5G NR协议栈

一、无线协议栈

• NR无线协议栈分为两个平面：用户面和控制面。用户面(User Plane, UP)协议栈即用户数据传输采用的协议簇，控制面(Control Plane, CP)协议栈即系统的控制信令传输采用的协议簇。
• 5G NR(New Radio，新空口)，基于OFDM(正交频分复用)的全新空口设计的全球性5G标准，也是下一代非常重要的蜂窝移动技术基础，5G技术将实现超低时延、高可靠性。

1.1 用户面

NR用户平面相比LTE协议栈多了一层SDAP层，用户面协议从上到下依次是：

• SDAP层：Service Data Adaptation Protocol
• PDCP层：Packet Data Convergence Protocol
• RLC层：Radio Link Control
• MAC层：Medium Access Control
• PHY层：Physical

1.2 控制面

NR控制面协议几乎与LTE协议栈一模一样，从上到下依次为：

• NAS层：Non-Access Stratum
• RRC层：Radio Resource Control
• PDCP层：Packet Data Convergence Protocol
• RLC层：Radio Link Control
• MAC层：Medium Access Control
• PHY层：Physical

• UE所有的协议栈都位于UE内。
• 在网络侧，NAS层不位于基站gNB上，而是在核心网的AMF (Access and Mobility Management
  Function)实体上。
• 控制面协议栈不包含SDAP层。

二、层2功能介绍

NR层2包含SDAP、PDCP、RLC和MAC层。

2.1 MAC层

1、服务和功能

• 逻辑信道与传输信道之间的映射。
• 复用、解复用。将来自一个或多个逻辑信道的MAC SDU复用到一个传输块并传递给PHY，将从物理层传来的传输块解复用成多个MAC SDU并传递给一个或多个逻辑信道
• 报告调度信息。
• 通过HARQ进行错误纠正。在载波聚合中，每个载波对应一个HARQ实体
• 通过动态调度管理用户间的优先级。
• 逻辑信道优先级管理。
• 填充。

2、逻辑信道

逻辑信道根据传输信息的类型来区分。逻辑信道主要分为两类：控制信道和业务信道。

控制信道用于传输控制平面的信息，包含以下逻辑信道：

• Broadcast Control Channel (BCCH)：用于广播系统控制信息的下行信道
• Paging Control Channel (PCCH)：用于转发寻呼消息和系统信息变更的下行信道
• Common Control Channel (CCCH)：当UE与网络没有建立RRC Connection时，UE与网络间传输控制信息的信道
• Dedicated Control Channel (DCCH)：当UE与网络已经建立RRC Connection时，UE与网络间传输控制信息的一对一信道

业务信道用于传输用户平面的信息，包含以下逻辑信道：

• DedicatedTraffic Channel (DTCH)：一对一信道，指向一个UE，传输UE的业务数据，在上下行中都存在

3、逻辑信道、传输信道与物理信道映射

逻辑信道按照传输信息类型区分，所以不存在上下行。

4、HARQ保证物理层对等实体间传输的准确性。当没有空分复用时，一个HARQ进程处理一个传输块，当配置空分复用时，一个HARQ进程可以处理一个或多个传输块。

2.2 RLC层

1、传输模式

与LTE系统一样，NR RLC也包含三种传输模式：

• TransparentMode （TM）
• UnacknowledgedMode (UM)
• AcknowledgedMode (AM)

每个逻辑信道对应一种RLC配置，RLC配置和ARQ都不依赖于物理层子载波间隔、CP类型和TTI长度等。

• SRB0承载、寻呼和系统信息广播采用TM传输模式
• 其他SRB承载采用AM传输模式
• DRB承载可以采用AM或UM模式

2、服务和功能

• 传输上层的PDU
• 编号（与PDCP层编码独立）（UM与AM模式）
• 通过ARQ纠错（AM模式）
• 对RLC SDU进行分割（UM与AM模式）和重分割（AM模式重传时）
• 重组RLC SDU（UM与AM模式）
• 重复检测（根据编号进行，AM模式）
• RLC SDU丢弃（UM与AM模式）
• RLC层重建
• 协议错误检测（AM模式）

3、ARQ(Automatic Repeat-reQuest)

• RLC根据RLC Status Report重传RLC PDU或者RLC PDU的分段
• 可以根据需要请求RLC Status Report
• RLC接收侧也能发起RLC Status Report请求

2.3 PDCP层

1、用户面服务和功能

• 编号
• 头压缩和解压缩（ROHC算法）
• 传输用户数据
• 重排序和重复检测
• PDCP PDU路由（当存在Bear Split时）
• PDCP SDU重传
• 加密、解密和完整性保护
• PDCP SDU丢弃
• PDCP重建、为RLC AM恢复数据
• PDCP PDU复制

2、控制面功能

• 编号
• 加密、解密和完整性保护
• 传输控制面数据
• 重排序和重复检测
• PDCP PDU复制

2.4 SDAP层

每个PDU Session对应一个SDAP实体：

• QoS(Quality of Service)流与无线承载之间的映射
• 在上下行数据包中标识QoS flow ID (QFI)

三、小结

从无线协议栈来看，NR控制面协议栈与LTE控制面协议栈一致，而NR用户面协议栈相比LTE用户面协议栈在PDCP层之上多了一个SDAP层，SDAP层主要用于QoS流与无线承载之间的映射。