情况作整体分析，本章节的数据基础主要对应于截至2022年4月11日在专利库中所公开的专利申请，共10341篇。

下面对这些申请文件进行分析，分析主要包含以下几个方面：申请趋势分析、申请人情况分析、申请地域分析、技术领域分析和主要申请人专利情况分析。

（一）申请趋势分析

由圖1可知，从2014开始有关于RRC_inactive技术的专利申请，但是在后续的3年间，申请数量变化趋势相对缓慢，总数仅有406件，从2017年开始数据急剧上升，在2017年数据升至913件，2020年专利申请量达到最大，因在2020年5G相关技术均达到一个成熟期，因此，在2020年专利申请量达到顶峰后，2021年专利申请量略有下降，但申请数量仍较大，由于2022年专利申请大部分还未公开，因此，基于数据显示，2021年基于RRC_inactive技术的专利申请数量极少。从上述数据可以看出，2017-2021年是针对RRC_inactive技术进行专利布局的高峰期，其占总申请量的83.78%。

（二）申请人情况分析

从图2中可以看出，该技术的主要申请人均是通信领域的知名企业。其中，LG在RRC_inactive技术上的申请量为1297件，位居首位，约占总申请量的12.54%，华为和三星的申请量分别居于第二、三位，其中，华为的申请数量也占据了约10.84%的比例。并且，所列出的10位主要申请人中，有三个中国企业榜上有名，分别为华为、OPPO、vivo，中国申请量相对巨大，对5G中RRC_inactive技术的发展做出了重要贡献。

（三）RRC_inactive技术基础专利及其同族地域分布

由图3可知，该技术分支基础专利及其同族专利主要分布在国际局和五大局，其中中国、美国及国际局备受申请人青睐，受到市场及申请人的影响，除国际局外，在中国专利局及美国专利局的申请量是最大的。除了五大专利局及国际局之外，印度、中国台湾、巴西（BR）、加拿大（CA）、俄罗斯（RU）等国家和地区市场也颇受重视，专利申请量也较高。从上图可以看出，通信相关企业对于RRC_inactive技术在专利布局方面主要着重点在五大局及国际局，而从辐射的国家和地区看，通信相关企业也比较注重专利布局的地域全面性，基本覆盖了常见的各个国家和地区。

三、RRC_inactive技术分支及重要专利

在现有的专利中，针对RRC_inactive主要讨论了三种状态间的转换、RAN区域配置及更新、非激活状态下的寻呼、非激活状态下的移动性管理、非激活状态下数据传输及非激活状态下的系统信息获取等，下文中针对一些较为重要的技术分支及其相关专利进行介绍。

（一）RRC状态转换介绍[2]及其重要专利

在RRC三种状态即连接态、空闲态、非激活态之间的状态转换，主要是非激活态与连接态之间的相互转换、空闲态与连接态之间的相互转换及非激活态向空闲态的转换。处于RRC非激活态的UE通过RRC恢复过程来转换至已经挂起的RRC连接态，通过上述过程，能够恢复SRB和DRB，还可以进行RNA的更新，网络侧拒绝恢复请求时，可以释放UE到空闲态或非激活态。而RRC连接态与RRC空闲态之间的转换与LTE系统中RRC连接态与空闲态间的转换方式相同。例如，华为技术有限公司的专利CN105898894B记载了接入网根据UE的非激活态指示信息，在UE离开连接态进入非激活态时，保存UE的上下文信息，并向UE发送进入非激活态的命令；
KT CORPORATION的专利US10440691B2记载了当UE改变状态时，基于从移动性管理实体接收到的RRC状态指令信息确定UE的RRC状态，该RRC状态与RRC空闲态及RRC连接态不同。

（二）RAN区域配置、更新及其重要专利

在传统移动通信系统中，UE的位置区域主要包括核心网级别的位置区域，即由核心网控制的UE位置区域，也叫TA区域，根据TA值，核心网可以对UE进行跟踪。在新一代移动通信系统中，UE的位置区域还包括接入网级别的位置区域，也称为接入网通知区域RNA（RAN Notification Area），该位置区域用于接入网查找UE。由于UE的移动等因素，该RNA需要配置并更新。例如，电信科学技术研究院的专利US10999702B2为非激活态的终端定义了一种新的位置管理区域，即无线接入网侧的无线接入网跟踪区域RTA，该RTA为网络侧向UE发送寻呼的区域。

