LTEMAC协议解读—很全很好很强大「精编推荐]

1、mmeenbnasrrcpimprlcmaci第三章mac3.1序言刚刚开始学习lte的一段时间，曾经写过一个幻灯片在我们组内分享，示来发到了网站, 承蒙大家厚爱到处传阅，如果现在在google上搜索一下，还是能看到很多网站上都有。但是 现在自己仔细看看原来的幻灯片，发现有很多地方说得过于模糊，还有一些地方存在错误, 内心感到惶恐,趁这个机会,重新整理一下对mac的理解,结合mac协议(3gpp 36. 321 )与 白己在mac层工作的经验，提供更加丰富的内容，同时也希望能够纠正谬谋，开启讨论之门。3.2概述36. 321里面主要描述的是mac的架构与处于mac层的功能实体，并没有-涉及到具

2、体的实 现，而且由于lte取消了向以前的协议专门捉供的专用信道，所有的川户数据都使川共亨信 道，因此对mac的在资源以及业务调度的功能上提出了很高的耍求，这也是不同设备供应商 可以大显神通的地方了；而协议本身主要描述的是接受端的行为，因此在基站端可以发挥的 余地就更大了。3.2.1 mac 架构mac协议层在lte协议栈的位置如下所示：ubnas图3.1 mac层在lte协议栈的位置mac实体在ue以及exb上都存在的，它们主耍处理如下传输信道：一 广播信道(broadcast channel, bch)；- 下行共享信道(downl ink shared channel, di厂sch)；-

3、 呼叫信道(paging channel, pch)；- 上行共享信道(uplink shared channel, ul-sch)；-随机接入信道(random access channel, rach)。其实这些信道只是概念上的，因为传输信道的管理上不像逻辑信道那样设立专门的逻辑信道 号，它只是从功能是进行了描述，因此实现上是否真正存在这样的传输信道，这在于个厂商 自己。对于mac层与物理层z间的处理，自然町以设置专门的通道，也可以只是通过一些简 单的标识来处理，当然这也是信道的一种表现形式。下图3. 1与3. 2分别为层二的上下行功能框架图：图3. 1层二上行功能框架图3.2.2服务3.

4、2.2.1提供给上层的服务mac层给上层（rlc层，也可以泛指mac层以上的协议层）提供的服务冇：-数据传输，这里而隐含了对上层数据处理，比如优先级处理，逻辑信道数据的复用;- 无线资源分配与管理，包括mcs的选择，数据在物理层传输格式的选择，以及无线 资源的使用管理，从这里我们可以知道mac层掌握了所有物理层资源的信息。3222期待物理层提供的服务物理层向mac层提供以下服务：-数据传输，mac层通过传输信道访问物理层的数据传输服务，而传输信道的特征通 过传输格式进行定义，它指示物理层如何处理相应的传输信道，例如信道编码，交 织，速率匹配等；-harq 反馈信令（harq ack/nack）

5、:-调度请求信令（sr）；-测量（比如信道质量cqi,与编码矩阵pmi等）3.2.3 mac层功能mac层的各个子功能实体捉供以下的功能：-实现逻辑信道映射到传输信道；-复用从一条或多条逻辑信道下来的数据（mac sdus）到传输块，并通过传输信道发给 到物理层；-把从传输信道传送上来的传输块解复用成mac sdu,并通过相应的逻辑信道，上交 给rlc层;-调度信息的报告，ue向enodeb请求传输资源等；-基于harq机制的错谋纠正功能；-通过动态调度的方式，处理不同用户的优先级；以及対同一用八的不同逻辑信道的 优先级处理，这里主婆在ue端实现；-传输格式的选择，通过物理层上报的测呆信息，用

6、户能力等，选择相应的传输格式, 从而达到最有效的资源利用。以上功能与上下行以及mac实体的对应关系如下表所示：表3. 1 mac function location and link direction associationmac功能ueenb下行上行逻辑信道和传输信道z间的映射xxxxxx复用xxxx解复用xxxxharqxxxxxx传输格式的选择xxx不同用户间优先级处理xxx同一用户不同逻辑信道优先级处理xxx逻辑信道优先级设置xx调度信息报告xx324信道结构在描述与mac相关的信道前，这里先对信道做一些简单的解释，信道可以认为是不同协 议层z间的业务接入点（sap）,是下一层向它的

