5G空中接口协议概述02

前言

初学者看到标题就懵了，哎呦，我去，空中接口？空中的接口？

一、空中接口概念

其实还真是空中接口，所谓的空中接口就是终端跟基站之间的接口，这个接口跟普通的物理接口不一样，物理接口是可以看到的，但是空中接口是看不到的，但是它确实是存在的，如果不存在的话你怎么跟对方“喂喂喂”呢？

协议，其实就是一系列的规则。空中协议，即是移动终端跟基站之间，进行信息传输时遵守的规范。数据怎么去发，信令怎么走，这就是协议。4G的空口协议与5G的空口协议区别不是很大，因为他们的妈都是3GPP，很多概念都延续了下来。他们之间的区别是5G在用户面多了一个SDAP层，控制面连名称都是跟4G一样的。

二、4G空口控制协议层

首先，我们回忆一下，4G控制面的协议栈。4G协议栈分为3层，自底而上分别为层一、层二、层三。

层一

物理层：

最底层PHY（物理层）属于层一，物理层具有编码，调制，射频发射等功能；

层二

MAC层：

PHY层上面是MAC层，MAC层是3G之后才有的，MAC（Media Access Control，媒体访问控制）层，在无线通信系统中负责与无线链路控制层（RLC）和物理层（PHY）之间数据传输，分配及处理。MAC层主要做调度，HARQ处理，信道映射等，物理层的时频资源到底多少给用户分配，给哪些用户分配，这个调度都是在MAC层来完成的。

RCL层：

RLC（Radio Link Control，无线链路控制）层，为上层提供分割、重传控制以及按需发送等服务。RLC 子层包含透明模式（TM，TransparentMode）、非确认模式（UM，Unacknowledged Mode）和确认模式（AM，Acknowledged Mode）3 种传输模式，主要提供纠错、分段、重组等功能。

层三

PDCP层：

PDCP(Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议)层。主要完成IP包头压缩与解压缩、数据与信令的加密，以及信令的完整性保护。在控制面，加密和完整性保护是必选功能；在用户面，可靠头压缩为必选功能，数据加密为可选功能，这里的数据可以是用户数据，也可以是应用层信令。

PDCP向位于UE侧的RRC和用户平面的上层，或者向eNodeB侧的中继提供业务，包括用户平面数据的传输、控制平面的传输、头压缩、加密、完整性保护等。

PDCP层可以向下层提供的业务包括：透明数据传输业务、确认的数据传输业务（包括对PDCP PDU传输成功的指示）、非确认的数据传输业务（按序传输、包复制或丢弃处理）等。

RRC层：

RRC（Radio Resource Control ，无线资源控制）层。顾名思义，它控制着UE和eNodeB在无线空中接口的通信资源，通俗的来讲，RRC就是终端用什么样的方式来连接基站。这边不做详细叙述。

三、5G空口协议栈概述

5G的协议栈控制面从名称上来看和LTE是一样一样的。

控制面

最底层依然是层一物理层PHY、物理层是为高层的数据提供最基本的无线资源，就是我们常说的时频资源，这个时频资源就在物理层。

层二包含PDCP、RLC、MAC层，层二是为不同的层三数据进行区分，比如说打上标签，数据包是否透传，或者说它的QCI、QoS等级是多少，这些都是在层二进行处理。

层三属于最高层，是空中接口服务的使用者，即RR C信令及用户面数据。

用户面

下图属于用户面协议栈，传输数据时要遵循用户面的规范。控制面和用户面对比一下，会发现用户面有层一层二，没有层三，层二里面多了一个高层SDAP，这个SDAP是5G才有的，这个是较大的区别。

SDAP是在5G/NR用户面新增的子层，该层的功能之一就是对QoS流与DRB之间进行映射。由于在5G/NR中gNB与5GC之间的接口是新增的NG接口，而NG接口是基于QoS流，而空口是基于用户的DRB承载，也可以说从PDCP开始就是DRB承载，因此在5G/NR中需要新增一个适配子层SDAP，以便将QoS映射DRB。而LTE中的核心网是EPS承载，其与DRB承载可直接一一对应，不需要适配过程。

接下来我们来看一下信道。

NR信道介绍

根据层的对应关系，信道可以分为逻辑信道，传输信道，物理信道。

逻辑信道是对传输内容进行标识，传输内容有哪些呢，传输内容比如有控制信令，控制信令也会分的，广播消息、寻呼、用户专用的控制信令、用户公共的控制信令，另外还可以传输用户面的数据。这些是通过不同的逻辑信道进行区分的，比如说传广播，通过逻辑信道把广播消息进行标识，进行区分，告诉它我这是广播信道，因为发的是广播消息。

传输信道的目的是对上一层逻辑信道的数据传到传输信道以后它要进行定义它怎么传的，比如说像广播信道，有一部分的广播信道呢，我需要进行透传，不进行任何处理，对于广播信道还要进行循环发送，就是有一些广播消息要循环发送，这些到底怎么去传是不同的传输信道，它的传输机制不同。

物理信道：不同的物理信道定义的在时频资源上的位置是不同的，不同的物理信道采用特定的调制编码方式，映射到具体的时频资源里去。

RRC层功能介绍

RRC层属于位于PDCP协议层之上，功能和LTE基本一致。

RRC层有系统消息，准入控制，安全管理，测量与上报，切换和移动性，NAS消息传输，无线资源管理，这些消息都要映射到不同的逻辑信道中去，比如逻辑信道中有一类是专门传输系统消息；准入控制是属于公共的控制信令，也是需要映射到逻辑信道里去。逻辑信道是来区分上层不同的消息类型。 4G和5G信道是一样的，功能类似。

RRC状态介绍

5G RRC层状态和4G是有区别的。

4G时的RRC层有两个状态，分别为RRC_IDEL和RRC_CONNECTION状态。手机要发送数据就必须要处于连接态，UE到eNB是DBB，eNB到SGW是S1承载，SGW到PGW是S5/S8承载，要发数据的话，要把接口全部连接，才能传输数据。IDEL态是和基站相关的资源全部要释放，UE与ENB，MME与ENB，SGW与ENB都要释放的，其他还是连接的。那什么时候IDEL回到CONNECTED，寻呼，如果数据要发给手机，后面数据要下来，SGW发现S1接口已经释放了，所以赶紧让MME发起寻呼，把这些接口建立起来，把用户找到。但是4G的IDEL到CONNECTED需要把一系列接口建立起来，会花费很久的时间，而且要传的信令也较多。所以5G设计了一个INACTIVE状态，这是一个中间态，介于连接态和空闲态中间，如果在INACTIVE状态核心网也是连接的，空口资源释放，但是基站和核心网之间的S1-MME资源保留着，对于时延要求较高的业务需要。CONNECTED与INACTIVE与IDEL之间是靠定时器转换，如果一段时间内没有传输数据就会变为INACTIVE状态，如果后面还没有传输就会变为IDEL状态。 如果手机在基站1时是INACTIVE状态，如果发生重选到基站2时，只能够是IDEL，因为基站2没有手机的上下文，然后发起业务再次回到连接态。

RRC INACTIVE状态介绍

INACTIVE状态下，会释放PHY、MAC、RLC层资源。