LTE基础:MAC子层协议浅析

    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 Channel，CCCH），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 Channel，MCCH），用来传输网络到UE的MBMS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 Channel，DCCH），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 Channel，DTCH），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。

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CCCH、DCCH、DTCH均映射到UL-SCH上；对于下行逻辑信道，PCCH映射至PCH，BCCH映射至BCH或DL-SCH，CCCH、DCCH和DTCH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CC（Chase 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 Reundancy，IR）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-UTRAN的HARQ与3G HSDPA和E-DCH/HSUPA的HARQ类似。