7、上层提供的服务。lte沿用了umts里面的三 种信道，逻辑信道，传输信道与物理信道。从协议栈的角度来看，物理信道是物理层的，传 输信道是物理层和mac层z间的，逻辑信道是mac层和ri,c层z间的，它们的含义是：-逻辑信道，传输什么内容，比如广播信道（bcch），也就是说用来传广播消息的；-传输信道，怎样传，比如说下行共享信道dl-sch，也就是业务甚至一些控制消息都 是通过共亨空小资源來传输的，它会指定mcs,空间复用筹等方式，也就说是告诉 物理层如何去传这些信息；-物理信道，信号在空中传输的承载，比如pbcii,也就是在实际的物理位置上采用特 地的调制编码方式来传输广播消息了。进一步解释，

8、逻辑信道按照消息的类别不同，将业务和信令消息进行分类，获得相应的 信道称为逻辑信道，这种信道的定义只是逻辑上人为的定义。传输信道对应的是空小接口上 不同信号的基带处理方式，根据不同的处理方式來描述信道的特性参数，构成了传输信道的 概念，具体來说，就是信号的信道编码、选择的交织方式（交织周期、块内块间交织方式等）、 crc兀余校验的选择以及块的分段等过程的不同，而定义了不同类别的传输信道；物理信道, 就是在特定的频域与吋域乃至于码域上采用特地的调制编码等方式发送数据的通道，物理信 道就是空屮接口的承载媒体，根据它所承载的上层信息的不同定义了不同类的物理信道。跟mac层相关的信道侑传输信道与逻辑信

9、道，比如传输信道是物理层提供给mac的服务, mac可以利用传输信道向物理层发送与接收数据，而逻辑信道是mac层向rlc层提供的服务， rlc可以使用这些逻辑信道想mac层发送与接收数据。3.2.4.1传输信道mac使用的传输信道如下表所示：表3. 2跟上下行相关的传输信道传输信道名缩写下行上行broadcast channel 广播信道bchxdownlink shared channel 下行共享信道dl-schxpaging channel 呼叫信道pchxuplink shared channel 上行共享信道ul-schxrandom access channel 随机接入信道rac

10、hx这些传输信道的用途与处理方式如下：-bc11 （广播信道），下行，固定的，预定义传输格式的，例如具有固定人小，固定 发送周期，调制编码方式等等；除了mib消息在专属的物理信道上传输外，其它的 广播消息（s1b）都是在物理共享信道上传输的，不再像umts那样留有专门的物理 信道用于传输广播消息；-pch （呼叫信道），下行，支持ue的非连续接收达到省电的日的；映射到物理下行共 享信道，与bch类似；-dl-sch/ul-sch,町以传输业务数据以及系统控制信息；-each （随机接入信道），上行，用于指定传输随机接入前导，发射功率等等信息。由上可知，除了指定特定的资源用于系统广播消息、上行的

11、接入信息以及上下行信道控 制信息外，其他的资源对所有用户来说都是共享的，进行统一调度。如果我们对比umts与lte 的传输信道，就会发现lte的传输信道要少，例如针对业务数据，不再冇专用传输信道与专 用控制信道，通通并入了共享信道；这样的传输信道安排，已经跟wimax对资源管理的方式 非常相似。山于业务资源都是共享的,那么mac的调度就要做到兼顾业务优先级,无线资源 高效使用以及公平性，这对mac的设计提出了比较高的要求。可以说不同设备商的基站性能 跟mac层的调度非常相关。3.2.4.2逻辑信道mac提供的逻辑信道如下表3. 3所示:表3. 3逻辑信道逻辑信道名缩写控制信道业务信道broad

12、cast control channel 广播控制信道bcchxpaging control channel 呼叫控制信道pcchxcommon control channel 通用控制信道ccchxdedicated control channel 专用控制信道dcchxdedicated traffic channel 专用数据信道dtchx这些逻辑信道的用途与处理方式如下：-bcch （广播控制信道），下行信道，用于广播系统控制信息，例如系统带宽，天线 个数以及各种信道的配置参数等等；-pccii （呼叫控制信道），卜行信道，川于传输呼叫信息（被叫号码等等）以及系统 信息改变时的通知；这

13、个信道用于系统不知道这个ue所在的小区位置时的呼叫，另 夕卜，当系统知道ue的具体位置时，可以使用共享信道来呼叫，但是对于系统信息改 变还是必须使用pcch,因为那吋它呼叫的是小区内的所有ue；-ccch （通用控制信道），下行信道，用于传递ue与系统之间的控制信息，当ue还没 有rrc连接时，使川这个控制信道來传递控制信息，例如传输接入时，由于还没有 rrc连接，rrc连接请求消息就是发在这个逻辑信道上的。因此没有rrc连接的ue都 可以使用这个信道-dcch （专用控制信道），：/下行信道，点对点的双向信道，用于传递uem系统z 间的专用控制信息，因此ue必须建立了rrc连接；-dtci1

