空中接口

在移動通信當中，電話終端用户與基地台通過空中接口（Air Interface）互相連結。“空中接口”是基站和移動電話之間的無線傳輸規範，它定義每個無線信道的使用頻率、帶寬、接入時機、編碼方法以及越區切換。在GSM/UMTS中，各種形式的 UTRA 標準便是空中接口，也就是一種接入模式 "Access Modes"。

在OSI模型之下，空中接口屬於第一層與第二層的實作。

空中接口又稱“公共空中接口”。移動終端與基站之間的接口。

無線接口Um（MS-BS接口）

在不同制式的蜂窩移動通信網絡中，空中接口的術語是不同的：

1.在GSM/GPRS/EDGE網絡，CDMA2000網絡中，被稱為Um接口。

2.在TD-SCDMA和WCDMA網絡中，被稱為Uu接口。

第一層L1物理層

第二層L2數據鏈路層，同時位於控制平面和用户平面

在控制平面負責無線承載信令的傳輸、加密和完整性保護；

在用户平面負責用户業務數據的傳輸和加密。

數據鏈路層還進一步分層：

1） 媒體接入控制（MAC，Media Access Control）

2）無線鏈路控制（RLC，Radio Link Control)

3）分組數據匯聚協議（PDCP, Packet Data Convergence Protocol）

第三層 L3網絡層：無線資源控制（RRC，Radio Resource Control）

空間處理：空間處理能給系統帶來性能上的增益，主要是通過空間分集、空間複用、空分多址（SDMA）和干擾抑制等技術來實現的。空間分集通過在獨立信道上傳輸相同的數據，來提高傳輸的可靠性，因此它可以有效克服信道衰落的影響。波束賦性（Beamforming）能夠通過SDMA來區分一個小區內（或多個小區之間）的多個用户，使其共享相同的時頻資源。干擾抑制是通過在下行鏈路中進行預編碼來增強多用户環境中的頻譜效率。

前向糾錯（FEC）技術：在眾多前向糾錯技術中，卷積碼（CC）、並行級聯卷積碼（PCCC）和低密度奇偶校驗碼（LDPC）這三種編碼技術是最熱門的IMT-Advanced系統候選技術。目前的研究結果表明，CC碼適用於長度短的小塊數據（幾百比特），LDPC碼適用於長塊數據，而雙二進制（Duo-Binary）PCCC碼的性能雖然對數據長度不十分敏感，但對中等長度的數據塊的性能更為出色。對於長塊數據，LDPC碼的優勢是糾錯性能強、功耗低。

調製技術：隨着調製技術不斷髮展，多載波調製越來越受到人們的關注。它在頻譜效率和傳輸信息量的性能上，明顯優於單載波方式，但這不是選擇調製方式的唯一標準。調製方式的選擇還要綜合考慮上下行鏈路的特點以及實現成本等多方面因素。

物理資源的管理：物理資源的管理是MAC層中的重要實體，它是上層應用（無線資源管理）的執行模塊。MAC層中的物理資源的管理由兩部分組成：服務等級控制（SLC）和資源調度（RS）。SLC主要負責不同基站間的資源分配，通過預留不同基站的資源，在總體上確保數據流的服務等級。在廣域場景，SLC的實體通常位於RAN網關（RANG）上，而不是在基站上。RS主要負責物理信道資源的最優分配。在其資源調度器中，有兩類基本的調度算法：自適應調度（Adaptive resource scheduling）和非頻率自適應調度（Non-frequency-adaptive scheduling）。二者的區別是：前者是預測信道狀態的快速變化，通過改變物理參數來適應頻率選擇性信道；而後者是通過某些技術手段（如分集、交織和空時編碼等）來設法減小信道快速變化的影響。在終端高速移動的情況下，很難準確地捕捉到信道狀態的快速變化，這時更傾向於非頻率自適應調度算法。

