5G系統整體包括核心網、接入網以及終端部分，其中核心網與接入網間需要進行用戶平面和控制平面的接口連接；接入網與終端間通過無線空口協議棧進行連接。
5G系統的無線接口繼承了LTE系統的命名方式，即將終端和接入網之間的接口仍簡稱為Uu接口，也稱為空中接口。無線接口協議主要是用來建立、重配置和釋放各種無線承載業務的。
無線接口協議棧仍主要分為三層兩面，三層是指物理層、數據鏈路層和網絡層，兩面是指控制平面和用戶平面。
以下內容專注於層三網絡層的總結。
| 子層 | |
|---|---|
| 網絡層 | 無線資源控制（Radio Resource Control，RRC）層 |
| 數據鏈路層 | 媒體訪問控制（Medium Access Control，MAC）層、無線鏈路控制（Radio Link Control，RLC）層、分組數據匯聚協議（Packet Data Convergence Protocol，PDCP）層和服務數據自適應協議（Service Data Adaptation Protocol，SDAP）層 |
| 物理層 | 物理（PHY）層 |
數據鏈路層中，SDAP層只位於用戶平面，負責完成從QoS流到數據無線承載（Data Radio Bearer，DRB）的映射；其他數據鏈路層的3個子層同時位於控制平面和用戶平面，在控制平面負責無線承載信令的傳輸、加密和完整性保護，在用戶平面負責用戶業務數據的傳輸和加密。
網絡層是指無線資源控制（Radio Resource Control，RRC）層，位於接入網的控制平面，負責完成接入網和終端之間交互的所有信令處理。
控制平面協議棧
控制面主要負責連接建立、移動性和安全性。
控制平面協議棧下圖所示，主要負責對無線接口的管理和控制，包括RRC協議、MAC/RLC/PDCP和物理層協議。將非接入層（NAS）協議顯示在這里，只是為了說明它是UE-5GC通信的一部分。
NAS控制協議實體位於終端（UE）和核心網的AMF功能實體內，主要執行鑒權、移動性管理、安全控制等功能。
RRC協議實體位於UE和gNB網絡實體內，負責對接入網的控制和管理，主要功能包括廣播、尋呼、RRC管理、無線承載（Radio Bearer，RB）控制、移動性管理、QoS管理、UE測量報告和測量上報控制、無線鏈路失敗檢測與恢復以及NAS消息的傳輸。
在NR協議棧中，控制平面RRC協議數據的加解密、完整性保護、重排序以及重復檢測等功能，交由數據鏈路層的PDCP子層完成。
數據鏈路層和物理層提供對RRC協議消息的數據傳輸功能。NAS消息可以串接在RRC消息內，也可以單獨在RRC消息中攜帶。在切換等情況下，NAS消息的丟失和重復有可能會發生，AS將提供對NAS信令在小區內的有序傳輸功能。
用戶平面協議棧
用戶面協議，主要負責對用戶的傳輸數據的處理，其協議主要為數據鏈路層協議（MAC、RLC、PDCP、SDAP）和物理層協議。
其他層
物理層
無論從控制平面協議棧還是用戶平面協議棧來看，物理層都位於無線接口協議棧的最底層，其提供了物理介質中比特流傳輸所需要的所有功能。
數據鏈路層
數據鏈路層包括MAC、RLC、PDCP和SDAP這4個子層。物理層為MAC子層提供傳輸信道級的服務，MAC子層為RLC子層提供邏輯信道級的服務，PDCP子層為SDAP層提供無線承載級的服務，SDAP層為上層提供5GC QoS流級的服務。
RRC
RRC層協議模塊在5G系統的空口協議棧中的作用非常重要，它是接入層的控制中心，RRC負責信令的處理，如：發送系統信息（信令）廣播（非接入層和接入層）相關消息；發送由核心網5GC和接入網NG-RAN發起的尋呼消息（信令）；連接管理，UE和NG-RAN之間的RRC建立、維護和釋放；安全功能密鑰管理；無線承載管理（包括建立、配置、維護和釋放信令無線承載和用戶無線承載）；移動性管理（包括切換、UE小區選擇和重選、切換時上下文傳輸）；QoS管理；UE測量報告和控制；無線鏈路失敗的檢測和恢復；以及NAS消息的傳輸。
RRC狀態機
NR系統設計了3個RRC狀態：空閑（RRC_IDLE）態、連接（RRC_CONNECTED）態和非激活（RRC_INACTIVE）態。當終端和網絡之間存在信令連接時，UE處於連接態或者非激活態，否則終端處於空閑態。在同一時刻，終端只能處於一種RRC狀態。
總結
無線接口協議分成三層兩面，用戶面負責用戶數據處理，控制面負責連接建立、移動管理、安全性等控制管理，網絡層中的RRC負責RAN和UE間的信令的處理。