LTE_MAC協議總結

1、3.1 序言剛剛開始學習LTE的一段時間，曾經寫過一個幻燈片在我們組內分享，后來發(fā)到了網站，承蒙大家厚愛到處傳閱，如果現在在google上搜索一下，還是能看到很多網站上都有。但是現在自己仔細看看原來的幻燈片，發(fā)現有很多地方說得過于模糊，還有一些地方存在錯誤，內心感到惶恐，趁這個機會，重新整理一下對MAC的理解，結合MAC協議（3GPP 36.321）與自己在MAC層工作的經驗，提供更加豐富的內容，同時也希望能夠糾正謬誤，開啟討論之門。3.2 概述36.321里面主要描述的是MAC的架構與處于MAC層的功能實體，并沒有涉及到具體的實現，而且由于LTE取消了向以前的協議專門提供的專用信道，所有的用

2、戶數據都使用共享信道，因此對MAC的在資源以及業(yè)務調度的功能上提出了很高的要求，這也是不同設備供應商可以大顯神通的地方了；而協議本身主要描述的是接受端的行為，因此在基站端可以發(fā)揮的余地就更大了。3.2.1 MAC架構MAC協議層在LTE協議棧的位置如下所示：圖3.1 MAC層在LTE協議棧的位置MAC實體在UE以及eNB上都存在的，它們主要處理如下傳輸信道：- 廣播信道（Broadcast Channel，BCH）；- 下行共享信道（Downlink Shared Channel，DL-SCH）；- 呼叫信道（Paging Channel，PCH）；- 上行共享信道（Uplink Shared

3、 Channel, UL-SCH）；- 隨機接入信道（Random Access Channel,RACH）。其實這些信道只是概念上的，因為傳輸信道的管理上不像邏輯信道那樣設立專門的邏輯信道號，它只是從功能是進行了描述，因此實現上是否真正存在這樣的傳輸信道，這在于個廠商自己。對于MAC層與物理層之間的處理，自然可以設置專門的通道，也可以只是通過一些簡單的標識來處理，當然這也是信道的一種表現形式。下圖3.1與3.2分別為層二的上下行功能框架圖：圖3.1 層二下行功能框架圖圖3.1 層二上行功能框架圖3.2.2 服務3.2.2.1 提供給上層的服務MAC層給上層（RLC層，也可以泛指MAC層以上的

4、協議層）提供的服務有：- 數據傳輸，這里面隱含了對上層數據處理，比如優(yōu)先級處理，邏輯信道數據的復用；- 無線資源分配與管理，包括MCS的選擇，數據在物理層傳輸格式的選擇，以及無線資源的使用管理，從這里我們可以知道MAC層掌握了所有物理層資源的信息。3.2.2.2 期待物理層提供的服務物理層向MAC層提供以下服務：- 數據傳輸，MAC層通過傳輸信道訪問物理層的數據傳輸服務，而傳輸信道的特征通過傳輸格式進行定義，它指示物理層如何處理相應的傳輸信道，例如信道編碼，交織，速率匹配等；- HARQ 反饋信令（HARQ ACK/NACK）；- 調度請求信令（SR）；- 測量（比如信道質量CQI，與編碼矩陣

5、PMI等）3.2.3 MAC層功能MAC層的各個子功能實體提供以下的功能：- 實現邏輯信道映射到傳輸信道；- 復用從一條或多條邏輯信道下來的數據(MAC SDUs)到傳輸塊，并通過傳輸信道發(fā)給到物理層；- 把從傳輸信道傳送上來的傳輸塊解復用成MAC SDU，并通過相應的邏輯信道，上交給RLC層；- 調度信息的報告，UE向eNODEB請求傳輸資源等；- 基于HARQ機制的錯誤糾正功能；- 通過動態(tài)調度的方式，處理不同用戶的優(yōu)先級；以及對同一用戶的不同邏輯信道的優(yōu)先級處理，這里主要在UE端實現；- 傳輸格式的選擇，通過物理層上報的測量信息，用戶能力等，選擇相應的傳輸格式，從而達到最有效的資源利用。

6、以上功能與上下行以及MAC實體的對應關系如下表所示：表3.1 MAC function location and link direction associationMAC 功能 UE eNB 下行 上行邏輯信道和傳輸信道之間的映射 X X X X X X復用 X X  X X 解復用 X X X X HARQ X X X   X X X傳輸格式的選擇 X X X 不同用戶間優(yōu)先級處理 X X X 同一用戶不同邏輯信道優(yōu)先級處理 X X X 邏輯信道優(yōu)先級設置 X X 調度信息報告 X X 3.2.4 信道結構在描述與MAC相關的信道前，這里先對信道做一些簡單的解釋，信道可

7、以認為是不同協議層之間的業(yè)務接入點（SAP），是下一層向它的上層提供的服務。LTE沿用了UMTS里面的三種信道，邏輯信道，傳輸信道與物理信道。從協議棧的角度來看，物理信道是物理層的, 傳輸信道是物理層和MAC層之間的, 邏輯信道是MAC層和RLC層之間的，它們的含義是：- 邏輯信道，傳輸什么內容，比如廣播信道（BCCH），也就是說用來傳廣播消息的；- 傳輸信道，怎樣傳，比如說下行共享信道DL-SCH，也就是業(yè)務甚至一些控制消息都是通過共享空中資源來傳輸的，它會指定MCS，空間復用等等方式，也就說是告訴物理層如何去傳這些信息；- 物理信道，信號在空中傳輸的承載，比如PBCH，也就是在實際的物理位