多址方式：多址方式是空中接口為不同用户分配相應的物理資源的方法和策略。多址方式的選擇是個複雜的問題，它要綜合考慮調製方式、鏈路特性以及鏈路自適應技術等多方面因素。IMT-Advanced系統選擇多址方式的關鍵指標包括性能、靈活性、頻譜效率、複雜度和成本。相比於傳統的多址方式（FDMA、TDMA和CDMA），IMT-Advanced系統更關注OFDMA（Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access）和SDMA（Spatial Division Multiple Access）方式，因為它們具有更好的性能和頻譜效率。OFDMA利用OFDM技術來為不同的用户分配不同的信道資源，相比於FDMA，它在靈活性和頻譜效率上優勢明顯；而SDMA與其它多址技術的結合，將在性能上帶來突破，因而是當前的研究熱點。SDMA方式與多天線技術是緊密相連的，目前主要有兩種方式：固定波束賦型（Fixed beamforming）和自適應波束賦型（Adaptive beamforming）。固定波束賦型的特點是簡單和魯棒性強，它適用於角度擴散小的廣域環境，所支持的用户數量近似等於發射天線數目的一半；而自適應波束賦型適用於角度擴散大的場景，所支持的用户數量是固定波束賦型方式的兩倍。此外，這兩種方式都可以與OFDM、FDMA、TDMA和CDMA相結合，在綜合考慮實現複雜度和性能的情況下，目前最好的結合方式是：OFDM-SDMA-TDMA和OFDM-SDMA-TDMA-CDMA。

無線鏈路控制（RLC）的作用是保證空中接口的端點之間（終端與基站或其它網絡側的節點之間）的傳輸可靠性。RLC層主要是負責丟失報文、失序報文和重複報文的處理，其保障機制主要包括：端到端的重傳；報文記錄；重複避免；中繼節點上的安全處理。

RLC為上層應用提供了可靠的傳輸，這非常重要，因為類似TCP這種高層的傳輸協議，它會將報文的丟失、失序和重複當做網絡擁塞的前兆，從而迫使發送端降低發送速率。但是，另一方面，RLC也為系統帶來了一定的開銷和傳輸時延，我們要努力減小它對系統性能的影響。

RLC層為上層提供了多種服務，包括確認的數據傳輸、非確認的數據傳輸和透明傳輸。它們對信令的要求不同、所需的開銷不同，因而所能提供的傳輸可靠性也就不同。它們之間最主要的區別是收、發端buffer的使用方式和狀態報告的機制不同。其中，確認的數據傳輸佔用最多的資源，提供最高的傳輸可靠性。同時，RLC層也需要來自底層（MAC層）的服務，如它需要MAC層彙報CRC的效驗結果，併為它的處理提供依據。

RRM是空中接口的上層模塊，是眾多算法和協議的總稱。它負責整個移動通信系統的空中接口資源的規劃和調度，以確保系統的覆蓋、容量和QoS。

由於IMT-Advanced系統服務於不同的場景和用户需求，所以RRM的功能可以被進一步細分為：通用的RRM功能，它們對於場景類型和用户需求不敏感，適用於各種情況，包括頻譜分配、服務等級控制、Buffer管理、流量監控、接入控制、擁塞控制和相同模式間的切換；特殊的RRM功能，它們針對不同的場景類型和用户需求進行了優化，包括資源調度、功率控制、鏈路自適應、路由和不同模式間的切換；系統間的RRM功能，它們用於IMT-Advanced系統與現有系統（如UMTS和WLAN等）之間的協作與共存，包括系統間的切換、接入控制、擁塞控制和RAN選擇。相比於3G系統，IMT-Advanced系統RRM的設計複雜要高很多：在功能上，增加了系統間的切換、RAN選擇和路由選擇等實體；在結構上，將採用分佈式方案，把RRM的監控和決策實體下放到網絡的各個節點上（包括終端），以減小信令的信息交換量和傳輸時延。

GSM 04.04 ^[2]  , 05.02 ^[3]  , 05.05 ^[4]  , 05.08 ^[5]  , 05.10 ^[6]  定義了無線接入層的規範。

GSM 04.05 ^[7]  , 04.06 ^[8]  定義了數據鏈路層規範。

GSM 04.07, GSM 04.08 ^[9]  中定義了無線資源管理和移動性管理的規範。

3GPP 44.005, 44.006 ^[10]  定義了數據鏈路層規範。

3GPP 24.007, 24.008 ^[11]  中定義了無線資源管理和移動性管理的規範。

1空中接口用户面

用户面協議結構如圖4所示。用户面PDCP、RLC和MAC子層（空中接口的網絡側終結於eNB）主要完成報頭壓縮、加密、調度、ARQ和HARQ等功能。

2空中接口控制面

控制面協議結構如圖5所示。其中NAS部分為eNB透傳，主要完成EPS承載管理、鑑權、ECM-IDLE移動性處理、ECM-IDLE狀態發起尋呼和安全控制等功能；RRC完成廣播、尋呼、RRC連接管理、RB控制、移動性功能和UE的測量報告和控制功能；PDCP子層主要完成加密/完成性保護、傳送控制平面數據等功能。RLC和MAC子層在用户面和控制面執行功能沒有區別。