14、 （专用数据信道），上/下行信道，点对点的双向信道，用于传递用户数据当mac通过pdcch物理信道指示无线资源的使用的时候，mac会根据逻辑信道的类型 把相应的rntt映射到pdccii,这样川户通过匹配不同的rntt町以获取到相应的逻辑信道 的数据- c-rnti, temporary c-rnti and 半静态调度 c-rnti 用于 dcch 与 dtch;- p-rnti mjt pcch；- ra-rnti用于在dl-sch上接收随机接入相应；temporary c-rnti用丁在随机接入过程中接收ccch：si-rnti 用于 bcch.如下图所示:dtcchand dtchpc

15、chra resp.on dl-schccchbcchc-rnti1lp-rnti1 1lra-rnti上| ltemporary c-rntisi-rnti-jtemporary c-rnti semipersistentc-rnti图3. 3 rntt打逻辑信道映射关系3.2.43逻辑信道到传输信道的映射mac实体负责把上行的逻辑信道映射到相应的上行传输信道，映射关系如图3. 4与表3. 4 所示：ccch dcch dtch上行传输信道匕彳了逻辑信道图3. 4上行逻辑信道与传输信道映射下行映射pchbchidli sch卜行逻辑信道卜彳丁传输信道图3. 5下行逻辑信道与传输信道映射3.3

16、 mac格式(协议数据单元，格式与参数)33.1概述mac pdu是八位对齐的比特流，最高位第一行的最左边比特，最低位在最后一行的最 右边的比特；mac sdu也是八位对齐的比特流，而mac pdu里血的参数也是按照相同的 顺序，高位在左边，低位在右边的顺序。除了透明mac和随机接入响应)3.3.2 mac pdu ( dl-sch 和 ul-sch,mac pdu具有一个头部，零个或多个sdu,零个或多个控制单元，可能述有填充位。 mac头部与mac sdu都是可变长度的。一个mac pdu头部，mac pdu头部可能有一个或多个子头部(subheader),每一个 对应一个sdu、控制信息

17、单元(control element)或者填充位。一个普通mac pdu子头部由六个域(r/r/e/lcid/f/l)组成，但是对于最后一个了头 部、固定长度的mac控制信息单元以及填充位对应的子头部，它们只包含以个域(r/r/e/lcid)kiki曰lcidfluoct* 1oct* 2oct，toct，2oct'3rlrl曰lcidfluur/r/ezlcidvfru子头部具彳j 15比i 持长发域urfrreklcid/fru子头部具有7比i持长度域li图3.3.2-1: r/r/e/lcid/f/l mac 子头部rlrlellcidrrrre/lcid 子头部图3.3.2-2

18、: r/r/e/lcid mac 字头部mac pdu子头部的顺序跟mac sdu, mac控制信息单元以及填充部分出现的顺序是相 应的。mac控制信息单元处于任何mac sdu的前面。填充部分一般放在mac pdu的最后而，不过如果只有一个字节或者两个字节的填充部分 时，它就放在mac pdu的最前面。填充部分的内容可以是任何值，因为接收方会直接忽略 掉这里面的内容。对于一个ue,每次一个传输块只能携带一个mac pdu,当然它也告诉我们，如果有两个 传输块时，可以携带两个pdu （这就是当使用空间复用的传输方式时）。w二弋”二hciu填允f 字头溝字头冊字头部字头部头部mac负荷图3.3.

19、2-3:具有头部、控制信息单元、sdus以及填充部分的mac pdu例子mac头部是可变长的，它包含以下参数：lcid：用于指示逻辑信道、控制消息类型或者填充域；l：指示sdu或者控制消息的长度，除了最示一个了头以及固定长度的控制消息对应 的字头，每一个子头都有一个l域，它的长度由f域指示；f：如果sdu或者控制消息的长度大于128byte,那么设置f=l,否则设为0,通过f 的值，我们就可以知道对应的l值的大小了，也就是知道这个内容（mac sdu或者控 制消息单元的长度了）；e:指示mac头部是否有多个域，当e=1时，意味着接下来存在另外一m r/r/e/lcid 域，如果是0,那么接下来