8、置上采用特地的調制編碼方式來傳輸廣播消息了。進一步解釋，邏輯信道按照消息的類別不同，將業(yè)務和信令消息進行分類，獲得相應的信道稱為邏輯信道，這種信道的定義只是邏輯上人為的定義。傳輸信道對應的是空中接口上不同信號的基帶處理方式，根據不同的處理方式來描述信道的特性參數，構成了傳輸信道的概念，具體來說，就是信號的信道編碼、選擇的交織方式（交織周期、塊內塊間交織方式等）、CRC冗余校驗的選擇以及塊的分段等過程的不同，而定義了不同類別的傳輸信道；物理信道，就是在特定的頻域與時域乃至于碼域上采用特地的調制編碼等方式發(fā)送數據的通道，物理信道就是空中接口的承載媒體，根據它所承載的上層信息的不同定義了不同類的物理

9、信道。跟MAC層相關的信道有傳輸信道與邏輯信道，比如傳輸信道是物理層提供給MAC的服務，MAC可以利用傳輸信道向物理層發(fā)送與接收數據，而邏輯信道是MAC層向RLC層提供的服務，RLC可以使用這些邏輯信道想MAC層發(fā)送與接收數據。3.2.4.1 傳輸信道MAC使用的傳輸信道如下表所示：表3.2 跟上下行相關的傳輸信道傳輸信道名 縮寫 下行上行 Broadcast Channel 廣播信道 BCH X Downlink Shared Channel 下行共享信道 DL-SCH X Paging Channel 呼叫信道 PCH X Uplink Shared Channel 上行共享信道 UL-S

10、CH X Random Access Channel 隨機接入信道 RACH X 這些傳輸信道的用途與處理方式如下：- BCH（廣播信道），下行，固定的，預定義傳輸格式的，例如具有固定大小，固定發(fā)送周期，調制編碼方式等等；除了MIB消息在專屬的物理信道上傳輸外，其它的廣播消息（SIB）都是在物理共享信道上傳輸的，不再像UMTS那樣留有專門的物理信道用于傳輸廣播消息；- PCH（呼叫信道），下行,支持UE的非連續(xù)接收達到省電的目的；映射到物理下行共享信道，與BCH類似；- DL-SCH/UL-SCH，可以傳輸業(yè)務數據以及系統控制信息；- RACH（隨機接入信道），上行，用于指定傳輸隨機接入前導，

11、發(fā)射功率等等信息。由上可知，除了指定特定的資源用于系統廣播消息、上行的接入信息以及上下行信道控制信息外，其他的資源對所有用戶來說都是共享的，進行統一調度。如果我們對比UMTS與LTE的傳輸信道，就會發(fā)現LTE的傳輸信道要少，例如針對業(yè)務數據，不再有專用傳輸信道與專用控制信道，通通并入了共享信道；這樣的傳輸信道安排，已經跟WiMAX對資源管理的方式非常相似。由于業(yè)務資源都是共享的，那么MAC的調度就要做到兼顧業(yè)務優(yōu)先級，無線資源高效使用以及公平性，這對MAC的設計提出了比較高的要求?？梢哉f不同設備商的基站性能跟MAC層的調度非常相關。3.2.4.2 邏輯信道MAC提供的邏輯信道如下表3.3所示：

12、表3.3 邏輯信道邏輯信道名 縮寫 控制信道 業(yè)務信道 Broadcast Control Channel 廣播控制信道 BCCH X Paging Control Channel 呼叫控制信道 PCCH X Common Control Channel 通用控制信道 CCCH X Dedicated Control Channel 專用控制信道 DCCH X Dedicated Traffic Channel 專用數據信道 DTCH X 這些邏輯信道的用途與處理方式如下：- BCCH（廣播控制信道），下行信道，用于廣播系統控制信息，例如系統帶寬，天線個數以及各種信道的配置參數等等；- PCC

13、H（呼叫控制信道），下行信道，用于傳輸呼叫信息（被叫號碼等等）以及系統信息改變時的通知；這個信道用于系統不知道這個UE所在的小區(qū)位置時的呼叫，另外，當系統知道UE的具體位置時，可以使用共享信道來呼叫，但是對于系統信息改變還是必須使用PCCH，因為那時它呼叫的是小區(qū)內的所有UE；- CCCH（通用控制信道），下行信道，用于傳遞UE與系統之間的控制信息，當UE還沒有RRC連接時，使用這個控制信道來傳遞控制信息，例如傳輸接入時，由于還沒有RRC連接，RRC連接請求消息就是發(fā)在這個邏輯信道上的。因此沒有RRC連接的UE都可以使用這個信道- DCCH（專用控制信道），上/下行信道，點對點的雙向信道，用于

