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1、LTE MAC相关协议介绍,梁自军LTE基带项目组2008.03,Contents,LTE协议现状MAC相关协议36.321协议介绍MAC实现架构,LTE协议现状,L1L1的协议已经完成大部分，90%内容已经完成。L2L2的协议框架已经完成，大部分内容还未定义，尤其是36.321，只有40%左右。L3L3的协议目前只完成了30%左右。,MAC相关协议,MAC在LTE中处于L1之上，RLC、PDCP之下，受控于L3，和MAC相关的协议如下：36.21136.213（L1）36.322（RLC）36.331（L3）36.321（MAC）,36.321协议介绍,36.321协议是E-UTRA MAC
2、协议，主要包括以下几个部分：3.1 MAC概述3.2 MAC过程3.3 MAC PDU,3.1 MAC概述(1),MAC有两个实体，一个是在E-UTRAN端，另一个是在UE端。MAC需要处理的传输信道包括以下几种：Broadcast Channel(BCH)Downlink Shared Channel(DL-SCH)Paging Channel(PCH)Multicast Channel(MCH)Uplink Shared Channel(UL-SCH)Random Access Channel(s)(RACH),3.1 MAC概述(2),信道之间的映射关系,3.1 MAC概述(3),MAC
3、向上层提供的服务：Data transferRadio resource allocationPHY向MAC提供的服务：data transfer services;signalling of HARQ feedback;signalling of Scheduling Request;measurements(e.g.Channel Quality Indication(CQI).,3.1 MAC概述(4),MAC function location and link direction association,3.2 MAC过程,MAC过程包括以下几个部分：3.2.1 Random Acc
4、ess procedure3.2.2 维护UL时间对齐3.2.3 DL-SCH data transfer3.2.4 UL-SCH data transfer3.2.5 PCH reception3.2.6 BCH reception3.2.7 Discontinuous Reception(DRX)3.2.8 MAC reconfiguration3.2.9 MAC Reset,3.2.1 Random Access procedure,Random Access procedure包括以下几个步骤：3.2.1.1 随机接入过程初始化3.2.1.2 随机接入资源选择3.2.1.3 随机接入前
5、导发送3.2.1.4 随机接入相应接收3.2.1.5 MAC Contention Resolution,3.2.1.1 随机接入过程初始化,当收到高层的随机接入请求时启动该初始化过程（MAC层发起，或PDCCH触发）在初始化之前，下面的参数必须已知:PRACH的资源和相应的RA-RNTIs前导的分组组和每组可用的前导选择前导组的门限RACH响应的接收窗功率提升因子前导最大传输次数前导初始功率随机接入过程的执行:置PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER为1,3.2.1.2 随机接入资源选择,分为两种情况：如果随机接入前导和PRACH资源都是高层指定的，并且在有效期内直接进行
6、下一步其它情况基于UL需要传输的Message的大小或者需要的RBs，同时需要考虑无线状况，从两组前导中选择一组。根据均匀分布概率从选择的前导组中随机选择一个前导进行下一步,3.2.1.3 随机接入前导传输,包括以下几个步骤：设置前导发射功率：PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER=PREAMBLE_INITIAL_POWER+(PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER-1)*POWER_RAMP_STEP如果PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER小于最小发射功率，则调整为最小发射功率如果PREAMBLE_TRANSMISSION_POWER大
7、于最小发射功率，则调整为最大发射功率确定下一次的传输时机按照以上选择的PRACH资源、RA-RNTI、前导、传输功率、通知物理层发送前导,3.2.1.4 随机接入响应接收(1),发送前导后，UE在接入响应接收窗内监测PDCCH，收到响应后停止监测收到接入响应如果包括过载指示（OI），更新backoff参数，否则backoff参数置为0如果随机接入响应中包括该UE发送的前导则随机接入响应接收成功对TA（Timing Alignment）进行处理如果包含UL grant，则处理UL grant保存Temp C-RNTI如果UE处于RRC_CONNECTED状态（不包括RLF）并且前导是MAC选择的
8、，则在Message 3中需要包含C-RNTI的控制PDU如果UE处于RRC_IDLE，则过程成功消息给高层,3.2.1.4 随机接入响应接收(2),如果在接收窗内没有随机接入响应，或者响应中没有对应的前导，则按照失败处理如果前导传输没有达到最大传输次数传输次数+1，如果随机接入前导是MAC选择的或显示信令指示的并且在下一个可用的随机接入时机之前过期，根据backoff计算下一次重传时间选择随机接入资源(根据情况确定哪些资源需要重新选择)如果前导传输达到最大传输次数如果UE处于RRC_IDLE状态（或RLF），把随机接入失败的消息通知高层,MAC Contention Resolution,当