20、就是payload 了；r：预附比特位，设为“0”3.3.3控制信息单元由于mac存在多个控制信息单元，这里为了节约篇幅，只对几个重要的控制信息单元 进行说明3.3.3.1缓冲状态报告控制信息单元（bsr）这个控制信息单元，对于上行调度是至关重耍的，作为enb分配给ue资源的-个凭据， ue冇多少数据要发送就是通过它來告诉enb的，bsr有两种：-短bsr和截断bsr格式：一个lcg id （逻辑信道标识）域以及对应的缓冲区大小域，enb 收到这个消息后，就知道对应的ue的这个上行逻辑信道组冇多少业务数据婆发送，tl j- enb是对一个逻辑信道组分配资源，那么就意味着这些资源可以被这个组的逻

21、辑信道共享，每一个逻辑信道能够获得多少资源这就取决于ue的调度了，因此ue必须按照业务属 性來分配资源，否则无法保证对应的业务的服务质量（qos）如图3.3.3j所示；-长bsr格式：四个缓冲区大小域,对应于lcg ids #0到#3,如图33.3-2所示。lcg id缓冲区大小：图3.3.3-1:短bsr以及截断bsr mac控制信息单元缓冲区人小#0缓冲区 大小#1缓冲区大小和缓冲区大小#2缓冲区大小#2缓冲区大小肚3oct-1oct-2oct，3图3.332:长bsr控制信息单元bsr格式可以通过mac pdu字头部中lcid域来指示,如f表3.3.3-1所示:表3.331 ul-sch

22、的lcid值indexlcid values00000ccch00001-01010逻辑信道标识01011-11001预留11010功率预昭报告（phr）11011c-rnti11100截断bsr11101短bsr11110长bsr11111填充lcg id域和缓冲区大小定义如下：lcg id:逻辑信道组标识域指示了上报的缓冲区状态对应的逻辑信道组，它的氏度为两个 比特，也就意味着系统只设置了4个逻辑信道组：-缓冲区大小：它指示了在构造了这个bsr控制信息单元z片的逻辑信道组内所有逻辑信 道总的可以发送的数据量，数据最大小的单位是字节数。它应该包含在rlc层以及pdcp 展可以传输的数据，这里

23、的禽义是指应该包含从pdcp发送到rlc的业务数据部分以及山 rlc产生的rlc控制信息部分，我们可以参考【3】和【4】；值得注意的是这里不包含rlc 以及mac的头部信息所要占川的字节数，因此我们在给这个逻辑倍道组分配资源的时候 需要考虑到这一点，可以适当的多分配一点，这样就可以减少bsr的数量，从而也就节约 了空口资源。这个域市六个比特位來指示，如表3.2所示，mac层对不同的缓冲大小区间 进行了量化，量化成为64个等级（可以用六比特表示），因此只需要传索引值而不是实际 的大小，这样可以节约控制信息的氏度。table 6.1.3.1-1: bsr承载的缓冲区大小水平索引缓冲区大小(bs)值

24、字节索引缓冲区大小但s)值字节0bs = 0321132 <bs <= 132610<bs <= 10331326 <bs <= 1552210<bs <= 12341552<bs <= 1817312<bs <= 14351817<bs <=2127414<bs <= 17362127 <bs <= 2490517<bs <= 19372490 < bs <= 2915619<bs <= 22382915 <bs <= 3413722 &

25、lt; bs <= 26393413<bs <= 3995826 < bs <= 31403995 v bs <= 4677931 < bs <= 36414677 < bs <= 54761036 < bs <= 42425476 < bs <= 64111142 < bs <= 49436411 < bs <= 75051249 < bs <= 57447505 < bs <= 87871357 < bs <= 67458787 < bs &

26、lt;= 102871467 < bs <= 784610287 < bs <= 120431578 < bs <= 914712043 < bs <= 140991691 < bs <= 1074814099< bs <= 1650717107 < bs <= 1254916507< bs <= 1932518125<bs <= 1465019325< bs <= 2262419146 <bs <= 1715122624 < bs <= 264872

27、0171 < bs <= 2005226487 < bs <=3100921200 < bs <= 2345331009 < bs <= 3630422234 < bs <= 2745436304 < bs <= 4250223274 v bs <= 3215542502 < bs <= 4975924321 < bs <= 3765649759 < bs <= 5825525376 < bs <= 4405758255 < bs <= 6820126440

28、 < bs <= 5155868201 < bs <= 7984627515 <bs <= 6035979846 < bs <= 9347928603 v bs <= 7066093479 < bs <= 10943929706 v bs <= 82661109439 < bs <= 12812530826 < bs <= 96762128125 <bs <=< bs <=113263bs> 1500003.3.3.1 mac pdu rar