14、傳遞UE與系統之間的專用控制信息，因此UE必須建立了RRC連接；- DTCH（專用數據信道），上/下行信道,點對點的雙向信道，用于傳遞用戶數據當MAC通過PDCCH物理信道指示無線資源的使用的時候，MAC會根據邏輯信道的類型把相應的RNTI映射到PDCCH，這樣用戶通過匹配不同的RNTI可以獲取到相應的邏輯信道的數據- C-RNTI, Temporary C-RNTI and 半靜態(tài)調度C-RNTI 用于DCCH 與 DTCH;- P-RNTI 用于 PCCH；- RA-RNTI 用于在DL-SCH上接收隨機接入相應；- Temporary C-RNTI 用于在隨機接入過程中接收CCCH；-

15、SI-RNTI 用于BCCH.如下圖所示：圖3.3 RNTI 與邏輯信道映射關系3.2.4.3 邏輯信道到傳輸信道的映射MAC實體負責把上行的邏輯信道映射到相應的上行傳輸信道，映射關系如圖3.4與表3.4所示：圖3.4 上行邏輯信道與傳輸信道映射下行映射圖3.5 下行邏輯信道與傳輸信道映射3.3 MAC格式（協議數據單元，格式與參數）3.3.1 概述MAC PDU是八位對齊的比特流，最高位第一行的最左邊比特，最低位在最后一行的最右邊的比特；MAC SDU也是八位對齊的比特流，而MAC PDU里面的參數也是按照相同的順序，高位在左邊，低位在右邊的順序。3.3.2 MAC PDU（DL-SCH和U

16、L-SCH，除了透明MAC和隨機接入響應）MAC PDU具有一個頭部，零個或多個SDU，零個或多個控制單元，可能還有填充位。MAC頭部與MAC SDU都是可變長度的。一個MAC PDU頭部，MAC PDU頭部可能有一個或多個子頭部（subheader），每一個對應一個SDU、控制信息單元(control element)或者填充位。一個普通MAC PDU子頭部由六個域（R/R/E/LCID/F/L）組成，但是對于最后一個子頭部、固定長度的MAC控制信息單元以及填充位對應的子頭部，它們只包含四個域（R/R/E/LCID）圖3.3.2-1: R/R/E/LCID/F/L MAC 子頭部圖3.3.2

17、-2: R/R/E/LCID MAC 字頭部MAC PDU子頭部的順序跟MAC SDU，MAC控制信息單元以及填充部分出現的順序是相應的。MAC控制信息單元處于任何MAC SDU的前面。填充部分一般放在MAC PDU的最后面，不過如果只有一個字節(jié)或者兩個字節(jié)的填充部分時，它就放在MAC PDU的最前面。填充部分的內容可以是任何值，因為接收方會直接忽略掉這里面的內容。對于一個UE，每次一個傳輸塊只能攜帶一個MAC PDU，當然它也告訴我們，如果有兩個傳輸塊時，可以攜帶兩個PDU（這就是當使用空間復用的傳輸方式時）。圖3.3.2-3: 具有頭部、控制信息單元、SDUs以及填充部分的MAC PDU例

18、子MAC頭部是可變長的，它包含以下參數：LCID：用于指示邏輯信道、控制消息類型或者填充域；L：指示SDU或者控制消息的長度，除了最后一個子頭以及固定長度的控制消息對應的字頭，每一個子頭都有一個L域，它的長度由F域指示；F：如果SDU或者控制消息的長度大于128byte，那么設置F=1，否則設為0，通過F的值，我們就可以知道對應的L值的大小了，也就是知道這個內容（MAC SDU或者控制消息單元的長度了）；E:指示MAC 頭部是否有多個域，當E=1時，意味著接下來存在另外一組R/R/E/LCID 域，如果是0，那么接下來就是payload了；-R: 預留比特位，設為“0”3.3.3 控制信息單元

19、由于MAC存在多個控制信息單元，這里為了節(jié)約篇幅，只對幾個重要的控制信息單元進行說明3.3.3.1緩沖狀態(tài)報告控制信息單元（BSR）這個控制信息單元，對于上行調度是至關重要的，作為eNB分配給UE資源的一個憑據，UE有多少數據要發(fā)送就是通過它來告訴eNB的，BSR有兩種：-短BSR和截斷BSR格式：一個LCG ID（邏輯信道標識）域以及對應的緩沖區(qū)大小域，eNB收到這個消息后，就知道對應的UE的這個上行邏輯信道組有多少業(yè)務數據要發(fā)送，由于eNB是對一個邏輯信道組分配資源，那么就意味著這些資源可以被這個組的邏輯信道共享，每一個邏輯信道能夠獲得多少資源這就取決于UE的調度了，因此UE必須按照業(yè)務屬

20、性來分配資源，否則無法保證對應的業(yè)務的服務質量（QoS）如圖3.3.3-1所示；-長BSR格式：四個緩沖區(qū)大小域，對應于LCG IDs #0 到#3，如圖3.3.3-2所示。圖3.3.3-1: 短BSR以及截斷BSR MAC控制信息單元圖3.3.3-2: 長BSR控制信息單元BSR格式可以通過MAC PDU字頭部中LCID域來指示，如下表3.3.3-1所示：表3.3.3-1 UL-SCH的LCID值IndexLCID values00000CCCH00001-01010邏輯信道標識01011-11001預留11010功率預留報告（PHR）11011C-RNTI11100截斷BSR11101短B

