基站基础及其运维 12

课堂教学设计首页专业班级：移动B2301通信A22012024年3月27日课程5G基站调试与运维课程类型理实一体学时2课题5G新空口协议上课地点教学内容及学情分析本节课为5G空中接口核心基础课程，聚焦5GUu空口协议栈整体架构，主要包含空口用户面与控制面区分、NAS接入层原理、RRC层核心功能，以及SDAP、PDCP、RLC、MAC、PHY各层级的协议功能与工作机制。前期已掌握5G空口帧结构、物理资源单元等底层物理层知识，了解终端与基站的通信基本逻辑，具备基础的移动通信认知。教学目标（一）知识目标掌握5G空口Uu接口定义，区分空口用户面与控制面的功能差异与传输内容。理解NAS非接入层与AS接入层的层级关系与核心作用。熟练掌握RRC、SDAP、PDCP、RLC、MAC各协议层的核心功能与工作机制。掌握RLC三种传输模式（TM/UM/AM）的特性与适用场景。理解5G协议栈相较于4G的升级点，明确SDAP新增层级的技术价值。（二）能力目标能够独立区分5G空口用户面与控制面的传输数据类型，精准辨别各协议层工作职责。能够根据业务传输需求，匹配对应的RLC传输模式。能够梳理数据、信令从终端到基站、核心网的逐层传输与封装逻辑。能够简单分析各协议层故障对网络通信产生的影响，具备基础协议排查思维。（三）素养目标培养学生分层、模块化的通信工程思维，建立“逐层封装、逐层解封装”的标准通信认知。培养学生严谨、规范的协议标准化思维，树立通信行业规范化、精准化的工匠精神。通过5G协议迭代升级内容，引导学生感知通信技术持续优化的发展逻辑，提升专业学习积极性。教学重难点（一）教学重点5G空口用户面与控制面的架构区别与传输内容差异。RRC、SDAP、PDCP、RLC、MAC各协议层核心功能。RLC三种传输模式的特性与适用场景。（二）教学难点NAS层与AS接入层的层级关系与信令转发逻辑。5G各协议层协同工作、逐层封装传输的完整逻辑。SDAP层QoS流映射的工作原理与5G组网价值。课堂教学过程设计教学方法分层拆解法：由上层到下层逐层拆解协议栈结构，理清层级从属与协作关系。对比分析法：对比用户面与控制面、三种RLC模式、4G与5G协议栈差异，强化记忆。流程演示法：模拟数据与信令逐层封装传输流程，具象化抽象协议逻辑。场景案例法：结合手机联网、广播寻呼、数据重传等场景匹配协议功能。互动提问法：随堂设问、知识点复盘，巩固各层级核心功能。教学工具多媒体PPT、5G空口协议栈架构图（用户面/控制面）各协议层功能对照表、RLC三种模式对比表协议传输流程动画、课堂练习题与思维导图（一）课程导入（10分钟）场景设问导入：手机开机联网、注册网络、发送消息、播放视频的全过程中，数据和信令是如何有序传输的？为什么网络能够区分用户数据和控制指令？4G和5G的传输逻辑有什么区别？（二）新知讲授（65分钟）1.5G空口基本概念与双平面架构（10分钟）2.NAS与AS分层原理（10分钟）3.各协议层逐层功能详解（30分钟）4.协议栈整体协同逻辑总结（15分钟）（三）课堂互动与练习（10分钟）1.互动提问2.课堂小练习（四）课堂小结（5分钟）（五）作业布置教学反思本节课分层逻辑清晰、功能归类明确，大部分学生能够掌握各协议层基础功能，理解双平面架构差异。但部分学生对多层协议协同封装、NAS与AS信令转发逻辑理解不够透彻，容易混淆相近层级功能。后续教学可增加数据逐层封装动态演示，直观展示数据从上层到物理层的处理全过程，具象化突破难点；同时增加表格对比，固化各层级功能记忆。可结合日常联网故障案例，对应分析协议层异常导致的网络问题，提升学生知识应用与故障分析能力。备注：课程类型可以选择填写理论课、理实一体课或实践课；教学目标根据课程内容特点按素质目标、知识目标、技能目标三方面进行描述；课堂教学过程设计不拘泥于统一格式，可以根据课程特点形式各异，但应包括教学环节及时间分配、教师活动设计、学生活动设计、教学手段（方法）、教学媒体（资源）使用、设计意图、学习要求或作业等方面，并在其中标注重点难点。