9、UE发送了包含C-RNTI控制PDU的Message 3之后：启动Contention Resolution Timer在定时器超时之前监测PDCCH如果收到了给该C-RNTI的PDCCH,则认为Contention Resolution成功，并通知高层，停止定时器如果定时器超时之前没有收到对该C-RNTI的PDCCH，则认为失败如果没有达到前导的最大传输次数，则重新进行发送前导的过程（具体操作如前）注：其它情况的MAC Contention Resolution的过程不属于MAC,3.2.2 维护上行时间对齐,UE有一个可配置的TA Timer.只有cell配置了并且启动了才有效如果配置了T
10、A Timer收到了TA命令应用该TA命令调整UL的发送时间启动或重新启动TA如果TA Timer超时或未启动任何UL传输之前，通过随机接入过程获取TA命令当TA Timer超时释放所有的 PUCCH资源;释放所有的SRS资源.,3.2.3 DL-SCH data transfer,包括以下几个过程：3.2.3.1 DL Assignment reception3.2.3.2 HARQ operation3.2.3.3 Disassembly and demultiplexing,3.2.3.1 DL Assignment reception,当UE有一个C-RNTI、Temp C-RNTI或
11、RA-RNTI时，如果通过PDCCH收到了对该TTI该C-RNTI、Temp C-RNTI或RA-RNTI的DL Assignment通知HARQ实体该Assignment，包括相应的HARQ信息如果对该TTI有半静态配置的Assignment，而且没有通过PDCCH收到DL Assignment通知HARQ实体该Assignment，包括相应的HARQ信息，并且是传输新数据当UE需要读取 BCCH如果通过PDCCH（广播RNTI）收到了该TTI的DL Assignment通知HARQ实体，针对广播的HARQ Process的DL Assignment,3.2.3.2 HARQ Operati
12、on(1),HARQ Operation一个UE包含一个HARQ实体和多个HARQ Process。如果有DL Assignment，HARQ实体把收到的TB发送到相应的HARQ ProcessHARQ Process处理如果是新传数据用接收到的数据替换soft buffer中的数据如果是重传数据如果缓冲区中的数据没有成功译码，且TB size相同，则把收到的数据和缓冲区中的数据进行合并如果缓冲区中的数据没有成功译码，且TB size不同，则可以用收到的数据替换缓冲区中的数据,3.2.3.2 HARQ Operation(2),对soft buffer中的数据进行译码如果译码成功，把译码后的M
13、AC PDU发送到disassembly and demultiplexing实体，生成ACK如果译码失败，生成NACK如果是对RA-RNTI或Temp C-RNTI且随机接入Identity不匹配或广播，则不发送ACK或NACK给物理层，否则发送生成的ACK或NACK给物理层,3.2.4 UL-SCH data transfer,包括以下几个过程：3.2.4.1 UL Grant reception3.2.4.2 HARQ Operation3.2.4.3 Multiplexing and Assembly 3.2.4.4 Scheduling Request3.2.4.5 Buffer S
14、tatus Reporting,3.2.4.1 UL Grant reception,如果通过PDCCH收到了该TTI的UL grant或通过随机接入响应收到了该TTI的UL grant通知HARQ实体该UL grant，包括HARQ信息有预配置的UL grant，且没有通过PDCCH或随机接入响应的UL grant通知HARQ实体该UL grant，包括HARQ信息，只能用于传输新数据,3.2.4.2 HARQ Operation(1),UE包含一个HARQ实体和8个HP(HARQ Process)，每个HP有自己的HARQ缓冲区，每个HP有一个状态变量CURRENT_TX_NB，每个UE配
15、置一个最大传输次数在每个TTI，HARQ实体的行为:如果收到UL grant，指示新数据传输，通知“uplink prioritisation”实体，有新传输数据机会;如果“uplink prioritisation”实体指示需要传输新的数据，从“Multiplexing and assembly“实体获取MAC PDU给对应的HP，否则，清空HARQ缓冲区如果收到UL grant，指示重传，或HP的Buffer非空，触发对应的HP进行重传,3.2.4.2 HARQ Operation(2),每个TTI，HP的行为.新传置CURRENT_TX_NB为0，置 CURRENT_IRV为0，保存MA
16、C PDU到HARQ Buffer，进行传输重传如果对应测量Gap，则CURRENT_TX_NB加1，不重传如果是收到PDCCH的调度，CURRENT_IRV置为eNB的设置值，重传如果没有收到PDCCH，但是有ACK，则CURRENT_TX_NB加1，不重传如果没有收到PDCCH，从上次的传输之后没有收到ACK，重传传输过程触发物理层进行传输，采用CURRENT_IRV如果CURRENT_IRV Y，CURRENT_IRV加1CURRENT_TX_NB加1，如果CURRENT_TX_NB达到 最大传输次数，清空HARQ缓冲区，如果没有收到ACK，可以通知RLC层传输失败，如果是CCCH的信息
17、，则通知RRC层传输失败,3.2.4.3 Multiplexing and Assembly,通过给每个逻辑信道配置一个优先级控制UL的调度，值越大优先级越低，同时，每个逻辑信道配置一个PBR(Prioritized Bit Rate).所有的逻辑信道按照优先级从高到低，最多满足其PBR进行服务如果有剩余资源，按照优先级从高到低，直到资源用完或者没有数据为止同等优先级的逻辑信道的服务是均等的BSR(不包括Padding BSR)的优先级比所有的用户面的立即信道的优先级都高在服务小区变更时，第一个DCCH MAC SDU比BSR的优先级高,3.2.4.4 Scheduling Request,S