21、SR11110長BSR11111填充LCG ID 域和緩沖區(qū)大小定義如下： -LCG ID: 邏輯信道組標識域指示了上報的緩沖區(qū)狀態(tài)對應的邏輯信道組，它的長度為兩個比特，也就意味著系統只設置了4個邏輯信道組；-緩沖區(qū)大?。?它指示了在構造了這個BSR控制信息單元之后的邏輯信道組內所有邏輯信道總的可以發(fā)送的數據量，數據量大小的單位是字節(jié)數。它應該包含在RLC層以及PDCP層可以傳輸的數據，這里的含義是指應該包含從PDCP發(fā)送到RLC的業(yè)務數據部分以及由RLC產生的RLC控制信息部分，我們可以參考【3】和【4】；值得注意的是這里不包含RLC以及MAC的頭部信息所要占用的字節(jié)數，因此我們在給這個邏輯

22、信道組分配資源的時候需要考慮到這一點，可以適當的多分配一點，這樣就可以減少BSR的數量，從而也就節(jié)約了空口資源。這個域由六個比特位來指示，如表3.2所示，MAC層對不同的緩沖大小區(qū)間進行了量化，量化成為64個等級（可以用六比特表示），因此只需要傳索引值而不是實際的大小，這樣可以節(jié)約控制信息的長度。Table 6.1.3.1-1: BSR承載的緩沖區(qū)大小水平索引緩沖區(qū)大小 (BS) 值 字節(jié)索引緩沖區(qū)大小 (BS) 值 字節(jié)0BS = 0321132 < BS <= 132610 < BS <= 10331326 < BS <= 1552210 < BS

23、 <= 12341552 < BS <= 1817312 < BS <= 14351817 < BS <= 2127414 < BS <= 17362127 < BS <= 2490517 < BS <= 19372490 < BS <= 2915619 < BS <= 22382915 < BS <= 3413722 < BS <= 26393413 < BS <= 3995826 < BS <= 31403995 < BS <=

24、4677931 < BS <= 36414677 < BS <= 54761036 < BS <= 42425476 < BS <= 64111142 < BS <= 49436411 < BS <= 75051249 < BS <= 57447505 < BS <= 87871357 < BS <= 67458787 < BS <= 102871467 < BS <= 784610287 < BS <= 120431578 < BS <=

25、 914712043 < BS <= 140991691 < BS <= 1074814099 < BS <= 1650717107 < BS <= 1254916507 < BS <= 1932518125 < BS <= 1465019325 < BS <= 2262419146 < BS <= 1715122624 < BS <= 2648720171 < BS <= 2005226487 < BS <= 3100921200 < BS <= 2

26、345331009 < BS <= 3630422234 < BS <= 2745436304 < BS <= 4250223274 < BS <= 3215542502 < BS <= 4975924321 < BS <= 3765649759 < BS <= 5825525376 < BS <= 4405758255 < BS <= 6820126440 < BS <= 5155868201 < BS <= 7984627515 < BS <= 6

27、035979846 < BS <= 9347928603 < BS <= 7066093479 < BS <= 10943929706 < BS <= 82661109439 < BS <= 12812530826 < BS <= 96762128125 < BS <=< BS <=113263BS > 1500003.3.3.1 MAC PDU RAR (隨機接入響應)隨機接入響應對于的PDU遵循MAC PDU的規(guī)則，只是里面的內容有所不同而已，它可以包含多個隨機接

28、入響應除了BACKOFF對應的子頭部外，每一個子頭部對應于一個RAR消息，如果存在BACKOFF指示，那么它對應的子頭部要放在第一個MAC子頭部的位置上，并且只能出現一次。一個RAR的PDU其實可以不包含RAR消息，而只是包含一個BACKOFF指示信息，如圖3.3.3-4所示。一個MAC PDU 子頭部由三個頭部域組成（E/T/RAPID），如圖圖3.3.3-1 所示。但是對于BACKOFF 指示的子頭部包含五個域（E/T/R/R/BI）如圖圖3.3.3-2 所示。A MAC RAR 包含四個域R/Timing Advance Command/UL Grant/Temporary C-RNTI

29、圖3.3.3-3最后也可能存在填充，這個是隱含的，跟通常的填充規(guī)則不同，通過傳輸塊大小減去MAC頭部大小以及RAR大小就可以推斷出來。 圖3.3.3-1: E/T/RAPID MAC 子頭部圖3.3.3-2: E/T/R/R/BI MAC 子頭部圖3.3.3-3: MAC RAR 圖3.3.3-4: 含有頭部與多個RAR的MAC PDU的例子3.3.3.2RAR消息的MAC頭部RAR消息對應的MAC頭部是可變長度的，定義如下-E: 擴展域用于指示MAC頭部還有其它域（例如其它RAR消息對于的子頭部），如果E被置為“1”，也就是說隨后至少還有一個（E/T/RAPID）域，否則，就指示隨后是RAR

