万方数据一设计与实现L1引言MAC层研究延迟小于5ms、控制面延迟小于100ms的要求‰王远鸿黄伊石晶林中国科学院计算技术研究所【摘要】文章分析了LTE协议栈MAc层功能及相关过程，基于对LTEMAc层关键过程的分析，设计了LTEMAC)昙软件系统。该系统简洁高效，具有良好的可移植性和可扩展性。【关键词】LTE随机接入过程HARQLTE(LongEvolution)是3GPP(TheProject)标准化组织设立的一个无线移动通信系统演进计划，其系统设计目标已经成为3G移动通信系统的主流演进方向。在LTE协议栈层次结构中，媒体接入控制(MAC，MediaContr01)层是LTE系统空中接口协议规范的主要组成部分之一。MAC层信道设计相比以往系统更加简洁，取消了专用信道，不再保留广播媒体控制层；减少了MAC层的实体类型，使用上／下行共享信道完成所有共享数据传输。另外，LTE接入系统应满足用户面收稿日期：2009年8月1责任编辑：左永君zuoy。ngjun@mbcom．ca>>>在实现MAC系统的过程中，要完成这些关键指标，必须深入分析LTE空口协议栈以及MAC层协议的特性，并根据分析结果进行合理设计。2LTE图1用户面协议栈层次示意图MACTermrdGenerationAccessPDCCH3PartnershipEl万方数据下薯挚一需≮噼嚣输下誉c!譬旦犁罕上霄、、、、＼＼}j设计与实现L＼＼|2．1随机接入过程图1所示为LTE系统中用户面协议栈结构，包括物理层(PHY)、媒体接入控制(MAC)层、无线链路控制(RLC)层、分组数据汇聚协议(PDCP)层⋯。RLC层与MAC层的数据接El为逻辑信道，MAC层与PHY层的数据接口为传输信道，MAC层需要完成逻辑信道到传输信道的映射、数据包复用和解复用、资源调度、混合自动重传请求控制以及随机接入等功能。LTE协议标准中定义了两个MAC实体，分别位于空El两侧，MAC需要针对不同的传输信道设计处理流程。在LTERel一8中，MAC实体处理的传输信道有：广播信道(BCH)，下行共享信道(DL—SCH)，寻呼信道(PCH)，上行共享信道(UL—SCH)，随机接入信道(RACH)；逻辑信道有：寻呼控制信道(PCCH)，广播控制信道(BCCH)，公共控制信道(CCCH)，专用控制信道(DCCH)。专用传输信道(DTCH)。逻辑信道与传输信道的映射关系如图2所示：上下行逻辑信道与传输信道映射关系‘2】MAC实体需要完成MACSDU和MACPDU之间的复用和解复用、不同UE之间优先级和同--UE(UserEquipment)不同逻辑信道之间优先级的处理，以及对物理层传输格式、混合自动重传请求信息的选择和控制。本文接下来对MAC层中的随机接入过程、共享信道传输过程、动态与半持续调度方式等关键技术进行分析。空闲状态下的UE如果需要与e—NodeB之间传输数据，就必须通过随机接入过程转换到连接状态。通过随机接入，UE实现上行同步并获取在小区内的唯一标识。从而与B进行后续通信；另外。UE可以通过随机接入来获取上行授权或进行上行同步。LTE中的随机接入分为竞争的随机接入和非竞争的随机接入两种。如图3，两种随机接入的区别是：竞争的随机接入过程初始发送的前导码和使用的随机接入信道(PRACH)资源是UE随机选择的，而非竞争的随机接入过程使用e—NodeB指定的前导码和PRACH资源。随机接入过程示意图‘2】非竞争的随机接入分为三步：(1)第一步．e-NodeB通过RRC信令或PDCCH配置随机接入过程中UE使用的前导码和PRACH资源；(2)第二步，UEtPc据配置的前导信息发送前导码，进行随机接入；(3)第三步，e—NodeB根据收到的前导信息进行随机接入响应，如果当前负载允许，e-NodeB将发送RARPDU，其中的SDU包括UE使用的前导码索引。UE收到与第二步中前导信息一致的RARPDU就完成了随机接入。竞争的随机接入分为四步：(1)第一步，UE随机选择前导码，并选择可用的随机接入信道资源进行发送；(2)第二步，e-NodeB根据负载情况进行随机接入响应，如果UE所使用的前导信息包含在反馈的RAR中，则可以进行第三步；(3)第三步。UE根据第二步中收到的上行授权发送一个MACPDU，根据发起随机接入的原因，该PDU可能包含RRC信令或UE之前的C—RNTI：【4)第四步，进行竞争解决。UE和e—NodeB的MAC实体均应支持两种随机接入方≤≤≤责任编辑：左永君zuoyongjun@mbcom图2竞争随机接八过程非竞争随机接人过程图3MACPDULTE系．％MAC协议标准研究及软件系统设计BCHDL—SCHe-NodePCHcn万方数据一设计与实现LMAC层设计HARQ共享信道传