5GNR无线接入层2/3功能与系统运行解析

# 5G NR无线接入层2/3功能与系统运行解析 ## 1 概述 5G NR无线接口协议包含用户平面协议和控制平面协议，前者用于网络与UE间用户数据（IP数据包）的传输，后者用于NG - RAN与UE间控制信令信息的传输。非接入层（NAS）协议在UE和5G核心网的AMF实体终止，用于核心网相关功能和信令，如注册、认证、位置更新和会话管理。 NR协议栈的第2层分为四个子层：媒体接入控制（MAC）、无线链路控制（RLC）、分组数据汇聚协议（PDCP）和服务数据适配协议（SDAP），每个子层通过处理输入的服务数据单元（SDU）并生成适当的协议数据单元（PDU），为相邻层提供特定服务。协议层的功能处理进一步分为用户平面和控制平面协议，控制平面信息的可靠性要求远高于用户平面数据。 与LTE相比，NR的RRC有显著改进，引入了RRC_INACTIVE状态，提供了类似RRC_IDLE的电池效率，同时在NG - RAN中存储UE上下文，使与RRC_CONNECTED状态的转换更快，信令开销更小。此外，还支持按需系统信息传输，扩展了测量报告框架以支持波束测量。 ## 2 第2层各子层功能 ### 2.1 服务数据适配协议（SDAP） SDAP是第2层的新子层，直接与网络层接口，提供QoS流和数据无线承载（DRB）之间的映射，并在下行和上行数据包中标记QoS流标识符（QFI）。每个单独的PDU会话配置一个SDAP协议实体。 ### 2.2 分组数据汇聚协议（PDCP） - **用户平面**：包括序列号编号、头压缩和解压缩（仅支持鲁棒头压缩ROHC协议）、用户数据传输、重排序和重复检测、按序交付、PDCP PDU路由、PDCP SDU重传、加密、解密和完整性保护、PDCP SDU丢弃、PDCP重建和RLC确认模式（AM）的数据恢复、RLC - AM的PDCP状态报告、PDCP PDU复制和向低层的重复丢弃指示。 - **控制平面**：主要包括序列号编号、加密、解密和完整性保护、控制平面数据传输、重排序和重复检测、按序交付、PDCP PDU复制和向低层的重复丢弃指示。 ### 2.3 无线链路控制（RLC） 支持三种传输模式：透明模式（TM）、非确认模式（UM）和确认模式（AM）。主要区别在于是否存在自动重传请求（ARQ）功能，以提供RRC和NAS消息所需的更高可靠性。 | 传输模式 | 适用场景 | 主要功能 | | ---- | ---- | ---- | | TM | SRB0、寻呼、广播系统信息传输 | 无ARQ，直接传输 | | UM | DRB传输 | 无ARQ，有分段和重组功能 | | AM | 其他SRB和部分DRB传输 | 有ARQ，提供可靠传输，具备分段、重组、重复检测等功能 | ### 2.4 媒体接入控制（MAC） #### 2.4.1 基本功能 - 执行逻辑信道复用和控制混合自动重传请求（HARQ）重传。 - 处理调度功能，在配置载波聚合时负责跨多个分量载波的数据包复用/解复用。 - 为RLC子层提供逻辑信道形式的服务，为物理层提供传输信道形式的服务。 #### 2.4.2 逻辑和传输信道映射 逻辑信道根据传输信息类型分为控制信道和业务信道，MAC实体将逻辑信道映射到传输信道，该映射取决于RRC子层配置的复用方式。 #### 2.4.3 MAC PDU结构 NR中，MAC头分布在MAC PDU中，对应特定RLC PDU的子头位于该SDU之前，与LTE将整个MAC头信息放在MAC PDU开头不同，这种方式减少了处理时间和总体延迟。 #### 2.4.4 MAC控制元素（CE） 有多种MAC CE用于不同目的，如激活/停用重复、激活/停用辅小区（SCell）、DRX控制、定时提前命令等。 ```mermaid graph LR classDef startend fill:#F5 ```