30、消息或者填充部分，這里我們會發(fā)現對于RAR的填充部分它是緊隨MAC頭部的;-T: 類型域，用于指示這個MAC子頭部包含的是隨機接入ID（前導序列ID）還是BACKOFF指示，T置為“0”，也就是說這個子頭部包含的是BI值， 如果是“1”，就意味著在這個子頭部出現的是隨機接入前導ID域；-R: 預留比特，置為"0"-BI: BACKOFF指示，通常是在小區(qū)過載的情況下，指示UE延后發(fā)送隨機接入過程。4比特位表示；-RAPID: 隨機接入前導與指示發(fā)送的隨機接入前導序列，6比特位表示。3.3.3.3RAR消息內容MAC RAR消息大小是固定的，包含如下域：-R: 預留比特，置為

31、“0”；-Timing Advance Command: The Timing Advance Command field indicates the index value TA (0, 1, 2 1282) used to control the amount of timing adjustment that UE has to apply (see subclause 4.2.3 of 2). 11比特位表示；-UL Grant: The UpLink Grant field indicates the resources to be used on the uplink (see s

32、ubclause 6.2 of 2). 20比特位表示；-Temporary C-RNTI: The Temporary C-RNTI field indicates the temporary identity that is used by the UE during Random Access. The size of the Temporary C-RNTI field is 16 bits.3.4 MAC 過程3.4.1 隨機接入過程3.4.1.1 概述隨機接入是蜂窩系統一個最基本的功能，它使終端與網絡建立連接成為可能，誠如其名，這樣的接入的發(fā)起以及采用的資源具有隨機性，當然接入成功

33、也具有隨機性，那么在什么情況下需要發(fā)起隨機接入的過程呢？隨機的接入場景如下： 基于競爭模式的隨機接入：RRC_IDLE狀態(tài)下的初始接入；無線鏈路出錯以后的初始接入；RRC_CONNECTED狀態(tài)下，當有上行數據傳輸時，例如在上行失步后“non-synchronised”， 或者沒有PUCCH資源用于發(fā)送調度請求消息，也就是說在這個時候除了通過隨機接入的方式外，沒有其它途徑告訴eNB，UE存在上行數據需要發(fā)送基于非競爭模式的隨機接入：RRC_CONNECTED狀態(tài)下，當下行有數據傳輸時，這時上行失步“non-synchronised”，因為數據的傳輸除了接收外，還需要確認，如果上行失步的話，eN

34、B無法保證能夠收到UE的確認信息，因為這時下行還是同步的，因此可以通過下行消息告訴UE發(fā)起隨機接入需要使用的資源，比如前導序列以及發(fā)送時機等，因為這些資源都是雙方已知的，因此不需要通過競爭的方式接入系統；切換過程中的隨機接入，在切換的過程中，目標eNB可以通過服務eNB來告訴UE它可以使用的資源；是否基于競爭在于在當時終端能否監(jiān)聽到eNB傳遞的下行控制信道，以便獲得特定的資源用于傳輸上行前導，當然這個判斷是由eNB作出的，而不是UE自己來決定的。3.4.1.2隨機接入過程初始化隨機接入過程可以由PDCCH order或者MAC子層自己來觸發(fā)，如果UE收到一個發(fā)給它的PDCCH傳輸含有一個PDC

35、CH order，那么它就會發(fā)起一個隨機接入過程，PDCCH order或者是RRC消息會指示ra-PreambleIndex與ra-PRACH-MaskIndex信息以告訴UE它可以使用的前導序列以及發(fā)送機會。在發(fā)起隨機接入過程之前，下面的信息必須已經具備了：- 用于發(fā)送隨機接入前導的PRACH資源已經準備好了，由prach-ConfigIndex指示；- 有可用的隨機接入前導，在MAC層有可能設置兩組隨機接入前導:Group B與Group A，分布用于指示發(fā)送的MSG3的大小，Group B的前導序列個數由下面的參數推導可得Group B前導序列個數 = numberOfRA-Pream

36、bles - sizeOfRA-PreamblesGroupA 在SIB2里面定義的PRACH的無線資源里面會提供上面的兩個參數，從上面可以知道如果Group A的前導序列跟總的隨機接入前導序列相等，那么UE就知道不存在Group B的前導序列，Group A與Group B的前導序列編號如下：0 sizeOfRA-PreamblesGroupA 1以及sizeOfRA-PreamblesGroupA numberOfRA-Preambles 1UE選擇Group A還是選擇Group B就看是否有這個需要以及滿足一定的條件，比如UE希望在發(fā)送MSG3里面攜帶VoIP的包，那么自然需要的資源就

37、要大一些，那么當eNB收到UE發(fā)送的前導序列屬于Group B時，它就會分配多一點資源給UE來發(fā)送MSG3-如果存在Group B的前導序列，那么由于Group B對于的MSG3消息比較大，因此必須滿足一些額外的要求， messagePowerOffsetGroupB與messageSizeGroupA, 配置的UE發(fā)射功率 PCMAX ，前導序列與MSG 3的功率偏移量，這些值跟當前的UE功率情況決定了最終選擇GroupA還是B的前導序列-獲得了接收隨機接入響應的窗口大小參數ra-ResponseWindowSize，UE會在這個窗口期監(jiān)聽eNB是否給它回了響應，這個響應有eNB分配給UE的

