5G协议栈详解：物理层、MAC层、RLC层、PDCP层和RRC层的功能
5G协议栈详解：物理层、MAC层、RLC层、PDCP层和RRC层的功能
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接口上传输的层次结构和功能。本文将详细介绍5G协议栈的三层结构及其功能，帮助读者深入了解5G通信技术的底层原理。
一、概述
本文介绍了5G协议栈，包括第1层、第2层和第3层。5G协议栈的第1层为物理层（PHYSICAL Layer），第2层包括MAC、RLC和PDCP层，第3层为RRC层，如5G协议栈所示。
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）
以下是5G第1层即物理层（PHY层）的主要功能：
（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
在38.200系列文档中定义的物理层模块中，对PDSCH和PUSCH信道的处理过程。
三、5G第2层 | 5G MAC、RLC、PDCP层
3.1 以下是5G第2层即MAC子层的主要功能：
（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 以下是5G第2层即RLC子层的主要功能：
（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 5G第2层即用户面PDCP子层的主要功能：
以下是5G第2层即用户面PDCP子层的主要功能：
（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
以下是5G第2层即控制面PDCP子层的主要功能：
（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
以下是5G第3层RRC层的主要功能：
（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