在移动通信系统（如5G NR和LTE）中，L1、L2、L3 是协议栈的分层术语，对应不同的功能层级。以下是具体定义及其在5G NR中的实现：
1. 层1（L1）：物理层（PHY）
- 功能 ：负责物理信号的传输与接收，直接与无线信道交互。
- 调制/解调（QPSK、16QAM、256QAM等）。
- 信道编码（LDPC、Polar码）与解码。
- MIMO波束成形、天线阵列处理。
- 资源映射（时域、频域、空域资源分配）。
- 同步、功率控制、信道测量（CSI报告）。
- 5G NR关键特性 ：
- 支持灵活参数集（Numerology），如多种子载波间隔（15 kHz~240 kHz）。
- 毫米波（mmWave）和大规模MIMO增强。
2. 层2（L2）：数据链路层
层2进一步划分为多个子层，负责数据的可靠传输、调度和资源管理，主要包括：
(1) MAC层（Medium Access Control）
- 功能 ：
- 调度与资源分配（动态调度、HARQ管理）。
- 逻辑信道到传输信道的映射。
- 随机接入（RACH过程）、载波聚合（CA）等。
- 5G NR增强：支持微时隙调度（低时延）、2步随机接入（MsgA/MsgB）。
(2) RLC层（Radio Link Control）
- 功能 ：
- 数据分段/重组（适应物理层传输块大小）。
- ARQ纠错（仅限AM模式）。
- 传输模式：透明模式（TM）、非确认模式（UM）、确认模式（AM）。
(3) PDCP层（Packet Data Convergence Protocol）
- 功能 ：
- 用户面数据：IP头压缩（ROHC）、加密/完整性保护。
- 控制面数据：RRC信令的加密与完整性保护。
- 数据按序传输（防止重排序导致的乱序）。
(4) SDAP层（Service Data Adaptation Protocol，仅5G NR）
- 功能 ：
- QoS流与数据无线承载（DRB）的映射。
- 标记QoS流标识（QFI），确保业务优先级。
3. 层3（L3）：网络层与控制面协议
层3主要负责系统级的控制和管理，包括核心网与终端的交互：
(1) RRC层（Radio Resource Control）
- 功能 ：
- 无线资源管理（连接建立、释放、切换）。
- 广播系统信息（SIB1~SIBn）。
- 控制UE的测量与上报（如RSRP、RSRQ）。
- 配置低层参数（DRX、载波聚合、双连接等）。
- 状态 ：
- RRC_IDLE：终端休眠，仅监听寻呼。
- RRC_INACTIVE：5G新增状态，保留部分上下文以降低信令开销。
- RRC_CONNECTED：活跃数据传输状态。
(2) NAS层（Non-Access Stratum）
- 功能 ：
- 终端与核心网（AMF/MME）之间的信令交互。
- 鉴权、注册、会话管理（如PDU会话建立）。
- 移动性管理（跨核心网的跟踪区更新）。
- 协议：5GC中的NAS协议（如5G NAS），与LTE的NAS类似但功能增强。
分层对比（5G NR vs. OSI模型）
| 层级 | 5G NR协议栈 | 对应OSI模型层 | 核心功能 |
|---|---|---|---|
| L1 | 物理层（PHY） | 物理层（Layer 1） | 无线信号传输与接收 |
| L2 | MAC、RLC、PDCP、SDAP | 数据链路层（Layer 2） | 数据封装、调度、可靠传输 |
| L3 | RRC、NAS | 网络层（Layer 3） | 系统控制、资源管理、核心网交互 |
示例：数据传输流程中的层级协作
-
用户发送数据：
- L3（NAS）：发起会话请求（如HTTP请求）。
- L3（RRC）：配置无线资源（调度参数、HARQ策略）。
- L2（SDAP）：映射QoS流到DRB，标记QFI。
- L2（PDCP）：压缩IP头，加密数据。
- L2（RLC）：分段数据为RLC PDU。
- L2（MAC）：调度资源，生成MAC PDU。
- L1（PHY）：调制编码，通过无线信道发送。
-
接收端处理：
- L1（PHY）：解调、解码信号，生成传输块（TB）。
- L2（MAC）：解析MAC PDU，提取逻辑信道数据。
- L2（RLC）：重组RLC PDU，纠正丢失数据（AM模式）。
- L2（PDCP）：解密数据，恢复原始IP包。
- L3（RRC/NAS）：传递数据到应用层或核心网。
总结
- L1：物理信号处理，直接面向无线信道。
- L2：数据链路管理，确保高效、可靠传输（MAC调度、RLC纠错、PDCP安全）。
- L3：全局控制与核心网交互（RRC配置、NAS信令）。
5G NR通过分层设计实现灵活性（如L1的参数集）、低时延（L2的微时隙调度）和高可靠性（L3的移动性管理），满足eMBB、URLLC、mMTC三大场景需求。