18、R(Scheduling Request)用于UE向eNB请求UL-SCH资源，如果触发了SR，则每个TTI按照进行下述操作，直到获得UL-SCH资源如果该TTI有上报SR的PUCCH资源，则上报SR如果没有配置SR上报的PUCCH资源，则发起随机接入过程,3.2.4.5 Buffer Status Reporting,用于UE向服务eNB提供UE的UL缓冲区中的数据量满足下列任何情况都会触发BSR更高优先级的数据到达，称为“Regular BSR”数据包的Padding数满足BSR上报条件，称为“Padding BSR”服务小区变更，称为“Regular BSR”BSR Timer超时，称为
19、“Periodic BSR”对于Regular and Periodic BSR:如果只有一个LCG有数据，上报short BSR如果多于一个LCG有数据，则上报long BSR对于padding BSR如果padding bits大于或等于short BSR，但是小于long BSR，则报short BSR，上报的LCG为有数据的最高优先级的逻辑信道所在的LCG如果padding bits大于或等于long BSR，上报long BSR.如果上次上报BSR之后又触发了BSR如果该TTI传输新数据，上报BSR，重新启动PERIODIC BSR TIMER如果该TTI不传新数据，而且触发的是Re
20、gular BSR，则触发SR,3.2.5 PCH reception,处于 RRC_IDLE状态的UE,在paging occasions如果收到了Paing RNTI的PDCCH根据PDCCH进行对TB进行解码如果PCH TB解码成功把解码后的MAC PDU送给高层,3.2.6 BCH reception,当UE需要接收BCH时接收BCH，并进行解码如果BCH的TB解码成功把解码后的MAC PDU送给高层,3.2.7 Discontinuous Reception(DRX),包括以下几个参数Acitve TimeDRX CycleDRX Inactive TimerDRX Retransm
21、ission TimerDRX Short Cycle TimerHARQ RTT TimerOn Duration Timer,3.2.8 MAC reconfiguration,FFS,3.2.9 MAC reset,FFS,3.3 MAC PDU,MAC PDU长度以BYTE对齐，MAC SDU的长度也是BYTE对齐包括以下几个部分：3.3.1 MAC PDU(DL-SCH and UL-SCH)3.3.2 MAC control element3.3.3 Formats and Parameters,3.3.1 MAC PDU(DL-SCH and UL-SCH)(1),每个sub-h
22、eader对应一个MAC SDU、MAC control element或padding，除了最后一个sub-header和对应固定大小的MAC control element的子头包含4个字段之外，其它都包含6个字段MAC control element(不包括padding BSR)放在所有的MAC SDU之前一般情况，Padding放在最后，当出现一个或两个BYTE的Padding不能achived时，插入一个或两个Padding MAC子头，插入的位置是所有的MAC SDU对应的MAC子头之前，如果没有MAC SDU，则插到最后一个MAC control element对应的子头之前,
23、3.3.1 MAC PDU(DL-SCH and UL-SCH)(2),MAC sub-header R/R/E/LCID MAC sub-header,R/R/E/LCID/F/L MAC sub-header,3.3.2 MAC control element(1),Short BSR,Long BSR,C-RNTI,3.3.2 MAC control element(2),DRX，包括0 bit信息,MAC PDU（transparent MAC）,3.3.2 MAC control element(3),MAC PDU(Random Access Response),E/T/RAID
24、MAC sub-header,E/T/R/R/OI MAC sub-header,3.3.2 MAC control element(4),MAC RAR,3.3.1 Formats and Parameters,包括以下几个部分：MAC header for DL-SCH and UL-SCH3.3.1.2 MAC header for Random Access Response3.3.1.3 MAC payload for Random Access Response,3.3.1.1MAC header for DL-SCH and UL-SCH,R:保留bits（1bit）E:扩展字段
25、，表示后面是否有MAC header，”1”表示有，”0”表示没有（1bit）LCID:指示对应的MAC SDU对应的逻辑信道或MAC control element的类型或padding（5bits）F:格式字段，表示L字段的长度，“0”表示L字段是7bits，“1”表示L字段是15bits（1bit）L:长度字段，表示MAC SDU或MAC control element的长度，以BYTE为单位，长度由F字段决定,3.3.1.2 MAC header for Random Access Response,MAC header是变长的，包括以下几个字段E：扩展字段，表示后面是否有MAC he
26、ader，“1”表示有，“0”表示没有（1bit）T：类型字段，指示MAC sub-header包含一个随机接入ID还是一个过载指示，“0”表示过载指示，“1”表示随机接入IDR：Reserved bitOI：指示小区的过载状态(4bits)RAID：随机接入ID字段指示随机接入的前导（6bits）,3.3.1.3 MAC payload for Rando,Access Response,MAC header是定长的，包括以下几个字段TA：UL的时间调整信息字段（11bits）UL grant：UL grant字段，指示分配的UL资源（21bits）T-CRNTI：Temp CRNTI字段（16bits）,附录 A,DL-SCH的LCID取值,附录 B,DL-SCH的LCID取值,附录 C,F字段取值,附录 D,RNTI取值,Thanks,END,