38、資源用于發(fā)送MSG3的。因此這個窗口大小就是UE等待的時間了，如果沒有收到響應，那么UE就認為它發(fā)的前導沒有被eNB收到，那么就要開始后面的處理了；-功率提升步長powerRampingStep.假如在前面發(fā)起的接入過程失敗了，但是還沒有達到最大嘗試次數，那么UE就會提升功率發(fā)送下一次前導以提供發(fā)送成功的機會；-可以嘗試發(fā)送的次數preambleTransMax，一般超過這個次數就認為UE無法接入了，至少可以認為這次的接入是失敗的，會報告給上層協議層；-eNB期待接收到的前導序列目標功率preambleInitialReceivedTargetPower，這個值太高了，會造成干擾，太低了可能無

39、法收到前導序列；-前導序列格式對應的功率偏移量，我們知道有5種前導序列，每一種格式都對應一個基準選擇發(fā)射功率；-MSG3 HARQ重傳最大次數maxHARQ-Msg3Tx.-競爭消除定時器mac-ContentionResolutionTimer.注：在某一時刻只能有一個隨機接入過程，如果這個UE在處于一個隨機接入過程，但是同時又收到新的隨機接入的請求，這取決于UE的實現，是繼續(xù)當前的過程，還是取消當前過程，然后根據新的請求發(fā)起一個新的過程3.4.1.3初始隨機接入這里我們對這種最初需要使用的接入模式進行詳細的介紹，這個過程一般分成四步，如前一頁圖所示：圖3.4.1-1競爭隨機接入過程步驟一、

40、在發(fā)送上行接入前導序列之前，終端應該已經和系統下行同步好了，下行同步意味著UE獲得了幀同步以及系統廣播消息，但是上行并沒有同步。通過前導序列，讓eNB知道存在一個終端試圖跟基站建立連接；根據確認的前導分配相應的資源用于發(fā)送消息3（MSG3）；步驟二、 eNB通過時隙調整確保上行同步，也就是發(fā)送time-advance消息實現；同時分配上行資源，這些內容就是由隨機接入響應消息攜帶；步驟三、在已經分配的資源上發(fā)送用戶ID，以及相應的UL-SCH信息用于發(fā)送用戶ID以及RRC連接請求之類的等基本信息，也就是所謂的消息3了（MSG3），具體內容跟用戶所處的狀態(tài)相關；步驟四、通過DL-SCH發(fā)送沖突解決

41、消息到終端。只有第一步是純粹的物理層過層，后面三個步驟跟普通的數據傳輸過程沒有區(qū)別，看MAC協議經?？吹組SG3或者MSG4等等，因為在隨機接入的過程中，這些消息的內容不是固定，有時候可能攜帶的是RRC連接請求，有時候可能會帶一些控制消息甚至業(yè)務數據包，因此簡稱為消息3之類，其意思就是第三條消息。步驟一、發(fā)送隨機接入前導圖3.4.1-2 隨機接入資源預留的資源帶寬為6個RB，那么對于LTE支持的所有帶寬都是可以滿足的，這樣可以非常方便的實現系統擴展，在物理層設計都會基于這樣的考慮的，比如同步信道以及物理廣播信道都是如此?？紤]到在發(fā)送前導序列時，上行并沒有同步，需要防止對其他非接入資源的干擾，因

42、此前導的序列長度大約0.9ms，留下0.1ms作為保護時間前導序列基于ZadoffChu (ZC)，通過特定的移位獲得，這種序列有一些很好的特性，比如具有很好的自相關性，恒定幅度等，具體的前導序列設計與檢測原理看本系列的物理信道設計部分，使用什么樣的前導，終端通過廣播消息獲得，然后從某一范圍的序列隨機選取一前導序列。步驟二、 隨機接入響應當eNB檢測到這個前導序列，則在DL-SCH上發(fā)送一個響應，包含：該序列索引號、時間調整信息、資源調度信息（也就是分配給該用戶的上行資源）以及臨時RNTI，用于接下來的交互過程中讓UE監(jiān)聽相應的PDCCH信道所有發(fā)送前導序列的終端則使用一個預留給隨機接入響應使

43、用的ID(RA-RNTI )監(jiān)聽來L1/L2控制信道用于解碼DL-SCH，從而獲得上面的的信息；RA-RNTI =1 + t_id + 10*f_id 其中，t_id， 指定PRACH的第一個subframe索引號 (0 <= t_id < 10)f_id， 在這個subframe里的PRACH索引，也就是頻域位置索引，不過對于FDD系統來說，只有一個頻域位置，因此f_id永遠為零，但是對于TDD就不一樣了，由于本文不涉及TDD系統，因此不再延伸來講。監(jiān)聽時間從發(fā)送前導后的三個子幀開始，并持續(xù)ra-ResponseWindowSize 個子幀數，該窗口大小通過讀取系統廣播消息（SI

44、B2）獲得，在前面有說明。這個值最大可設為10，因為大于10的話，有可能造成誤解，因為在下一個無線幀里也有發(fā)生隨機接入的機會，因此為了防止這種情況，這個窗口最大設為10，大家可以去查看36.331里面這個參數范圍就知道，具體原理如下圖所示： 圖3.4.1-3隨機接入響應監(jiān)聽示意圖紅色為發(fā)送RA的地方，綠色部分為UE最大可監(jiān)聽隨機接入響應的窗口范圍，點格子是窗口之外的地方。如果在同一時間，多個終端選擇同一個前導，這些終端都可能獲得這些信息，那么就會導致沖突，而沖突的解決消除需要在后面兩個步驟里面來消除，接收響應的過程如下：1. 當終端成功接收RA響應，終端調節(jié)上行發(fā)送時間，保存從這個響應里面獲得

