OneMO模組說：5G無線協(xié)議棧概述

5G系統(tǒng)的空中接口叫NR（New Radio），即新空口。其繼承了LTE系統(tǒng)的命名方式，將終端和接入網(wǎng)之間的接口稱為Uu（U：User to Networkinterface，u：Universal）接口。無線接口協(xié)議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業(yè)務(wù)的。

NR是UE和gNB之間的接口，其是一個完全開放的接口，只要遵循接口的標準和規(guī)范，不同制造商生產(chǎn)的設(shè)備都能夠互相通信。

從整體結(jié)構(gòu)上看，5G和4G的協(xié)議棧本質(zhì)上變化不大，兩者都是扁平化設(shè)計，用戶面和控制面分離，無線接口協(xié)議棧也是劃分為了物理層（L1）、數(shù)據(jù)鏈路層（L2）和網(wǎng)絡(luò)層（L3），俗稱三層、兩面，只是在用戶面新增了一個SDAP。

物理層

物理層位于無線接口的最底層，提供物理介質(zhì)中比特流傳輸所需的功能，其為MAC和高層提供信息傳輸服務(wù)，其提供數(shù)據(jù)的接口通道為傳輸信道。

傳輸信道與物理信道的映射關(guān)系如圖4所示。可以看出，下行傳輸信道分為3種類型，比LTE少了一個多播信道，主要原因為在實際應(yīng)用LTE時，由于多播業(yè)務(wù)優(yōu)先級比較低，運營商支持不充分，因此并未很好的應(yīng)用，不過在5G空口協(xié)議中也許后續(xù)還會加上多播信道。

對于下行信道，BCH的數(shù)據(jù)直接映射到PBCH上進行發(fā)送，PCH和DL-SCH的數(shù)據(jù)映射在PDSCH上進行發(fā)送；對于上行信道，RACH的數(shù)據(jù)映射到PRACH上進行發(fā)送，UL-SCH的數(shù)據(jù)映射到PUSCH上進行發(fā)送。

數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層包括MAC（媒體接入控制）、RLC（無線鏈路控制）、PDCP（分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）和SDAP（服務(wù)數(shù)據(jù)調(diào)整協(xié)議）四個子層，相比于LTE最大的區(qū)別就是引入了SDAP，引入SDAP的原因為NG接口基于QoS流控制，而空口是介于用戶面的數(shù)據(jù)無線承載（DRB）控制，兩者之間需要一個適配層，LTE之所以不需要這一層是因為LTE中EPS承載和DRB承載一一對應(yīng)，不需要進行適配。SDAP層在控制平面乛無線承載信令的傳輸、加密和完整性保護，在用戶平面負責用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸和加密。

MAC子層的主要服務(wù)和功能包括：

• 邏輯信道和傳輸信道直接的映射；

• 將屬于一個或不同邏輯通道的MAC SDU多路復(fù)用/解復(fù)用到傳輸信道上物理層的傳輸塊中，或者從傳輸塊中輸入/輸出；

• 調(diào)度信息報告；

• 使用HARQ進行糾錯；

• 通過動態(tài)調(diào)度的方式處理各用戶間的優(yōu)先級；

• 通過邏輯信道優(yōu)先級處理，對一個UE的邏輯信道進行優(yōu)先級處理；

• 冗余信息填充。

單個MAC實體可以支持多個數(shù)字、傳輸時間和小區(qū)，邏輯信道優(yōu)先級中的映射限制控制邏輯信道可以使用的數(shù)字、小區(qū)和傳輸時間。