29、(随机接入响应)随机接入响应对于的pdu遵循mac pdu的规则，只是里面的内容冇所不同而已，它可以 包含多个随机接入响应除了 backoff对应的子头部外，屈个子头部对应于个rar消息，如果存在backoff 指示，那么它对应的子头部要放在第一个mac子头部的位置上，并且只能出现一次。一个 rar的pdu其实可以不包含rar消息，而只是包含一个backoff指示信息，如图33.3-4 所示。一个mac pdu子头部由三个头部域组成(e/t/rapid),如图图3.3.3-1所示。但是对于backoff指示的子头部包含五个域(e/t/r/r/bi)如图图3.3.3-2所示。a mac rar

30、包含四个域 r/timing advance command/ul grant/temporary c-rnti 图 33.3-3最后也可能存在填充，这个是隐含的，跟通常的填充规则不同，通过传输块大小减去mac 头部大小以及rar大小就町以推断出来。rltiming advance commandtiming advancecommandul grant!ul grant!ul granttemporary c-rntitemporary c-rntioct-1oct 2oct-3oct' 4-oct，5oct临iii11111曰thapidiocti图3.3.3-1: e/t/rap

31、id mac 子头部iiiiilliti1illieltrlrlbloct- t图3.3.3-2: e/t/r/r/bi mac 子头部图3.3.3-3: mac rare/t/r/r/bi 字头 e/t/rapid 子头 e/t/rapid 子头e/t/rapid 子沃部部1部2部n厂zzzzz/zzz/zzzz/x x zmac头部mac rar 1mac rar 2 mac rar n填充(opt)imac 负荷1图3.334:含有头部与多个rar的mac pdu的例子33.3.2 rar消息的mac头部rar消息对应的mac头部是可变长度的，定义如下e:扩展域用于指示mac头部还有其它

32、域(例如其它rar消息对于的子头部)，如果e被 置为“1”，也就是说随后至少还有一个(e/t/rapid)域，否则，就指示随后是rar消 息或者填充部分，这里我们会发现对于rar的填充部分它是紧随mac头部的；t:类型域，用于指示这个mac子头部包含的是随机接入id (前导序列id)还是backoff 指示，t置为“0”，也就是说这个子头部色含的是bi值，如果是“1”，就意味着在这个 t头部出现的是随机接入前导id域；-r:预留比特，置为”0”;-bi: backoff指示，通常是在小区过载的情况下，指示ue延后发送随机接入过程。4比特 位农示；rapid:随机接入前导与指示发送的随机接入前导

33、序列，6比特位表示。3333 rar消息内容mac rar消息大小是固定的，包含如下域：-r：预聃比特，置为“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 subclausc 423 of 2). 11 比特位表示;ul grant: the uplink grant field i

34、ndicates the resources to be used on the uplink (see subclause 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过程3.4.1随机接入过程3.4.1.1 概述随机接入是蜂贡系统一个最基木的功

35、能，它使终端与网络建立连接成为可能，诚如 英名，这样的接入的发起以及采用的资源具冇随机性，当然接入成功也具冇随机性，那 么在什么情况下需要发起随机接入的过程呢？随机的接入场景如下：基于竞争模式的随机接入：rrc_idle状态下的初始接入；无线链路出错以示的初始接入；rrc_connected状态下，当冇上行数据传输时，例如在上行失步后 “nomsynchronised”，或者没有pucch资源用发送调度请求消息，也就 是说在这个时候除了通过随机接入的方式外，没有其它途径告诉enb, ue 存在上行数据需要发送基于非竞争模式的随机接入：rrc_connected状态下，当下行冇数据传输时，这时上

36、行火步“non.synchronised”，因为数据的传输除了接收外，还需耍确认，如果上彳亍失 步的话，enb无法保证能够收到ue的确认信息，因为这时下行还是同步的， 因此可以通过卜行消息告诉ue发起随机接入需要使川的资源，比如前导序 列以及发送时机等，因为这些资源都是双方已知的，因此不需要通过竞争的 方式接入系统；切换过程中的随机接入，在切换的过程中，标enb nj'以通过服务enb来 告诉ue它可以使用的资源；是否基于竟争在于在当时终端能否监听到enb传递的亍控制信道，以便获得特定的资源 用于传输上行前导，当然这个判断是由enb作出的，而不是ue自己来决定的。3.4.1.2随机接入