45、臨時C-RNTI用于隨后的通信，直到獲得最終的C-RNTI，最后發(fā)送前導序列的功率信息；2. 如果沒有成功接收到響應；（出現了退避問題）計數器PREAMBLE_TRANSMISSION_COUNTER 加一a. 如果計數器等于PREAMBLE_TRANS_MAX + 1，以及達到最大發(fā)送次數了: 向上層報告隨機接入出錯了。b. 如果RA前導是由MAC選擇的，那么從0到backoff時間之間隨機選擇一個值，然后延遲上面所選擇值的時間，重新開始一個RA過程。c. 否則，重選RA資源，例如功率，前導，相應的PRACH，發(fā)起新的隨機接入過程。為了避免完全翻譯協議，中間一些過程省略了，具體過程請大家看協

46、議。步驟三、終端識別通過前面兩步，終端已經獲得上行同步，以及隨后通信的必要信息，但是要能夠實現上行數據傳輸，則必須獲得唯一的C-RNTI，根據不同的用戶狀態(tài)，這個過程會有不同的消息交互；如果需要消除競爭，那么還有可能發(fā)送競爭消除ID以備在第四步的時候用做競爭消除確認操作。因為多個UE可能選擇了相同的前導序列，因此在第二步他們獲得的資源是一樣的，那么發(fā)送消息3時，就會在相同的地方選擇相同的方式發(fā)送，那么自然就會有沖突，這就相當于大家都要競爭接入了。也許大家會問，大家使用相同的資源發(fā)送，不是會沖突么，為什么還要做競爭消除呢？那是因為雖然有沖突，但是eNB還是有可能解出某個UE發(fā)送的MSG3，那么通

47、過第四步的競爭消除消息，就可以讓這個UE成功接入了。例如某一個UE離基站比較遠，信號比較弱，而另外一個UE離基站近，信號比較強，較遠的UE可能造成的干擾并不是很大，那么eNB還是可以解出較近的那個UE的消息3了。另外在消息3，還會攜帶競爭消除ID，這個ID是唯一的，不會跟其他UE重復的，因此最好就是這個UE IMSI之類的。提前說一下，在消息4里面會把這個ID帶上，發(fā)給UE，那么UE自然知道它已經成功接入了。步驟四、競爭消除我們知道消息3是有可能沖突的，在發(fā)完消息后就要立刻啟動競爭消除定時器（而隨后每一次重傳消息3都要重啟這個定時器）。對于初始接入來說，如果在第三步上行消息包含CCCH SDU

48、(例如RRC連接請求消息)，而收到下行PDCCH發(fā)送給臨時C-RNTI：如果MAC PDU解碼成功：停止競爭消除定時器，如果MAC PDU包含UE競爭消除ID的控制消息單元并且這個ID跟上行發(fā)送的競爭消除ID匹配，則認為競爭消除成功，并對這個MAC PDU 解復用并提取里面的內容，把臨時C-RNTI設置為C-RNTI，同時丟棄臨時C-RNTI，然后確認隨機接入成功；否則，丟棄臨時C-RNTI，UE會認為隨機接入失敗并丟棄這個MAC PDU；如果競爭消除定時器超時，則認為接入失??；失敗后，會按照后退機制重新開始隨機接入過程直到嘗試次數超過門限值，那時則會向上層報告接入失敗。（出現了退避問題）注：

49、值得注意的是，消息四是沒有重傳機制的，我們設想一下，如果消息四采用重傳，由于這個時候競爭沒有消除，那么如果有些UE解碼成功，有些解碼失敗；或者有些收到有些沒有收到，那么就會出現同時ACK/NACK的情況；雖然消息三也會出現類似的情況，但是由于會確認信息的是eNB，它一次只會回一種確認信息，因此不會影響后面的處理。3.4.1.4 后退機制在系統處于過載的情況下，例如它無法再分配更多的MSG3使用的資源等等，這個時候它自然希望一些UE能夠晚一點發(fā)，我們也注意到了在接收隨機接入響應的時候以及RAR消息格式里面有一個backoff的東西，這就是后退機制的參數了，如果監(jiān)聽RAR消息的UE發(fā)現有一個bac

50、koff指示，那么它就會把這個值保存起來，在隨后需要重新做隨機接入的時候，可以隨機從0到backoff值里的選一個值作為推遲發(fā)前導序列的時間。在通信系統里面我們碰到很多的后退機制，比如WiMAX系統的截斷二進制后退機制，那么這兩者的區(qū)別是什么呢？LTE系統里，后退的范圍是由基站確定的，基站可以根據系統當前的負載情況來選擇一個恰當的值；而在WiMAX里面由UE自己確定，當UE發(fā)現沒有收到基站響應，就會按照二的指數增加后退窗口的長度，然后在這個窗口里面隨機選一個時延來發(fā)送前導序列。兩者各有優(yōu)劣。下表是backoff取值情況：IndexBackoff Parameter value (ms)0011

