LTE/5G L3 RRC层技术介绍
一、RRC层简介
RRC：Radio Resource Control protocol，无线资源控制协议，又称为“”接入层信令AS”
RRC层有两个大的基本功能
- 在基站和手机之间传递L3层无线资源控制信令, 即接入层信令AS，比如为终端建立无线数据承载。
- 帮助手机和核心网信令网关在空口传递"非接入层信令NAS"。也就是说NAS消息是承载在RRC消息中在空口传输的，NAS消息在有线传输网是承载在S1AP消息中。
L3 RRRC层主要定义的是RRC的功能：基站和手机之间传递L3层无线资源控制信令
- RRC层的对外接口：空口接口与核心网接口
- RRC层的无线承载：SRB, DRB
- RRC层终端的状态机
- RRC层消息的通用格式
- RRC消息的功能类型
- RRC消息的交互流程
无线资源的种类
所谓的无线资源管理主要指的是空口资源的利用，它包括以下几种：
- 频率资源：信道所占用的频段（载频）以及所有的子载波资源。
- 时间资源：用户业务所占用的时隙，符号资源。
- 码资源：系统中用于区分小区信道和用户的扩频码或扰码等。
- 功率资源：功率控制来动态分配功率、克服码间串扰。
- 空间资源：采用智能天线或MIMO技术后，对用户及用户群的位置跟踪及空间分集和复用。
通过RRC协议，可以动态在终端UE和基站之间传递无线资源的控制信息，用于实现基站对UE终端的各种远程管理！
二、RRC层的核心功能与要点
在 LTE 和 5G 网络中，RRC（无线资源控制）层是空中接口控制平面的核心，负责管理无线资源、控制连接状态以及协调从终端到网络侧的众多关键流程。
| 技术模块 | 核心功能与要点 |
|---|---|
| RRC 层概述与架构 | 位于协议栈层三，是控制平面的核心，负责系统信息广播、RRC连接控制、移动性管理、测量配置与报告等。 |
| ASN.1 消息 | 用于描述 RRC 消息的数据结构与编码。通过 ASN.1 编译器可生成编解码代码，实现消息的高效、可靠传输。 |
| 无线承载 (SRB/DRB) | - SRB（信令无线承载）：传输 RRC 和 NAS 信令，例如 SRB0 用于 CCCH 上的初始接入。 |
| RRC 状态 | - RRC-IDLE：可进行小区选择/重选、接收寻呼。 |
| 系统信息 (MIB/SIB) | - MIB（主信息块）：携带最核心的物理层信息，在 BCH 上传输。 |
| NAS 消息 | 非接入层消息，用于终端和核心网之间的通信。RRC 层通过信令无线承载（SRB） 为 NAS 消息提供传输通道。 |
三、RRC层与关键技术
1、RRC层概述与总体架构
RRC 层在 LTE 和 5G 网络中扮演着控制中心的角色。其主要功能可以概括为以下几个方面：
系统信息广播：向所有终端广播网络的基本信息和参数。
RRC连接控制：负责 RRC 连接的建立、维护、修改、释放，以及安全激活（加密和完整性保护）。
移动性管理：管理终端在连接状态下的切换（handover）过程。
测量配置与报告：配置终端进行无线信道质量的测量，并上报测量结果，为网络决策（如切换）提供依据。
2、ASN.1消息
ASN.1（抽象语法记法一）是一种用于描述数据进行网络传输的结构和表示方式的语言。在 RRC 层中，所有信令消息都使用 ASN.1 来定义。
目的：确保不同厂商的设备之间能够正确无误地理解和解析 RRC 消息。
处理流程：在实际的协议栈软件实现中，通常会有一个 ASN.1 编解码模块。该模块负责将内存中的 RRC 消息结构体按照 ASN.1 定义的规则转换成可在空中接口传输的二进制比特流（编码），以及将接收到的比特流还原回可操作的消息结构（解码）。
3、无线承载（SRB与DRB）
无线承载（RB）是基站为终端（UE）分配的各种协议实体和配置的总称，是数据在无线接口上的传输通道。主要分为两类：
SRB（信令无线承载）：专门用于传输控制平面信令，包括 RRC 消息本身和 NAS 消息。
-
SRB0：用于传输使用CCCH逻辑信道的 RRC 消息，如在 RRC 连接建立初期发送的
RRCConnectionRequest等消息。 -
SRB1：用于传输 RRC 消息（可能搭载 NAS 消息）以及在 SRB2 建立之前的 NAS 消息，使用 DCCH 逻辑信道。
-
SRB2：专用于传输 NAS 消息，优先级低于 SRB1，在安全激活后由网络配置，也使用 DCCH。
DRB（数据无线承载）：用于传输用户平面数据。在 5G 中，引入了 SDAP 层来负责 QoS 流 到 DRB 的映射，提供了更灵活的 QoS 管理机制。
4、RRC状态演进
终端在无线网络中的行为模式主要由其 RRC 状态决定。
RRC-IDLE（空闲）状态：
-
终端没有 RRC 连接。
-
主要行为：监听寻呼以发现来电或数据到达，进行小区选择和重选，接收系统信息广播-2。
-
非连续接收（DRX）以节省功耗。
RRC-CONNECTED（连接）状态：
-
终端已建立 RRC 连接，网络知晓其所在的小区级别位置。
-
主要行为：与网络进行单播数据传输，在网络控制下进行切换，执行测量上报-2。
RRC-INACTIVE（非激活）状态（5G NR引入）：
-
这是一个创新的中间状态，旨在兼顾终端功耗、连接恢复速度和信令开销。
-
终端保留部分 RAN 上下文（如安全上下文、UE能力信息），从核心网视角看仍处于连接态。
-
终端行为类似空闲态，可移动、省电，但需要通过类似于寻呼的消息快速恢复到连接态，无需重建整个 RRC 连接，从而减少信令开销-7。其状态转换示意图如下：
5、系统信息（MIB与SIB）
终端需要获取其驻留小区的系统信息才能正确接入和工作。这些信息被分为一个主信息块（MIB）和多个系统信息块（SIB）。
MIB（主信息块）：
包含最核心、最常用的物理层信息，如下行系统带宽、系统帧号等。
在 BCH（广播信道） 上传输。
SIB（系统信息块）：
SIB1：定义了其他 SIB 的调度信息，并包含评估终端能否接入小区的相关信息。
其他SIB：包括 SIB2（公共和共享信道信息）、SIB3（小区重选信息，主要和服务小区相关）等，涵盖了小区重选、邻区信息、公共信道配置等多种参数。
6、NAS消息类型
NAS（非接入层）消息是终端和核心网之间直接交互的信令，RRC 层并不处理其内容，而是为其提供传输服务。
功能：负责核心网相关的功能，如会话管理、用户鉴权、位置更新等。
与RRC层关系：NAS 消息需要在空中接口传输时，会被 "搭载"（piggybacked）在 RRC 消息中，通过前面介绍的 SRB1 或 SRB2 进行传输。
四、总结
RRC 层作为无线通信协议栈中的"指挥官"，其设计与理解至关重要。从 LTE 到 5G，RRC 协议在不断演进，例如引入了 RRC-INACTIVE 状态以更好地平衡功耗、时延和信令开销，5G 的 QoS 模型也通过 SDAP 层和 QoS Flow 变得更加灵活。希望这些梳理能帮助你建立起对 RRC 层及其相关技术的清晰认知。