文 武 ，牛丹丹

（1.重慶信科設(shè)計(jì)有限公司，重慶 400065；2.重慶郵電大學(xué) 通信新技術(shù)應(yīng)用研究所，重慶 400065）

責(zé)任編輯:孫 卓

1 引言

長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）是 3.9G 的全球標(biāo)準(zhǔn)，它改進(jìn)并增強(qiáng)了3G的空中接入技術(shù)，采用OFDM和MIMO作為其無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，改善了小區(qū)邊緣用戶的性能，提高小區(qū)容量，降低系統(tǒng)延遲，是3G與4G技術(shù)之間的一個(gè)過(guò)渡[1-3]。

媒體接入控制（Media Access Control，MAC）子層對(duì)LTE系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和資源配置起著重要的作用。筆者介紹了用戶端MAC層在協(xié)議分層中的位置，分析了MAC完成的功能。在終端通信的過(guò)程中，提出此過(guò)程中MAC狀態(tài)劃分的方案，并給出了狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

2 MAC層結(jié)構(gòu)

E-UTRA定義了兩個(gè)MAC實(shí)體，一個(gè)在用戶端，一個(gè)在E-UTRAN。MAC實(shí)體在這兩處的作用是不同的，圖1描述的是用戶端（User Equipment，UE）MAC的結(jié)構(gòu)。MAC層位于數(shù)據(jù)鏈路層，向下直接與物理層連接，向上直接與無(wú)線鏈路控制（Radio Link Control，RLC）層連接。從結(jié)構(gòu)圖中可以看出MAC主要完成邏輯信道的控制、不同邏輯信道的復(fù)用和邏輯信道到相應(yīng)傳輸信道的映射[4]。

3 MAC的功能

UE選擇合適的小區(qū)進(jìn)行正常的小區(qū)駐留時(shí)，即在收到尋呼或是高層發(fā)起呼叫之前，MAC主要功能是監(jiān)聽(tīng)廣播信道，維護(hù)更新服務(wù)小區(qū)的系統(tǒng)信息，執(zhí)行鄰近小區(qū)的測(cè)量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)更好的小區(qū)或者滿足小區(qū)重選標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就進(jìn)行小區(qū)重選，MAC收到高層配置的連接建立請(qǐng)求消息或者需要進(jìn)行業(yè)務(wù)請(qǐng)求，此時(shí)MAC主要功能是進(jìn)行自動(dòng)重傳，解讀網(wǎng)絡(luò)端的隨機(jī)接入響應(yīng)消息[5-7]。

4 MAC層狀態(tài)劃分實(shí)現(xiàn)方案

基于終端，MAC層從開(kāi)機(jī)到呼叫結(jié)束分為5個(gè)狀態(tài):空（NUL）、小區(qū)選擇（SEL）、空閑和小區(qū)重選（IDL）、隨機(jī)接入（ACC）、連接（CON），這幾個(gè)狀態(tài)之間是相互轉(zhuǎn)換的。

4.1 NUL狀態(tài)

UE在剛開(kāi)機(jī)、找不到任何可以駐留小區(qū)或者收到非接入層的去激活指令時(shí)，MAC都會(huì)處于NUL狀態(tài)。直至RRC請(qǐng)求讀取廣播消息為止，MAC將一直處于NUL狀態(tài)。UE需要合適的小區(qū)進(jìn)行正常的駐留，高層就要激活低層，使各個(gè)子層處于激活狀態(tài)。MAC收到來(lái)自RRC的激活請(qǐng)求，就會(huì)進(jìn)入SEL狀態(tài)。找不到任何可以駐留的小區(qū)，RRC要求MAC進(jìn)入NUL狀態(tài)，此時(shí)MAC層釋放資源。

4.2 SEL狀態(tài)

當(dāng)MAC激活就會(huì)進(jìn)入正常的SEL狀態(tài)，在該狀態(tài)下，MAC主要向高層傳輸物理層解析的系統(tǒng)消息。為了找到一個(gè)合適的小區(qū)進(jìn)行駐留，需要在指定頻點(diǎn)或全頻段進(jìn)行搜索，尋找可用的PLMN，并在可用的PLMN上選擇合適的小區(qū)駐留，從而進(jìn)入IDL狀態(tài)。RRC收完MAC發(fā)送的系統(tǒng)信息，就會(huì)將物理小區(qū)ID和MAC主配置發(fā)送給MAC，并指示MAC進(jìn)入IDL狀態(tài)，在SEL狀態(tài)下，如果RRC要求MAC進(jìn)入NUL狀態(tài)，則MAC會(huì)釋放低層資源，回到剛開(kāi)機(jī)時(shí)的NUL狀態(tài)。圖2是MAC在SEL狀態(tài)下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況。

4.3 IDL狀態(tài)

IDL是正常的駐留狀態(tài)，此時(shí)如果收到物理層發(fā)來(lái)的鄰近小區(qū)測(cè)量值優(yōu)于當(dāng)前小區(qū)，UE則會(huì)在測(cè)量值較好的鄰近小區(qū)中駐留，此時(shí)，RRC會(huì)重新配置MAC層，MAC不發(fā)生狀態(tài)躍遷，如圖3所示。