37、过程初始化随机接入过秤可以由pdcch order或者mac（层h己來触发，如果ue收到一个发给 它的pdcch传输含有一个pdcch order,那么它就会发起一个随机接入过程,pdcch order 或者是rrc消息会指示rapreamblelndex与ra-prach-masklndex信息以告诉ue它口j以使 用的前导序列以及发送机会。在发起随机接入过程之而，下而的信息必须己经具备了：-用于发送随机接入前导的prach资源ll经准备好了，uprach-config/ndex指示；-有口j用的随机接入前导，在mac层有可能设置两组随机接入前导:groupgroup a,分布川于指示发送的

38、msg3的大小，group b的前导序列个数由下面的参数推导可得group b前导序列个数=numberofra-preambles sizeofra-preamblesgroupa在sib2里面定义的prach的无线资源里面会提供上面的两个参数，从上面可以知道如 5rgroup a的询导序列跟总的随机接入询导序列相等，那么ue就知道不存在group b 的前导序列，group a与group b的前导序列编号如下：0 size ofra-preamblesg roupa 一 1 以及sizeofra-preamblesgroupa numberofra-preambles - 1ue选择gr

39、oup a还是选择group b就看是否有这个需要以及满足一定的条件，比如ue 希在发送msg3里面携带voip的包，那么|'|然需要的资源就要人一些，那么当enb 收到ue发送的前导序列属于group b时，它就会分呢多一点资源给ue来发送msg3-如果存在group b的前导序列，那么由j group b対丁的msg3消息比较大，因此必须 满足一些额外的要求，messagepoweroffsetgroupb与messageskegwupa,配置的ue 发射功率pcmax，前导序列与msg 3的功率偏移量，这些值跟当前的ue功率情况决 定了最终选择groupa还是b的前导序列-获得接

40、收随机接入响应的窗口人小参数ra-responsewindowsize, ue会在这个窗口期 监听enb是否给它回了响应，这个响应有enb分配给ue的资源用于发送msg3的。因 此这个窗口大小就是ue等待的时间了，如果没冇收到响应，那么ue就认为它发的前 导没有被enb收到，那么就要开始后面的处理了；功率提升步长powerrampiystep.假如在前面发起的接入过程失败了，但是还没有达到 最大尝试次数，那么ue就会提升功率发送下一次前导以提供发送成功的机会；-可以尝试发送的次(.preambl etrans max,般超过这个次数就认为ue无法接入了，至少可以认为这次的接入是失败的，会报告给

41、上层协议层；-enb期待接收到的前导序列h标功'preainblelnitialreceivedtaretpower,这个值太高 了，会造成干扰，太低了可能无法收到前导序列；前导序列格式对应的功率偏移虽，我们知道冇5种前导序列，每一种格式都对应一个 基准选择发射功率； msg3 harq重传最大次数maxharq-msg3tx.-竟争消除定时器 mac-contentionresolutiontimer.注：在某一时刻只能冇一个随机接入过程，如果这个ue在处于一个随机接入过程，但是同时 乂收到新的随机接入的请求，这取决于ue的实现，是继续当前的过程，还是取消当前过 程，然后根据新的请求

42、发起一个新的过程3.4.1.3初始随机接入这里我们对这种最初需要使用的接入模式进行详细的介绍，这个过程一般分成四步，如前一页图所示：ueenb随机接入前导v随机接入响应消息3v竞争消除 图3.4.1-1竞争随机接入过程步骤一、在发送上行接入前导序列之前，终端应该已经和系统下行同步好了，下行同步意味 着ue获得了帧同步以及系统广播消息，但是上行并没有同步。通过前导序列，让 enb知道存在一个终端试图跟基站建立连接；根据确认的前导分配相应的资源用于发送消息3 (msg3)；步骤二、enb通过吋隙调整确保上行同步，也就是发送time-advance消息实现；同吋分配 上行资源，这些内容就是由随机接入

43、响应消息携带；步骤三、在己经分配的资源上发送川户id,以及相应的ulsch信息川于发送川户id以及 rrc连接请求之类的等基木信息，也就是所谓的消息3 了 (msg3 ),具体内容跟用户所处的状态相关； 步骤四、通过dl-sch发送冲突解决消息到终端。只有第-步是纯粹的物理层过层，后血三个步骤跟普通的数据传输过程没有区别，看mac协议经常看到msg3或者msg4等等，因为在随机接入的过程屮，这些消息的内容不 是固定，有时候可能携带的是rrc连接请求，有时候可能会带一些控制消息其至业务数据包，因此简称为消息3 z类，英意思就是第三条消息。步骤一.发送随机接入前导预留用于发送随机接 入前导上行资源

