5G协议栈详解：从物理层到网络层的功能解析

5G协议栈详解：从物理层到网络层的功能解析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/kangzenghui_liu/article/details/141310375

5G协议栈是5G通信系统的核心组成部分，它定义了数据在无线网络中传输的层次结构和规则。从物理层到应用层，每一层都有其特定的功能和作用。本文将为您详细介绍5G协议栈的三层结构及其主要功能。

一、概述

5G协议栈主要分为三层：物理层（PHY）、数据链路层（MAC、RLC、PDCP）和网络层（RRC）。每一层都有其特定的功能和作用，共同确保数据在无线网络中的高效传输。

图1展示了5G协议栈，其中包含用户面和控制面协议层

二、5G第1层 | 5G物理层（PHY层）

物理层是5G协议栈的最底层，主要负责数据的物理传输。其主要功能包括：

1. 传输信道的错误检测，并将结果指示给上层
2. 传输信道的前向纠错（FEC）编码与解码
3. 混合自动重传请求（Hybrid ARQ）的软合并
4. 将编码后的传输信道匹配到物理信道
5. 将编码后的传输信道映射到物理信道
6. 对物理信道进行功率加权
7. 物理信道的调制与解调
8. 频率与时间同步
9. 进行无线特性测量并将结果指示给上层
10. 多输入多输出（MIMO）天线处理
11. 发送分集（TX分集）
12. 数字与模拟波束赋形
13. 射频（RF）处理

这些功能确保了数据在无线信道中的可靠传输。

三、5G第2层 | 5G MAC、RLC、PDCP层

3.1 MAC子层

MAC子层主要负责逻辑信道与传输信道之间的映射，以及数据的复用和调度。其主要功能包括：

1. 波束管理
2. 随机接入过程
3. 逻辑信道与传输信道之间的映射
4. 将属于同一逻辑信道的多个MAC SDU连接成传输块（TB）
5. 将来自同一或不同逻辑信道的5G-MAC SDU复用/解复用到传输块（TB），并通过传输信道传递至物理层或从物理层接收
6. 调度信息报告
7. 通过HARQ进行错误纠正
8. 处理单个UE的逻辑信道间的优先级
9. 通过动态调度处理多个UE之间的优先级
10. 传输格式选择
11. 数据填充

3.2 RLC子层

RLC子层主要负责数据的分段、重排序和错误检测。其主要功能包括：

1. 上层PDU的传输
2. 通过ARQ进行错误纠正（仅用于AM数据传输）
3. 5G-RLC数据PDU的重排序（仅用于UM和AM数据传输）
4. 重复数据检测（仅用于UM和AM数据传输）
5. 协议错误检测（仅用于AM数据传输）
6. 5G-RLC SDU的丢弃（仅用于UM和AM数据传输）
7. 分段处理（仅用于UM和AM数据传输）
8. 重分段处理（仅用于AM数据传输）
9. 5G-RLC的重新建立

3.3 PDCP子层

PDCP子层主要负责数据的加密、解密和完整性保护。其主要功能包括：

1. 用户数据的传输
2. 在5G-PDCP重新建立过程中，为5G-RLC AM模式提供上层PDU的顺序传递
3. 在5G-PDCP重新建立过程中，检测5G-RLC AM模式下的下层SDU重复
4. 在连接模式下的移动性过程中，重传5G-PDCP SDU（适用于5G-RLC AM模式）
5. 数据的加密和解密（注意：仅AES为强制要求）
6. 上行链路中的定时器驱动的SDU丢弃

控制面PDCP子层的主要功能包括：

1. 数据加密和完整性保护（注意：仅AES为强制要求）
2. 控制面数据的传输

四、5G第3层 | 5G RRC层

RRC层是5G协议栈的最高层，主要负责无线资源的管理和控制。其主要功能包括：

1. 向NAS和AS广播系统信息
2. RRC连接的建立、维护和释放
3. 安全管理，包括密钥管理
4. 点对点无线承载的建立、配置、维护和释放
5. 移动性管理，包括小区的添加和释放
6. UE测量报告的管理，包括UE报告控制和基于UE的移动性管理
7. NAS消息在NAS和UE之间的直接传输

这些功能确保了5G网络的高效运行和资源的合理分配。