在研究通信系统时不可避免的要研究通信协议，在复杂的通信系统中还会将协议进行分层处理，如网络通信中的ISO/OSI的协议分7层，TCP/IP协议分4层等。网络协议的分层主要是为了将纷繁复杂的协议分层处理后便于理解和维护，同时也提高了系统的调度质量和效率。这些分层的协议也称为协议栈。5G系统的无线接入网也是基于非常复杂的协议来保证通信的质量和效率，同时也采取了分层实现的方法。这些协议栈的每一层完成的任务各不相同，本节以及后续章节会详细介绍协议层的各个部分，伴随的协议层的各个信道的划分与合并也逐一介绍。
1.无线接入网协议层
4G和5G通信中无线接入网的协议层分为两个面和3个层。两个面分别为控制面（Control plane )和用户面（User plane)，其中控制面有3层，而用户面只有两个层,如图1所示。
图1 4G/5G协议层示意图
从图1以可以看出，在协议栈的划分和使用上分左右和上下两个方向。左右方向分为左边控制面，右边用户面。上下分为3层协议，分别为Layer 1,、Layer 2、Layer 3协议，也简称为L1、L2、L3协议栈。下面就平面的划分和协议层划分加以介绍。
- 平面划分：
- 控制面：控制面主要用来管理无线资源使用，管理无线承载，以及接入网与核心网的授权，计费，通信质量控制等内容。控制面的数据只起到管理作用，协调终端与基站良好工作,因此控制面传送信令。控制面包含三层协议。
- 用户面：用户面主要用于终端与核心网之间进行用户数据交互，如电话，上网，下载图片，上传信息等，因此用户面又称业务面。是真正数据的消费通道，传送的数据为业务数据。用户面只包含两层协议。
- 协议层划分：5G协议层与LTE（4G）的层次划分非常类似，因此在介绍5G协议层时也会与LTE（4G）协议层做对比，这样可以对4G、5G的协议层都有较好的了解。
- L1层: L1层是物理层（physical layer), 主要有NR 物理层包括调制方案、波形、信道代码、多天线技术、帧结构、双工方案、控制和参考信号。NR 的物理层组件是灵活的、超精简的和向前兼容的。在5G物理层章节有详细介绍。
- L2层: 5G的L2层包括 MAC层，RLC层，PDCP层以及SDAP层，如图2所示。L2层的协议与LTE有差别，LTE的2层协议没有SDAP层，这一层是5G NR独有的。4G LTE 的协议层如图3所示。关于MAC，RLC，PDCP及SDAP层的详细内容及功能将在独立的章节讲解。
图2 5G L1与L2协议层次图
图3 LTE协议层示意图
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- L3层： 4G LTE与5G NR的三层协议栈组织结构相同，都包含NAS和RRC 层， 但这一层仅是控制面的协议，用户面没有该层协议。
2. 无线接入网各层的基本含义
由于无线协议各层的功能和实现非常复杂，详细内容将会在各章节展开讲解，因此这里仅列出各层的中英文对照及基本含义便于记忆和理解。见表1
表1
| Layer Name
协议层名 |
Sub Layer Name
子层名 |
English Full Name
英文全称 |
Chinese Full Name
中文名 |
Description 描述 |
| L3 | NAS | non-access stratum | 非接入层 | Non-access stratum is a functional layer in the UMTS , LTE ,
5G NR wireless telecom protocol stacks between the core network and user equipment.This layer is used to manage the establishment of communication sessionsand for maintaining continuous communications with the user equipment as it moves. 非接入层是核心网络和用户设备之间的 UMTS 、 4G LTE、
5G NR 无线电信协议栈中的一个功能层。该层用于管理通信
会话的建立并在用户设备移动时保持与用户设备的连续通信。
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| RRC | Radio resource control | 无线资源控制层 | RRC protocol layer exists in UE , eNode B and 5G NR,
It is part of air interface control plane. RRC 协议层存在于 UE , eNode B 和 5G NR 中，
它是空口控制平面的一部分。
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| L2 | SDAP |
Service Data Adaptation Protocol |
数据服务适应协议层 | 只在5G SA（stand alone）模式下存在，用于服务
IP数据的QoS(Quality of Service)，与5G核心网的分片（Slicing）协调工作。 |
| PDCP |
Packet Data Convergence Protocol |
分组数据汇聚协议层 | IP header compression， Ciphering and Integrity
Protection IP头压缩，以及加密和完整性保护。 |
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| RLC |
Radio Link Control |
无线链路控制层 | Segmentation (Splitting) and Concatenation (Combining) mechanism.
TM, UM, AM mode selection 分段 PDCP的数据以及合并数据提交PDCP。TM, UM, AM 通信机制选择。 |
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| MAC | Medium Access Control | 媒介访问控制层 | Logic channel selection, HARQ correction, rate matching.
逻辑信道优先级选择，HARQ纠错及重传机制，速率匹配。 |
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| L1 | PHY | Physical layer | 物理层 | OFDMA，SC-OFDM，同步机制，时频资源，天线资源控制。 |
3. 控制面与用户面复用
图1显示，在协议处理时分控制面和用户面，在L2与L1层中将控制面信令与用户面的数据复用PDCP，RLC，MAC以及PHY 各层的算法机制，如图4。
图4 L2协议层复用
4. 协议层的封装
无线接入网协议层与网络ISO/OSI 以及TCP/IP的封装机制非常类似，也是一层一层的封装，上层的SDU（service data unit ）加上包头（header）变成下层PDU（packet data unit），如图5所示。
图5 协议层封装
图5 显示根据MAC的需要，RLC层负责数据的分段（segment 下行）及数据合并(concatenation 上行）。
以上内容仅从总体上论述了无线网络层的分层机制，以及各层的基本功能，为以后学习打下基础。更多的细节以及各层的协调机制将会在各自对应的章节中详细介绍。