51、022033044056068071208160924010320114801296013Reserved14Reserved15Reserved基站在發(fā)送RAR消息的時候，根據負載情況選擇backoff值的一個索引發(fā)給UE。由于協議的撰寫，每一步都需要考慮所有的情況，因此里面存在大量的ifelse，這造成了閱讀上的不便，在這里，我建議大家，把不同場景從里面抽取出來。例如隨機接入，那么我們可以先分別出那些是描述初始接入，那些事描述非競爭接入的，比如非競爭接入，我們自然不需要查看競爭消除部分的內容了。3.4.3 DRX(非連續(xù)接收)DRX，在一段時間里停止監(jiān)聽PDCCH信道，DRX分兩種：IDL

52、E DRX，顧名思義，也就是當UE處于IDLE狀態(tài)下的非連續(xù)性接收，由于處于IDLE狀態(tài)時，已經沒有RRC連接以及用戶的專有資源，因此這個主要是監(jiān)聽呼叫信道與廣播信道，只要定義好固定的周期，就可以達到非連續(xù)接收的目的。但是UE要監(jiān)聽用戶數據信道，則必須從IDLE狀態(tài)先進入連接狀態(tài)。而另一種就是ACTIVE DRX，也就是UE處在RRC-CONNECTED 狀態(tài)下的DRX， 可以優(yōu)化系統資源配置，更重要的是可以節(jié)約手機功率，而不需要通過讓手機進入到RRC_IDLE 模式來達到這個目的，例如一些非實時應用，像web瀏覽，即時通信等，總是存在一段時間，手機不需要不停的監(jiān)聽下行數據以及相關處理，那么D

53、RX就可以應用到這樣的情況，另外由于這個狀態(tài)下依然存在RRC連接，因此UE要轉到支持狀態(tài)的速度非常快。這里我們先介紹ACTIVE DRX，而IDLE DRX我打算放在呼叫那部分來介紹。而要理解DRX，我們就必須理解下面要描述的幾個定時器與概念（所有的時間都是基于子幀的，也就是ms為單位）：On duration TimerUE每次從DRX醒來后維持醒著的時間,UE在該段時間內會搜索PDCCH。Inactivity TimerUE在醒著時每次成功解碼HARQ初始發(fā)送的PDCCH后保持active的時間，它的意思就是，當UE收到的PDCCH指示的是一個UL/DL的初始傳輸，而不是重傳。UE在醒著時

54、每次成功解碼HARQ初始發(fā)送的PDCCH后保持active的時間Active TimeUE從DRX醒來后保持醒著的總時間，在此時間段，UE監(jiān)聽PDCCH，包括所有導致UE處于ACTIVE的狀態(tài)，比如是DRX周期開始“On Duration”，或者收到初始傳輸的PDCCH，或者是監(jiān)聽重傳，等等，在36.321 5.7節(jié)，是這樣定義ACTIVE TIME的：如果配置了DRX，那么ACTIVE Time 包括以下時間： -onDurationTimer、drx-InactivityTimer、drx-RetransmissionTimer 以及 mac-ContentionResolutionTim

55、er 運行的時間，或者-有SR（調度請求）已近發(fā)送到PUCCH，并且處于掛起的狀態(tài)（也就是這個調度請求還沒有滿足，如此之類的）或者，-對一個掛起的HARQ重傳存在上行授權，并且在對應的HARQ 緩沖區(qū)里面有數據；或者-在非競爭隨機接入后，成功收到隨機接入響應消息，此時應該有PDCCH發(fā)送給UE指示一個新的傳輸，但是這個PDCCH還沒有收到，此時UE還是必須處于ACTIVE狀態(tài)HARQ RTT TimerUE預期DL Retransmission到達的最少間隔時間，也就是說重傳最早會什么時候到，那么UE暫且不需要理會，也就是說這一段時間，改怎樣就怎樣，等到這個定時器超時了，那么它就要處于醒著的狀

56、態(tài)。DRX Retransmission TimerUE預期接收DL Retransmission的時間，也就是需要這么多時間來接受下行重傳。DRX cycle lengthDRX cycle length一旦配置/重配置就固定，即不會因為active time大于on duration而變化。DRX運行：-如果在使用短DRX周期，檢查當前子幀是否滿足下面的公式：-或者在使用長DRX周期，那么檢查如下的公式：當上面的兩個條件滿足其中之一，那么就啟動定時器onDurationTimer，此時UE就要開始監(jiān)聽PDCCH信道了-如果在這個子幀HARQ RTT 定時器超時，從前面的定時器介紹我們已經知道它是期望重發(fā)的最短時間，那么這個定時器超時后，重發(fā)就有可能到來了。如果這時對于的HARQ進程的軟緩沖區(qū)還有沒有解碼成功的數據（也就是前面的數據接收失敗了，要求重傳的數據），那么就啟動定時器drx-RetransmissionTimer開始監(jiān)聽PDCCH重傳相關的內容。-如果收到DRX MAC控制信息單元，也就意味著eNB要求UE進入睡眠狀態(tài)，那么這時就會停止兩個定時器onDurationTi