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[5G學習]02-無線接口協定

以下知識總結于《5G NR标準——下一代無線通信技術》、《5G移動通信技術系統設計與标準詳解》及網上資料
           

5G系統整體包括核心網、接入網以及終端部分,其中核心網與接入網間需要進行使用者平面和控制平面的接口連接配接;接入網與終端間通過無線空口協定棧進行連接配接。

5G系統的無線接口繼承了LTE系統的命名方式,即将終端和接入網之間的接口仍簡稱為Uu接口,也稱為空中接口。無線接口協定主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業務的。

無線接口協定棧仍主要分為三層兩面,三層是指實體層、資料鍊路層和網絡層,兩面是指控制平面和使用者平面。

以下内容專注于層三網絡層的總結。

子層
網絡層 無線資源控制(Radio Resource Control,RRC)層
資料鍊路層 媒體通路控制(Medium Access Control,MAC)層、無線鍊路控制(Radio Link Control,RLC)層、分組資料彙聚協定(Packet Data Convergence Protocol,PDCP)層和服務資料自适應協定(Service Data Adaptation Protocol,SDAP)層
實體層 實體(PHY)層

資料鍊路層中,SDAP層隻位于使用者平面,負責完成從QoS流到資料無線承載(Data Radio Bearer,DRB)的映射;其他資料鍊路層的3個子層同時位于控制平面和使用者平面,在控制平面負責無線承載信令的傳輸、加密和完整性保護,在使用者平面負責使用者業務資料的傳輸和加密。

網絡層是指無線資源控制(Radio Resource Control,RRC)層,位于接入網的控制平面,負責完成接入網和終端之間互動的所有信令處理。

控制平面協定棧

控制面主要負責連接配接建立、移動性和安全性。

控制平面協定棧下圖所示,主要負責對無線接口的管理和控制,包括RRC協定、MAC/RLC/PDCP和實體層協定。将非接入層(NAS)協定顯示在這裡,隻是為了說明它是UE-5GC通信的一部分。

[5G學習]02-無線接口協定

NAS控制協定實體位于終端(UE)和核心網的AMF功能實體内,主要執行鑒權、移動性管理、安全控制等功能。

RRC協定實體位于UE和gNB網絡實體内,負責對接入網的控制和管理,主要功能包括廣播、尋呼、RRC管理、無線承載(Radio Bearer,RB)控制、移動性管理、QoS管理、UE測量報告和測量上報控制、無線鍊路失敗檢測與恢複以及NAS消息的傳輸。

在NR協定棧中,控制平面RRC協定資料的加解密、完整性保護、重排序以及重複檢測等功能,交由資料鍊路層的PDCP子層完成。

資料鍊路層和實體層提供對RRC協定消息的資料傳輸功能。NAS消息可以串接在RRC消息内,也可以單獨在RRC消息中攜帶。在切換等情況下,NAS消息的丢失和重複有可能會發生,AS将提供對NAS信令在小區内的有序傳輸功能。

使用者平面協定棧

使用者面協定,主要負責對使用者的傳輸資料的處理,其協定主要為資料鍊路層協定(MAC、RLC、PDCP、SDAP)和實體層協定。

[5G學習]02-無線接口協定

其他層

實體層

無論從控制平面協定棧還是使用者平面協定棧來看,實體層都位于無線接口協定棧的最底層,其提供了實體媒體中比特流傳輸所需要的所有功能。

資料鍊路層

資料鍊路層包括MAC、RLC、PDCP和SDAP這4個子層。實體層為MAC子層提供傳輸信道級的服務,MAC子層為RLC子層提供邏輯信道級的服務,PDCP子層為SDAP層提供無線承載級的服務,SDAP層為上層提供5GC QoS流級的服務。

RRC

RRC層協定子產品在5G系統的空口協定棧中的作用非常重要,它是接入層的控制中心,RRC負責信令的處理,如:發送系統資訊(信令)廣播(非接入層和接入層)相關消息;發送由核心網5GC和接入網NG-RAN發起的尋呼消息(信令);連接配接管理,UE和NG-RAN之間的RRC建立、維護和釋放;安全功能密鑰管理;無線承載管理(包括建立、配置、維護和釋放信令無線承載和使用者無線承載);移動性管理(包括切換、UE小區選擇和重選、切換時上下文傳輸);QoS管理;UE測量報告和控制;無線鍊路失敗的檢測和恢複;以及NAS消息的傳輸。

RRC狀态機

NR系統設計了3個RRC狀态:空閑(RRC_IDLE)态、連接配接(RRC_CONNECTED)态和非激活(RRC_INACTIVE)态。當終端和網絡之間存在信令連接配接時,UE處于連接配接态或者非激活态,否則終端處于空閑态。在同一時刻,終端隻能處于一種RRC狀态。

總結

無線接口協定分成三層兩面,使用者面負責使用者資料處理,控制面負責連接配接建立、移動管理、安全性等控制管理,網絡層中的RRC負責RAN和UE間的信令的處理。