OneMO模组说：5G无线协议栈概述

5G系统的空中接口叫NR（New Radio），即新空口。其继承了LTE系统的命名方式，将终端和接入网之间的接口称为Uu（U：User to Networkinterface，u：Universal）接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种无线承载业务的。

NR是UE和gNB之间的接口，其是一个完全开放的接口，只要遵循接口的标准和规范，不同制造商生产的设备都能够互相通信。

 

从整体结构上看，5G和4G的协议栈本质上变化不大，两者都是扁平化设计，用户面和控制面分离，无线接口协议栈也是划分为了物理层（L1）、数据链路层（L2）和网络层（L3），俗称三层、两面，只是在用户面新增了一个SDAP。

物理层

物理层位于无线接口的最底层，提供物理介质中比特流传输所需的功能，其为MAC和高层提供信息传输服务，其提供数据的接口通道为传输信道。

 

传输信道与物理信道的映射关系如图4所示。可以看出，下行传输信道分为3种类型，比LTE少了一个多播信道，主要原因为在实际应用LTE时，由于多播业务优先级比较低，运营商支持不充分，因此并未很好的应用，不过在5G空口协议中也许后续还会加上多播信道。

对于下行信道，BCH的数据直接映射到PBCH上进行发送，PCH和DL-SCH的数据映射在PDSCH上进行发送；对于上行信道，RACH的数据映射到PRACH上进行发送，UL-SCH的数据映射到PUSCH上进行发送。

数据链路层

数据链路层包括MAC（媒体接入控制）、RLC（无线链路控制）、PDCP（分组数据汇聚协议）和SDAP（服务数据调整协议）四个子层，相比于LTE最大的区别就是引入了SDAP，引入SDAP的原因为NG接口基于QoS流控制，而空口是介于用户面的数据无线承载（DRB）控制，两者之间需要一个适配层，LTE之所以不需要这一层是因为LTE中EPS承载和DRB承载一一对应，不需要进行适配。SDAP层在控制平面乛无线承载信令的传输、加密和完整性保护，在用户平面负责用户业务数据的传输和加密。

 

MAC子层的主要服务和功能包括：

• 逻辑信道和传输信道直接的映射；

• 将属于一个或不同逻辑通道的MAC SDU多路复用/解复用到传输信道上物理层的传输块中，或者从传输块中输入/输出；

• 调度信息报告；

• 使用HARQ进行纠错；

• 通过动态调度的方式处理各用户间的优先级；

• 通过逻辑信道优先级处理，对一个UE的逻辑信道进行优先级处理；

• 冗余信息填充。

单个MAC实体可以支持多个数字、传输时间和小区，逻辑信道优先级中的映射限制控制逻辑信道可以使用的数字、小区和传输时间。

RLC子层的主要服务和功能取决于传输模式包括：

• 上层PDU的转移；

• 独立于PDCP（UM和AM）中的序列号；

• 通过ARQ纠正错误（仅限AM）；

• RLCSDU的分割（AM和UM）和重新分割（仅AM）；

• 重新组装SDU（AM和UM）；

• 重复检测（仅限AM）；

• RLCSDU丢弃（AM和UM）；

• RLC重新建立；

• 协议错误检测（仅限AM）。

 

PDCP子层的主要服务和功能包括：

• 数据传输（用户平面或控制平面）；

• 维护PDCP SNS；

• 压缩和解压缩使用RoHC协议；

• 加密和解密；

• 完整性保护和完整性验证；

• 基于定时器的SDU丢弃；

• 对于分体式支撑架，布线；

• 重复；

• 重新订购和按顺序交货；

• 无序交付；

• 重复丢弃。

由于PDCP不允许COUNT在DL和UL中循环，因此由网络来阻止此种情况发生（例如，通过使用相应的无线承载器的释放和添加或完全配置的方式）。

上下行架构的 区别主要在于，下行反映网络侧的情况，需要进行多个用户的调度优先级处理，而上行反映终端侧的情况，只进行单个终端的多个逻辑信道的优先级处理。

物理层为MAC层提供传输信道级的服务，MAC为RLC提供逻辑信道级的服务，PDCP为SDAP提供无线承载级的服务，SDAP为上层提供5GC QoS流级的服务。MAC子层负责多个逻辑信道到同一个传输信道的复用功能；无线承载分为两类，一是用户面的DRB，二是控制面的信令无线承载（SRB）。

RRC层

RRC层主要功能如下：

• 广播与AS和NAS有关的系统信息；

• 5GC或NG-RAN发起的寻呼；

• 在UE和NG-RAN之间建立、维护和发布RRC连接，包括：

-           载体聚合的添加、修改和释放；

-           在NR或E-UTRA和NR之间添加、修改和释放双重连接。

• 安全功能，包括密钥管理；

• 信号无线承载器（SRB）和数据无线承载器（DRB）的建立、配置、维护和发布；

• 移动功能包括：

-           移交和上下文转移；

-           单元选择与重选，单元选择与重选的控制；

-           RAT内的移动。

• QoS管理功能；

• 计量报告和报告控制；

• 无线链路故障的检测和恢复；

• NAS消息的传输。

在5GC系统中，RRC的协议分为3个状态：RRC空闲状态、RRC非激活状态、RRC连接状态。相比于LTE增加的RRC非激活状态主要是考虑在该状态下UE可以进行节能操作。

RRC各状态的特征如下：

• RRC空闲：

-           PLMN选择；

-           系统信息广播；

-           小区重选的移动性；

-           5GC发起的寻呼及其管理的寻呼区域；

-           由NAS配置的用于接收CN寻呼的DRX。

• RRC U未激活：

-           PLMN选择；

-           系统信息广播；

-           小区重选的移动性；

-           NG-RAN发起的寻呼；

-           NG-RAN管理的基于RAN的通知区域；

-           NG-RAN配置的用于接收寻呼的DRX；

-           为UE建立5GC-NG-RAN连接（包括CP/UP平面的连接）；

-           NG-RAN和UE都保存UE的接入层的上下文信息；

-           Ng-RAN知道UE所属的RNA。

• RRC连接：

-           为UE建立5GC-NG-RAN连接（包括CP/UP平面的连接）；

-           NG-RAN和UE都保存UE的接入层的上下文信息；

-           NG-RAN知道UE所属的小区；

-           向用户设备传输单播数据；

-           网络控制的移动性，包括测量。