（一）课程导入（10分钟）场景设问导入：手机开机联网、注册网络、发送消息、播放视频的全过程中，数据和信令是如何有序传输的？为什么网络能够区分用户数据和控制指令？4G和5G的传输逻辑有什么区别？引导学生思考总结：无线通信并非直接传输数据，而是依靠一套标准化的分层协议规则，对数据进行封装、调度、传输、解封装。顺势引出本节课核心内容——5G空口协议栈，明确本节课将系统学习5G空口分层架构、各层级功能与传输规则，为后续信道、信号学习搭建上层逻辑框架。（二）新知讲授（65分钟）1.5G空口基本概念与双平面架构（10分钟）5G终端UE与基站gNodeB之间的通信接口为Uu空口接口，分为用户网络接口与通用接口特性，是5G无线传输的核心接口。从逻辑层面，Uu接口严格分为控制面和用户面两大体系，分工明确、各司其职。控制面：专门传输信令消息，负责网络注册、连接建立、移动性管理、会话管理等控制指令，保障通信链路稳定建立与维持。用户面：专门传输用户业务IP数据包，负责上网、视频、下载等实际业务数据传输，实现用户业务落地。2.NAS与AS分层原理（10分钟）5G空口整体分为非接入层NAS与接入层AS两大层级。NAS属于高层信令，位于接入层之上，主要负责UE与核心网AMF之间的信令交互，包含移动性管理MM、会话管理SM消息，不随接入网制式变化。AS接入层为无线接入专属层级，包含RRC及以下所有协议层，负责无线侧信令与数据处理，适配5G无线接入特性。RRC层作为控制面核心，负责转发NAS信令，仅做透明转发，不修改信令内容，实现接入网与核心网信令互通。3.各协议层逐层功能详解（30分钟）（1）RRC无线资源控制层：是5G控制面核心功能层，全权处理UE与5G接入网之间所有信令流程，包含网络注册、小区切换、连接建立、参数配置等功能，同时承载、转发NAS高层信令，是整个空口控制面的中枢。（2）SDAP服务数据适配层（5G新增）：仅存在于用户面，是5G相较于4G的核心升级层级。主要负责QoS数据流与无线承载DRB的映射匹配，为数据包添加QFI流标识，保障不同优先级业务（高清视频、工业控制、普通上网）按QoS规则传输，实现5G差异化业务保障。（3）PDCP分组数据汇聚协议层：同时存在于用户面与控制面。核心功能包含数据加解密、完整性校验，保障通信安全；支持IP头压缩，提升传输效率；具备数据排序、重复检测、路由转发功能，在NSA双连接场景中承担数据分流与复制任务。（4）RLC无线链路控制层：负责无线链路数据处理，提供三种传输模式，适配不同业务场景。透明模式TM：无数据加工、无头部封装，纯透传，适用于广播、寻呼等公共信令；非确认模式UM：无ACK/NACK反馈，不可靠传输，适用于实时视频、语音等实时业务；确认模式AM：支持检错、重传、排序，可靠传输，适用于文件下载、网页数据等高可靠业务。（5）MAC媒体接入控制层：核心功能为信道映射、数据复用与解复用，将多逻辑信道数据整合为MACPDU统一传输；依托HARQ机制实现数据纠错重传，保障传输可靠性；负责无线资源调度与分配，根据QoS优先级分配空口资源，同时承担数据级联功能，适配5G高速调度需求。（6）PHY物理层：协议栈最底层，依托帧结构、物理资源完成信号调制、编码、收发，为上层协议提供物理传输通道，是所有数据、信令传输的物理载体。4.协议栈整体协同逻辑总结（15分钟）控制面传输逻辑：NAS高层信令→RRC封装→PDCP安全处理→RLC分段→MAC调度→PHY物理传输。用户面传输逻辑：业务IP数据包→SDAPQoS映射→PDCP压缩加密→RLC模式适配→MAC复用调度→PHY空口发送。整体体现5G协议栈分层分工、逐级处理、协同传输的设计思想，SDAP的新增让5G具备了精细化QoS业务管控能力，是5G多业务差异化承载的核心保障。（三）课堂互动与练习（10分钟）1.互动提问5G空口控制面和用户面分别负责传输什么内容？5G新增的SDAP层核心功能是什么？解决了什么问题？RLC三种模式中，哪种模式适用于高可靠数据传输？为什么？2.课堂小练习简要梳理5G空口从上层到下层的协议层级，并分别说明RRC、SDAP、MAC层的核心作用。（四）课堂小结（5分钟）本节课系统学习了5G空口协议栈完整架构，掌握了Uu空口双平面分工、NAS与AS分层逻辑，熟练掌