【LTE基础知识】MAC子层协议浅析

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MAC子层的功能

    LTE系统MAC协议子层的主要目的是为RLC层业务与物理层之间提供一个有效的连接。从这个角度看,MAC层支持的主要功能包括:

   逻辑信道与传输信道之间的映射;

   传输格式的选择,例如通过选择传输块大小、调制方案等作为输入参数提供给物理层;

   一个UE或多个UE之间逻辑信道的优先级管理;

   通过HARQ机制进行纠错;

   填充(Padding);

   RLC PDU的复用与解复用;

   业务量的测量与上报。

  与现有UMTS系统中的MAC层相比,LTE系统的MAC层具有一个新的特点,即每个小区只存在一个MAC实体,负责实现MAC层相关的全部功能。

  综上,MAC层提供给上层的业务主要包括:数据传送及无线资源分配。物理层提供给MAC层的业务包括:数据传送、HARQ反馈信令、调度请求信令以及测量。

逻辑信道

    MAC层可以提供逻辑信道上的数据传送业务,于是,MAC层为不同的数据业务种类定义了一组逻辑信道,每个逻辑信道有传递信息的类型定义。

  根据各信道上传送的信息类型,可以将逻辑信道分为控制信道和业务信道两大类。

1.   控制信道:控制信道负责控制平面信息的传输,MAC层提供的控制信道主要包括以下几种类型。

   广播控制信道(Broadcast Control Channel, BCCH),用来广播系统控制信息的下行信道。

   寻呼控制信道(Paging Control Channel, PCCH),用来传输寻呼信息的下行信道,当网络不知道UE的小区位置时使用该信道。

   公共控制信道(Common Control ChannelCCCH),用来传输UE与网络之间控制信息的上下行双向信道,当UE与网络没有RRC连接时使用该信道。

   多播控制信道(Multicast Control ChannelMCCH),用来传输网络到UEMBMS调度和控制信息的点到多点下行信道,该信道仅用于UE接收MBMS业务。

   专用控制信道(Dedicated Control ChannelDCCH),用来传输UE与网络之间专用控制信息的点到点的双向信道,当UE存在RRC连接时使用该信道。

2.   业务信道:负责用户平面信息的传输,MAC层提供的业务信道主要包括以下几种类型。

   专用业务信道(Dedicated Traffic ChannelDTCH),DTCH信道是点到点的信道,专用于一个UE传输用户信息,可以是上下文双向的。

  多播业务信道(Multicast Traffic ChannelMTCH),MTCH是负责从网络侧向UE传送数据的点到多点下行信道,该信道仅用于UE接收MBMS业务。

逻辑信道与传输信道的映射

  与UMTS系统相比,LTE系统中的逻辑信道与传输信道类型都大大减少,映射关系也变得更为简单。对于上行逻辑信道CCCHDCCHDTCH均映射到UL-SCH上;对于下行逻辑信道,PCCH映射至PCHBCCH映射至BCHDL-SCHCCCHDCCHDTCH均映射至DL-SCH逻辑信道与传输信道的映射关系如下图所示:

MAC层的关键技术
  
 优先权处理

  优先权处理是MAC层的一个主要功能。优先权处理过程是指从不同的等待队列选出一个分组,将其传递到物理层,并通过无线接口发送的过程。因为要考虑到不同信息流的发送,包括纯用户数据、E-UTRAN信令(DTCH逻辑信道)和EPC信令(DCCH逻辑信道),这个过程非常复杂。当已传数据没有正确接收时,是否重传也与优先权处理有关,所以优先权处理过程还是与HARQ密切相关的。另外,网络侧的MAC层要负责上行链路优先权处理,因为它必须从共享UL-SCH传输信道的多个终端的所有上行链路调度请求消息中进行选择,如下图所示:

  在上行链路发送中,终端侧的MAC层只是复用自己的多个上行链路数据流,并且决定是发送上行链路调度请求还是发送上行链路数据。然而在下行链路共享信道,eNodeB必须考虑小区内发往所有用户的流(或逻辑信道)。

 HARQ基本原理

    HARQ的基本原理是缓存没有正确接收到的数据,并且将重传数据和原始数据进行合并。实际中采取的软合并方式取决于HARQ合并机制。在CCChase Combining)方案中,第一次发送的数据和重传的数据相同,接收端要对整个数据块进行合并。在增量冗余(Incremental ReundancyIR)方案中,在错误块的基础上增加一些新的校验信息,接收端接收的编码符号中包含了和第一次传输数据不同的信息。

  在E-UTRAN中,HARQ采用多个并行通道的处理过程(N-Process),当一个过程等待ACK/NACK反馈时,别的过程仍然可以继续发送数据。

  下行链路HARQ采用自适应地异步重传机制,上行链路HARQ采用同步重传机制。在同步机制中,只能按照第一次发送时的子帧号进行重传。在一部重传机制中,可在任意时刻发送重传数据。

  上行链路之所以采用同步方式主要是为了减小协议开销。因为采用同步方式时接收端可以获取子帧号,所以不需要标识HARQ处理的通道号。

    E-UTRANHARQ3G HSDPAE-DCH/HSUPAHARQ类似。


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