RLC子層的主要服務(wù)和功能取決于傳輸模式包括：

• 上層PDU的轉(zhuǎn)移；

• 獨立于PDCP（UM和AM）中的序列號；

• 通過ARQ糾正錯誤（僅限AM）；

• RLCSDU的分割（AM和UM）和重新分割（僅AM）；

• 重新組裝SDU（AM和UM）；

• 重復(fù)檢測（僅限AM）；

• RLCSDU丟棄（AM和UM）；

• RLC重新建立；

• 協(xié)議錯誤檢測（僅限AM）。

PDCP子層的主要服務(wù)和功能包括：

• 數(shù)據(jù)傳輸（用戶平面或控制平面）；

• 維護PDCP SNS；

• 壓縮和解壓縮使用RoHC協(xié)議；

• 加密和解密；

• 完整性保護和完整性驗證；

• 基于定時器的SDU丟棄；

• 對于分體式支撐架，布線；

• 重復(fù)；

• 重新訂購和按順序交貨；

• 無序交付；

• 重復(fù)丟棄。

由于PDCP不允許COUNT在DL和UL中循環(huán)，因此由網(wǎng)絡(luò)來阻止此種情況發(fā)生（例如，通過使用相應(yīng)的無線承載器的釋放和添加或完全配置的方式）。

上下行架構(gòu)的 區(qū)別主要在于，下行反映網(wǎng)絡(luò)側(cè)的情況，需要進行多個用戶的調(diào)度優(yōu)先級處理，而上行反映終端側(cè)的情況，只進行單個終端的多個邏輯信道的優(yōu)先級處理。

物理層為MAC層提供傳輸信道級的服務(wù)，MAC為RLC提供邏輯信道級的服務(wù)，PDCP為SDAP提供無線承載級的服務(wù)，SDAP為上層提供5GC QoS流級的服務(wù)。MAC子層負責多個邏輯信道到同一個傳輸信道的復(fù)用功能；無線承載分為兩類，一是用戶面的DRB，二是控制面的信令無線承載（SRB）。

RRC層

RRC層主要功能如下：

• 廣播與AS和NAS有關(guān)的系統(tǒng)信息；

• 5GC或NG-RAN發(fā)起的尋呼；

• 在UE和NG-RAN之間建立、維護和發(fā)布RRC連接，包括：

-載體聚合的添加、修改和釋放；

-在NR或E-UTRA和NR之間添加、修改和釋放雙重連接。

• 安全功能，包括密鑰管理；

• 信號無線承載器（SRB）和數(shù)據(jù)無線承載器（DRB）的建立、配置、維護和發(fā)布；

• 移動功能包括：

-移交和上下文轉(zhuǎn)移；

-單元選擇與重選，單元選擇與重選的控制；

- RAT內(nèi)的移動。

• QoS管理功能；

• 計量報告和報告控制；

• 無線鏈路故障的檢測和恢復(fù)；

• NAS消息的傳輸。

在5GC系統(tǒng)中，RRC的協(xié)議分為3個狀態(tài)：RRC空閑狀態(tài)、RRC非激活狀態(tài)、RRC連接狀態(tài)。相比于LTE增加的RRC非激活狀態(tài)主要是考慮在該狀態(tài)下UE可以進行節(jié)能操作。

RRC各狀態(tài)的特征如下：

• RRC空閑：

- PLMN選擇；

-系統(tǒng)信息廣播；

-小區(qū)重選的移動性；

- 5GC發(fā)起的尋呼及其管理的尋呼區(qū)域；

-由NAS配置的用于接收CN尋呼的DRX。

• RRC U未激活：

- PLMN選擇；

-系統(tǒng)信息廣播；

-小區(qū)重選的移動性；

- NG-RAN發(fā)起的尋呼；

- NG-RAN管理的基于RAN的通知區(qū)域；

- NG-RAN配置的用于接收尋呼的DRX；

-為UE建立5GC-NG-RAN連接（包括CP/UP平面的連接）；

- NG-RAN和UE都保存UE的接入層的上下文信息；

- Ng-RAN知道UE所屬的RNA。

• RRC連接：

-為UE建立5GC-NG-RAN連接（包括CP/UP平面的連接）；

- NG-RAN和UE都保存UE的接入層的上下文信息；

- NG-RAN知道UE所屬的小區(qū)；

-向用戶設(shè)備傳輸單播數(shù)據(jù)；

-網(wǎng)絡(luò)控制的移動性，包括測量。