（三）非激活态下的寻呼及其重要专利

在5G NR非激活态中，网络侧给该状态下的UE配置了网络侧通知区域，网络侧通知区域一般比UE的TA列表中的跟踪区域小，网络侧有下行数据或信令传输时，网络侧需要给非激活态下的UE发送寻呼消息，而该寻呼过程是在网络侧通知区域内进行[3]。例如，电信科学技术研究院的专利CN107018497B记载了向非激活态的终端发送携带有是否发送寻呼消息的指示，在接收到终端的随机接入序列满足一定条件时，向终端发送寻呼消息；
OFINNO TECHNOLOGIES， LLC的专利US10368334B2记载了基站从第二基站接收第一分组，并从核心网接收第二分组，判断接收第一分组和第二分组的持续时间是否大于时间阈值，若是，向UE相关的RAN区域的第三基站发送第一RAN寻呼消息，以及无论持续时间是否大于时间阈值，所述基站均向第二基站发送第二RAN寻呼消息，基于针对第一RAN寻呼消息或第二RAN寻呼消息的响应判断将第二分组发送至第二基站或第三基站。

（四）非激活态下的移动性管理及其重要专利

由于5G NR系统中引入了一种新的状态RRC非激活态，在该状态下，并没有针对UE的移动性进行管理的方法，因此，非激活态下的移动性管理成了5G NR中一个新的研究方向。在UE处于非激活态时，UE通过小区选择或重选的方式来保持移动性，而为了支持移动性，处于非激活态的UE还需要对信道进行测量，因此，测量、重选等在传统网络中的常见移动性管理过程成了针对非激活态下的终端的移动性管理的研究热点[4]。例如，美国高通公司的专利US9338700B2记载了处于连接态的UE通过第一无线接入技术RAT从服务小区接收系统信息消息，响应于接收到该系统信息消息，UE向空闲态转换，并利用第二RAT从服务小区向目标小区执行重选。

（五）非激活态下的数据传输及其重要专利

在传统的4G网络中，UE必须进入连接态，才可以传输数据，而在5G NR系统中，UE可以在RRC 非激活态下进行部分数据传输，这有效降低了数据传输延时，并降低了状态转变所需信令消耗。一般在非激活态下傳输的数据为小数据，当数据量较大时，UE还是需要从非激活态向连接态进行转换来进行数据传输[5-6]。例如，电信科学技术研究院的CN107645779B记载了处于非激活态的UE需要发送小数据时，通过配置或恢复与服务基站间的特定无线承载，来向基站发送数据。

四、结束语

相较于4G，5G中一个显著的改变即提出了不同于RRC_IDLE、RRC_CONNECTED的第三个状态，即RRC_INACTVIE。在该状态下，由于释放了大部分的无线资源，能够节省终端的功耗，而在需要连接时，又因其保留了UE上下文信息及接入网与核心网之间的用户面和控制面的连接，从而使得进入连接态时的速度较快，能够降低接入时延，且减少了接入过程中的信令消耗，因此，对未来对通信时延要求较高的业务的实现，提供了降低时延的手段，因此，RRC_inactive将在5G发展中始终占据一定的地位，而新的状态的加入，则会对系统产生新的要求，由此衍生的一系列问题及解决手段还需要继续发现并解决，因此，针对RRC_inactive的研究在很长一段时间内还会持续。

根据当前专利趋势分析状况可知，当前虽然针对RRC_inactive技术的专利申请量将有所降低，但未来几年，其申请量仍较为可观，各企业针对上述技术的研究将会持续；
根据当前专利申请企业分析状况可知，我国企业在RRC_inactive技术上的专利申请量相对较低，除华为外，其他企业的申请量较低；
根据当前专利申请覆盖地域可知，各企业对专利布局的重视程度均较高，而对重要专利的研究分析发现，我国个别企业虽然申请量较少，在针对RRC_inactive技术的重要分支中的专利申请中的有效专利较多，这也预示着我国企业不仅重视量的申请，同样重视申请的质量。

在每一代网络的发展中，合理的专利布局对于占领市场发挥了重要的作用，通常是市场未入，专利先行，而未来将会展开6G技术的研发，因此，增大研发力度，找准研发方向，加快申请速度，合理专利布局将是企业发展的一条重要生命线。

作者单位：马文文    国家知识产权局专利局 专利审查协作江苏中心

参  考  文  献

[1]钟旻.3GPP关于5G若干技术规范辑录（一）：网络架构与NR协议架构（下）[J].数字通信世界，2021（12）：1-4+7.

[2]SofoniasHailu，MikkoSaily，OlavTirkkonen. RRC State Handling for 5G[J].in IEEE Communications Magazine， vol. 57， no. 1， pp. 106-113， January 2019， doi：
10.1109/MCOM.2018.1700957.

[3]SofoniasHailu， MikkoSaily.Hybrid Paging and Location Tracking Scheme for Inactive 5G UEs[J].2017 European Conference on Networks and Communications （EuCNC）， 2017， pp. 1-6， doi：
10.1109/EuCNC.2017.7980730.

[4]林平平，张光辉，李皛. 5G SA网络的移动性管理研究[J]. 电子技术应用，2020，46（09）：7-13.

[5]林高全，曹芳，林锦全.一种降低5G上行数据传输时延的方案[J].通信技术，2021，54（06）：1412-1416.

[6]徐霞艳，张宏莉.5G小数据传输增强技术[J].移动通信，2022，46（02）：32-37.