UE正常駐留，收到高層業(yè)務(wù)請(qǐng)求或是網(wǎng)絡(luò)端向UE發(fā)起的尋呼，都要進(jìn)行RRC連接建立，RRC向MAC發(fā)出隨機(jī)接入請(qǐng)求，建立上行同步。MAC收到RRC的隨機(jī)接入請(qǐng)求消息，也會(huì)向物理層傳輸此消息，MAC發(fā)完該消息進(jìn)入隨機(jī)接入狀態(tài)，隨機(jī)接入請(qǐng)求消息中包括隨機(jī)接入公共配置和專用配置信息、上行同步信息、隨機(jī)接入前導(dǎo)信息、上行最大傳輸功率等。

演進(jìn)分組系統(tǒng)移動(dòng)性管理 （EPS Mobility Management，EMM）丟失覆蓋，同時(shí)服務(wù)小區(qū)沒(méi)有鄰近小區(qū)信息或者由丟失覆蓋引起的小區(qū)重選失敗，RRC發(fā)送去激活消息給MAC，要求MAC釋放低層資源，進(jìn)入NUL狀態(tài)。

4.4 ACC狀態(tài)

隨機(jī)接入失敗，MAC會(huì)重新回到IDL或者進(jìn)入NUL狀態(tài)，下面分別說(shuō)明MAC回到兩種狀態(tài)的條件:

1）MAC由ACC回到IDL的情況

（1）網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有收到UE端的RRC連接建立消息。網(wǎng)絡(luò)端無(wú)法將RRC連接建立響應(yīng)消息傳給UE，則隨機(jī)接入失敗。

（2）UE沒(méi)有收到隨機(jī)接入響應(yīng)消息。隨機(jī)接入響應(yīng)失敗，物理層則會(huì)發(fā)出隨機(jī)接入失敗消息，當(dāng)MAC收到物理層指示，就會(huì)發(fā)出一條消息給RRC，指示隨機(jī)接入失敗。

（3）隨機(jī)接入響應(yīng)成功，但競(jìng)爭(zhēng)解決失敗的話，即UE沒(méi)有收到來(lái)自網(wǎng)絡(luò)端的RRC連接建立消息，則物理層會(huì)發(fā)出一條隨機(jī)接入響應(yīng)失敗消息，用來(lái)指示隨機(jī)接入競(jìng)爭(zhēng)失敗，MAC收到該消息就會(huì)向RRC發(fā)出，說(shuō)明低層隨機(jī)接入競(jìng)爭(zhēng)解決失敗。

這三種情況下，MAC都會(huì)由ACC狀態(tài)到IDL狀態(tài)，然后重新進(jìn)行隨機(jī)接入，直到達(dá)到最大次數(shù)，終止隨機(jī)接入，進(jìn)入NUL狀態(tài)，如圖4所示。

2）MAC由ACC到NUL的情況

（1）UE高層發(fā)起突然中斷連接請(qǐng)求，高層由于丟失覆蓋等原因造成的中斷連接請(qǐng)求。

（2）定時(shí)器 T30X（X=2，3，5）正在運(yùn)行的時(shí)候發(fā)生小區(qū)重選。

（3）定時(shí)器T300超時(shí)，UE在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到網(wǎng)絡(luò)的連接建立或連接拒絕消息時(shí)，T300就會(huì)超時(shí)，此時(shí)MAC也會(huì)回到NUL狀態(tài)。

如果隨機(jī)接入成功，RRC就會(huì)要求MAC進(jìn)入正常連接狀態(tài)，RRC會(huì)配給MAC小區(qū)、RB標(biāo)識(shí)和上行共享配置。

4.5 CON狀態(tài)

隨機(jī)接入成功，UE進(jìn)入正常的連接狀態(tài)。在正常的連接狀態(tài)下，用戶的移動(dòng)性可能造成小區(qū)間的切換，當(dāng)有切換存在時(shí)，RRC重新配置MAC，使其仍然處于正常的連接狀態(tài)，連接重配置成功，RRC也會(huì)重新配置MAC。

在正常的連接情況下，連接重配置失敗、完整性失敗或者切換失敗都會(huì)造成UE重新回到小區(qū)SEL狀態(tài)，RRC就會(huì)指示MAC釋放低層資源回到NUL狀態(tài)。C O N狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖5所示。

5 小結(jié)

對(duì)用戶端MAC狀態(tài)進(jìn)行了研究，UE從開(kāi)機(jī)到呼叫結(jié)束，MAC經(jīng)歷了5個(gè)狀態(tài)。筆者詳細(xì)分析了各個(gè)狀態(tài)相互轉(zhuǎn)換的條件，便于MAC數(shù)據(jù)傳輸和資源管理，為RLC到物理層正常過(guò)渡提供了橋梁，有助于LTE系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)。

[1]張克平.LTE-B3G/4G移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[2]沈嘉，索士強(qiáng)，全海洋，等.3GPP長(zhǎng)期演進(jìn)技術(shù)原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:人民郵電出版社，2008.

[3]LESCUYER P，LCUIDARME T.演進(jìn)分組系統(tǒng)（EPS）:3G UMTS 的長(zhǎng)期演進(jìn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4]3GPP.TS 36.321 V8.7.0，3rd generation partnership project；technical specification group radio access network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）Medium Access Control（MAC）protocol specification[S].2009.

[5]3GPP.TS 36.3003GPP.TS 36.300 V8.7.0，3rd generation partnership project； technical specification group radio access network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN）[S].2008.

[6]3GPP.TS 36.331 V8.7.0，3rd generation partnership project；technical specification group radio access network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）Radio Resource Control （RRC）[S].2009.

[7]3GPP.TS 36.133 V8.7.0，3rd generation partnership project；technical specification group radio access network；Evolved Universal Terrestrial Radio Access （E-UTRA）requirements for support of radio resource management[S].2009.