详解LTE MAC层

LTE MAC层

E-UTRA提供了两种MAC实体，一种是位于UE的MAC实体，一种是位于E-UTRAN 的MAC实体。UE的MAC实体与E-UTRAN的MAC实体执行不同的功能，图3-3从UE 的角度给出一种MAC实体结构。

MAC结构和功能

E-UTRA提供了两种MAC实体，一种是位于UE的MAC实体，一种是位于E-UTRAN 的MAC实体。UE的MAC实体与E-UTRAN的MAC实体执行不同的功能，图1从UE的角度给出一种MAC实体结构。

根据图1，UE侧MAC层功能包括以下几个部分。

（1）逻辑信道与传输信道之间的映射。

（2）将来自一个或多个逻辑信道的MACSDU复用到一个传输块（TB），通过传输信道发给物理层。

（3）将一个或多个逻辑信道的MACSDU解复用，这些SDU来自于物理层通过传输信道发送的TB。

（4）调度信息上报。

（5）通过HARQ进行错误纠正。

（6）通过动态调度在UE之间进行优先级操作。

（7）同一个UE的逻辑信道间进行优先级的操作。

（8）逻辑信道优先级排序。

（9）传输格式选择。

图1UE侧MAC实体结构

信道及信道映射

MAC涉及的信道结构包括3方面内容：逻辑信道、传输信道和逻辑信道与传输信道之间的映射。传输信道是MAC层和物理层的业务接入点，逻辑信道是MAC层和RLC层的业务接入点。

传输信道包括以下这些。

下行方向：

BCH，广播信道；

DL-SCH，下行共享信道；

PCH，寻呼信道；

MCH，多播信道。

上行方向：

UL-SCH，上行共享信道；

RACH，随机接入信道。

逻辑信道分为业务信道和控制信道，其中控制信道包括以下这些。

BCCH，广播控制信道；

PCCH，寻呼控制信道；

CCCH，公共控制信道；

MCCH，多播控制信道；

DCCH，专用控制信道。

业务信道包括以下这些。

DTCH，专用业务信道；

MTCH，多播业务信道。

上行信道映射如图2所示。

图2上行信道映射

下行信道映射如图3所示。

图3下行信道映射

随机接入过程

3.1随机接入过程产生的原因和分类

LTE系统的随机接入过程产生的原因包括以下几种。

（1）从RRC_IDLE状态接入。

（2）无线链路失败发起随机接入。

（3）切换过程需要随机接入。

（4）UE处于RRC_CONNECTED时有下行数据到达。

（5）UE处于RRC_CONNECTED时有上行数据到达。

异步随机接入根据随机接入过程的不同分为2种：基于竞争的随机接入和无竞争的随机接入。即如果前导码（Preamble）由UE的MAC选择，则为基于竞争的随机接入；如果Preamble由控制信令分配，则为无竞争的随机接入，上述5种随机接入的原因中只有切换和有下行数据到达可以使用无竞争随机接入过程。用于竞争的Preambles和无竞争的Preambles归属不同的分组，互不冲突。LTE系统将基于竞争的随机接入过程作为研究重点。

3.2随机接入过程分析和比较

基于竞争的随机接入过程如图4所示。

1．随机接入过程初始化以及Msg1的发送

随机接入过程初始化由PDCCH命令或MAC子层发起。如果UE在PDCCH上接收到通过其C-RNTI寻址的PDCCH命令，UE初始化随机接入过程。PDCCH命令或RRC指示随机接入过程进行资源选择时用到Preamble索引ra-PreambleIndex，该索引共64个；以及物理层随机接入信道索引ra-PRACH-MaskIndex，该索引共16种。

在随机接入过程初始化之前，可以获知如下信息。

（1）用于发送随机接入Preamble的PRACH资源，prach-ConfigurationIndex。

（2）随机接入Preamble分组（A组和B组，可能不存在B组）以及每组中可用的随机接入Preamble。A组和B组及其中的Preamble各自关系如图5所示。

图4基于竞争的异步的随机接入过程

图5随机接入Preambles组示意图

如果sizeOfRA-PreamblesGroupA=numberOfRA-Preambles，则不存在B组。A组中的preamble由0到sizeOfRA-PuesmblesGuoupA−1；如果存在B组，则B组中的preamble 由sizeOfRA-PuesmblesGuoupA到numberOfRA-Preambles−1。

如果随机接入Preamble存在B组，则在以下几个条件的约束下，在两组preamble中选定一组。需考虑的约束条件包括：两个门限值，即messagePowerOffsetGroupB和messageSizeGroupA，配置的UE发送功率PCMAX，以及preamble与Msg3之间的偏移deltaPreambleMsg3。

（3）随机接入响应窗口大小（ra-ResponseWindowSize）。

（4）功率递增因子（powerRampingSiep）。

（5）Preamble最大发送次数（preambleTransMax）。

（6）Preamble初始功率（preambleInitialReceivedTargetPower）。

（7）基于偏移量DELTA_PREAMBLE的preamble格式。

（8）Msg3最大HARQ发送次数（maxHARQ-Msg3Tx）。

（9）竞争解决定时器（mac-ContentionResolutionTimer）。

随机接入初始阶段UE完成如下过程。

（1）清空Msg3缓存。

（2）将PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER置为1。

（3）将UE保存的backoff参数值置为0ms。

（4）进入随机接入资源选择阶段。

在随机接入资源选择阶段，UE完成以下过程。

（1）如果ra-PreambleIndex和ra-PRACH-MaskIndex通过PDCCH或RRC信令显示指示，并且ra-PreambleIndex不为000000，即该随机过程为无竞争的，那么认为随机接入Preamble和PRACHMASKIndex为信令指示的值。否则，随机接入Preamble由UE按如下过程选择。

①如果还没有发送Msg3，那么如果随机接入groupB存在，并且如果可用数据与MAC 头以及MAC控制单元之和大于messageSizeGroupA，并且路损小于

那么选择B组中的随机接入Preamble；否则，选择A组。