[5G学习]02-无线接口协议

Posted 2022-11-14 雾里赏花

以下知识总结于《5G NR标准——下一代无线通信技术》、《5G移动通信技术系统设计与标准详解》及网上资料

5G系统整体包括核心网、接入网以及终端部分，其中核心网与接入网间需要进行用户平面和控制平面的接口连接；接入网与终端间通过无线空口协议栈进行连接。

5G系统的无线接口继承了LTE系统的命名方式，即将终端和接入网之间的接口仍简称为Uu接口，也称为空中接口。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。

无线接口协议栈仍主要分为三层两面，三层是指物理层、数据链路层和网络层，两面是指控制平面和用户平面。

以下内容专注于层三网络层的总结。

	子层
网络层	无线资源控制（Radio Resource Control，RRC）层
数据链路层	媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）层、无线链路控制（Radio Link Control，RLC）层、分组数据汇聚协议（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）层和服务数据自适应协议（Service Data Adaptation Protocol，SDAP）层
物理层	物理（PHY）层

数据链路层中，SDAP层只位于用户平面，负责完成从QoS流到数据无线承载（Data Radio Bearer，DRB）的映射；其他数据链路层的3个子层同时位于控制平面和用户平面，在控制平面负责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。

网络层是指无线资源控制（Radio Resource Control，RRC）层，位于接入网的控制平面，负责完成接入网和终端之间交互的所有信令处理。

控制平面协议栈

控制面主要负责连接建立、移动性和安全性。

控制平面协议栈下图所示，主要负责对无线接口的管理和控制，包括RRC协议、MAC/RLC/PDCP和物理层协议。将非接入层（NAS）协议显示在这里，只是为了说明它是UE-5GC通信的一部分。

NAS控制协议实体位于终端（UE）和核心网的AMF功能实体内，主要执行鉴权、移动性管理、安全控制等功能。

RRC协议实体位于UE和gNB网络实体内，负责对接入网的控制和管理，主要功能包括广播、寻呼、RRC管理、无线承载（Radio Bearer，RB）控制、移动性管理、QoS管理、UE测量报告和测量上报控制、无线链路失败检测与恢复以及NAS消息的传输。

在NR协议栈中，控制平面RRC协议数据的加解密、完整性保护、重排序以及重复检测等功能，交由数据链路层的PDCP子层完成。

数据链路层和物理层提供对RRC协议消息的数据传输功能。NAS消息可以串接在RRC消息内，也可以单独在RRC消息中携带。在切换等情况下，NAS消息的丢失和重复有可能会发生，AS将提供对NAS信令在小区内的有序传输功能。

用户平面协议栈

用户面协议，主要负责对用户的传输数据的处理，其协议主要为数据链路层协议（MAC、RLC、PDCP、SDAP）和物理层协议。

其他层

物理层
无论从控制平面协议栈还是用户平面协议栈来看，物理层都位于无线接口协议栈的最底层，其提供了物理介质中比特流传输所需要的所有功能。

数据链路层
数据链路层包括MAC、RLC、PDCP和SDAP这4个子层。物理层为MAC子层提供传输信道级的服务，MAC子层为RLC子层提供逻辑信道级的服务，PDCP子层为SDAP层提供无线承载级的服务，SDAP层为上层提供5GC QoS流级的服务。

RRC

RRC层协议模块在5G系统的空口协议栈中的作用非常重要，它是接入层的控制中心，RRC负责信令的处理，如：发送系统信息（信令）广播（非接入层和接入层）相关消息；发送由核心网5GC和接入网NG-RAN发起的寻呼消息（信令）；连接管理，UE和NG-RAN之间的RRC建立、维护和释放；安全功能密钥管理；无线承载管理（包括建立、配置、维护和释放信令无线承载和用户无线承载）；移动性管理（包括切换、UE小区选择和重选、切换时上下文传输）；QoS管理；UE测量报告和控制；无线链路失败的检测和恢复；以及NAS消息的传输。

RRC状态机
NR系统设计了3个RRC状态：空闲（RRC_IDLE）态、连接（RRC_CONNECTED）态和非激活（RRC_INACTIVE）态。当终端和网络之间存在信令连接时，UE处于连接态或者非激活态，否则终端处于空闲态。在同一时刻，终端只能处于一种RRC状态。

总结

无线接口协议分成三层两面，用户面负责用户数据处理，控制面负责连接建立、移动管理、安全性等控制管理，网络层中的RRC负责RAN和UE间的信令的处理。