44、一个无线帧10ms一个子帧ims图3. 4. 1-2随机接入资源预留的资源带宽为6个rb,那么对于lte支持的所冇带宽都是可以满足的，这样可以 非常方便的实现系统扩展，在物理层设计都会基于这样的考虑的，比如同步信道以及物理广 播信道都是如此。考虑到在发送前导序列时，上行并没有同步，需要防止对其他非接入资源的干扰，因此 前导的序列长度大约0.9ms,留下0.1ms作为保护时间前导序列基于zadoft-chu (zc),通过特定的移位获得，这种序列有一些很好的特性， 比如貝有很好的自相关性，恒定幅度等，具体的前导序列设计与检测原理看本系列的物理信 道设计部分，使用什么样的前导，终端通过广播消息获得

45、，然后从某一范围的序列随机选取 一前导序列。步骤二、随机接入响应当cnb检测到这个前导序列，则在dl-sch上发送一个响应，包含：该序列索引号、 时间调整信息、资源调度信息(也就是分配给该用户的上行资源)以及临时rnti,用于接 下來的交互过程中让ue监听相应的pdcch信道所有发送前导序列的终端则使用一个预阳给随机接入响应使用的id(ra-rnti)监听来 l1/l2控制信道用于解码dl-sch,从而获得上面的的信息；ra-rnti =1 + t id+ 10*f id其中，""t_id, 指定 pr.ach 的笫一个 subframe 索引号(0 <= t_id

46、< 10)匚id,在这个subframe里的prach索弓|,也就是频域位置索引，不过对于fdd系统 来说，只有一个频域位置，因此匚id永远为零，但是对于tdd就不一样了，由于木文不涉 及tdd系统，因此不再延仲来讲。监听吋间从发送前导后的三个子帧开始，并持续ra-responsewindowsize个子帧数，该 窗口大小通过读取系统广播消息(sib2)获得，在前面有说明。这个值最大可设为10,因 为人于10的话，有可能造成误解，因为在下-个无线帧里也有发生随机接入的机会，因此 为了防止这种情况，这个窗口最大设为10,大家可以去查看36.331里而这个参数范围就知 道，具体原理如下图所示

47、：红色为发送ra的地方，绿色部分为ue最大可监听随机接入响应的窗口范围，点格了是窗 口之外的地方。如果在同一时间，多个终端选择同一个前导，这些终端都可能获得这些信息，那么就会 导致冲突，而冲突的解决消除需耍在后面两个步骤里面来消除，接收响应的过程如下：1. 当终端成功接收ra响应，终端调节上行发送时间，保存从这个响应里面获得临时 c-rnti川于随后的通信，直到获得最终的c-rnti,最后发送前导序列的功率信息;2. 如果没有成功接收到响应；(出现了退避问题)计数器 preamble transmission counter 加一a. 如果计数器等于preamble_trans_max + 1

48、,以及达到最人发送次数了：向上层报告随机接入出错了。b. 如果ra前导是由mac选择的，那么从0到backoff吋间z间随机选择一个值，然后延迟上面所选择值的时间，重新开 始一个ra过程。c. 否则，重选ra资源，例如功率，前导，相应的prach,发起新的随机接入过 程。为了避免完全翻译协议，中间一些过程省略了，具体过程请大家看协议。步骤三、终端识别通过前血两步，终端已经获得上行同步，以及随后通信的必要信息，但是要能够实现上 行数据传输，则必须获得唯一的c-rnti,根据不同的用户状态，这个过程会有不同的消息 交互；如果需要消除竞争，那么还有可能发送竞争消除id以备在第四步的时候用做竞争消除

49、确认操作。因为多个ue nj能选择了相同的前导序列，因此在第二步他们获得的资源是一样 的，那么发送消息3时*,就会在相同的地方选择相同的方式发送，那么自然就会冇冲突，这 就相当于大家都要竟争接入了。也许人家会问，人家使川相同的资源发送，不是会冲突么， 为什么还要做竞争消除呢？那是因为虽然有冲突，但是enb还是有可能解出某个ue发送 的msg3,那么通过第四步的竞争消除消息，就可以让这个ue成功接入了。例如某一个 ue离基站比较远，信号比较弱，而另外一个ue离基站近，信号比较强，较远的ue nj能 造成的干扰并不是很大，那么enb还是可以解出较近的那个ue的消息3 了。另外在消息3,还会携带竞争

50、消除id,这个id是唯一的，不会跟其他ue重复的，因 此最好就是这个ue imsi之类的。捉前说一下，在消息4里而会把这个id带上，发给ue, 那么ue自然知道它已经成功接入了。步骤四、竞争消除我们知道消息3是有可能冲突的，在发完消息后就要立刻启动竞争消除定时器（而随后 每一次重传消息3都要重启这个定时器）。对于初始接入来说，如果在第三步上行消息包含 ccch sdu（例如rrc连接请求消息），而收到下行pdcch发送给临时c-rnti： 如果mac pdu解码成功：停止竞争消除定时器，如果mac pdu包含ue竞争消除id的控制消息单元并且这个 id跟上行发送的竞争消除id匹配，则认为竞争消

51、除成功，并对这个mac pdu解复 川并捉取里面的内容，把临时c-rnti设證为c-rnti,同时丢弃临时c-rnti,然后确 认随机接入成功；否则，丢弃临时c-rnti, ue会认为随机接入失败并丢弃这个mac pdu； 如果竞争消除定时器超时，则认为接入失败；失败后，会按照后追机制重新开始随机接入过程直到尝试次数超过门限值，那时则会向上层 报告接入失败。（出现了退避问题）注：值得注意的是，消息四是没冇巫传机制的，我们设想一下，如果消息四釆用巫传，山于这个 时候竞争没有消除，那么如果有些ue解码成功，有些解码失败；或者有些收到有些没有收到， 那么就会出现同时ack/nack的情况；虽然消息三

52、也会出现类似的情况，但是由于会确认信息 的是enb,它-次只会回一种确认信息，因此不会影响后面的处理。3.4.1.4后退机制在系统处于过载的情况下，例如它无法再分配更多的msg3便用的资源等等，这个吋 候它自然希駅一些ue能够晩一点发，我们也注意到了在接收随机接入响应的时候以及rar 消息格式里面有一个backoff的东西，这就是后退机制的参数了，如果监听rar消息的ue 发现有一个backoff指示，那么它就会把这个值保存起来，在随示需要重新做随机接入的时 候，可以随机从0到backoff值里的选一个值作为推迟发前导序列的时间。在通信系统里面我们碰到很多的后退机制，比如wimax系统的截断二

53、进制后退机制, 那么这两者的区别是什么呢？ lte系统里，后退的范围是由基站确定的，基站可以根据系 统当前的负载情况来选择一个恰当的值；而在wimax里面由ue自己确定，当ue发现没 有收到基站响应，就会按照二的指数增加示退窗口的长度，然后在这个窗口里面随机选一个 时延来发送前导序列。两者各冇优劣。下表是backoff取值情况：indexbackoff parameter value (ms)0011022033044056068071208160924010320114801296013reserved14reserved15reserved基诂在发送rar消息的时候，根据负载情况选择bac

54、koff值的一个索引发给ue。由于协议的撰写,每一步都需要考虑所有的情况,因此里面存在人量的if.else,这造成了阅读上的不便，在这里，我建议大家，把不同场景从里血抽取出來。例如随机接入，那么我们可以先分别出那些是描述初始接入，那些出描述非竞争接入的，比如非竞争接入，我们白然不需要查看 竞争消除部分的内容了。3.4.3 drx（非连续接收）drx,在-段吋间里停止监听pdcch信道，drx分两种：idledrx,顾名思义，也就 是当ue处于idle状态下的非连续性接收，由于处于idle状态时，已经没有rrc连接 以及用户的专有资源，因此这个主要是监听呼叫信道与广播信道，只要定义好固定的周期,

55、 就可以达到非连续接收的目的。但是ue要监听用户数据信道，则必须从idle状态先进入 连接状态。而另一种就是active drx,也就是ue处在rrc-connected状态下的drx,可 以优化系统资源配置，更重要的是可以节约手机功率，而不需要通过让手机进入到 rrcdle模式來达到这个目的，例如一些非实时应川，像web浏览，即时通信等，总是 存在一段时间，手机不需要不停的监听下行数据以及相关处理，那么drx就可以应用到这 样的情况，另外由于这个状态下依然存在rrc连接，因此ue要转到支持状态的速度非常 快。这里我们先介绍active drx,而idle drx我打算放在呼叫那部分來介绍。而要理 解drx,我们就必须理解f面要描述的儿个定时器与概念（所有的时间都是基于子帧的， 也就是ms为单位）：on duration timerue每次从drx醍来后维持醒着的吋间,ue在该段吋间内会搜索pdcchoinactivity timerue在醒着时每次成功解码harq初始发送的pdcch后保持active的时间，它的意思就