MAC层简介

LTE的MAC层介于RLC和PHY之间，实现了逻辑信道到物理信道的处理，包括信道转换、优先级处理和调度管理。MAC层提供以下功能：

1、逻辑信道与传输信道之间的映射。

2、将来自一个或多个逻辑信道的MAC SDU复用到一个传输块（TB），通过传输信道发给物理层。

3、将一个或多个逻辑信道的MAC SDU解复用，这些SDU来自于物理层通过传输信道发送的TB。

4、调度信息上报。

5、通过HARQ进行错误纠正。

6、通过动态调度在UE之间进行优先级操作。

7、同一个UE的逻辑信道间进行优先级的操作。

8、逻辑信道优先级排序。

9、传输格式选择。

MAC层概念解析

信道映射

对于下行：复用从一条或多条逻辑信道下来的数据（MAC SDUs）到传输块，并通过传输信道发送到物理层。
对于上行：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，上交到RLC层。

RNTI

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RNTI映射到PDCCH，这样用户通过匹配不同的RNTI可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 用于 PCCH；
RA-RNTI 用于在DL-SCH上接收随机接入相应；
Temporary C-RNTI 用于在随机接入过程中接收CCCH；
SI-RNTI 用于BCCH。

HARQ

LTE中存在两种级别的重传机制：MAC层的HARQ，以及RLC层的ARQ（AM模式）。起主要作用的是MAC层的HARQ，而RLC的ARQ是作为一种补充手段而存在的。

HARQ（Hybrid Automatic Repeat Request），混合式自动重传请求。根据重传内容的不同，在3GPP标准和建议中主要有3种混合自动重传请求机制，包括HARQ-I、HARQ-II和HARQ-III等。
(1)HARQ-I型：FEC前向纠错+重传
HARQ-I即为传统HARQ方案，它仅在ARQ的基础上引入了FEC纠错编码。
(2)HARQ-II型：FEC前向纠错+重传+组合译码
HARQ-II也称作完全增量冗余方案。在这种方案下，其中重传数据并不是已传数据的简单复制，而是附加了冗余信息。接收端每次都进行组合译码，将之前接收的所有比特组合形成更低码率的码字，从而可以获得更大的编码增益，达到递增冗余的目的。每一次重传的冗余量是不同的，而且重传数据不能单独译码，只能与先前传的数据合并后才能被解码。
(3)HARQ-III型：FEC前向纠错+重传+互补删除

对于每次发送的数据包采用互补删除方式，各个数据包既可以单独译码，也可以合成一个具有更大冗余信息的编码包进行合并译码。

TTI bundling

TTI：transmission time interval传输时间间隔，它说明了一个MAC传输块时间上的长度，在LTE中TTI=1ms 。

TTI bundling：在多个连续的子帧上多次发送同一个TB（Transport Block），而无需等待ACK/NACK的技术。

TTI bundling的目的是为了提高小区边缘UE的上行VoIP覆盖。根据一些已知的仿真结果，上行使用TTI bundling能够带来4 dB的增益。 3GPP 没有对下行使用TTI BUNDING进行阐述。

为什么提出TTI bundling？

不同的UE，其最大发射功率不同，对于边缘的UE，上行覆盖较小，数据传输出错率不能满足可接受的范围。在正常的上行数据传输中（无TTI-bunding），一个TB会转换成多个冗余版本RV，UE在某个子帧发送第一个RV，后续RV是否发送，取决于前一次ACK/NACK。边缘的UE，其数据重传的概率较高，导致voiP业务延迟较大，体验下降。

在 TTI bundling 机制下，对应同一TB的不同RV可以在连续的子帧中发送（4个上行子帧），而不需要等待回应的ACK/NACK。当对应TB的所有传输都接收并处理完后，将会发送一个联合的 ACK/NACK。即在连续的子帧接收同一 TB 的多次传输（不同的 RV），并做软合并处理后，使用一个 ACK/NACK做统一的回应。

TTI bundling开启机制

eNodeB 何时使能某个 UE 的 TTI bundling 呢？其中一种实现方式是 eNodeB 在某个给定的时间段内，通过接收对应 UE 的 power headroom来计算该 UE 的可用功率是否低于某个阈值（例如：发射功率已接近 UE 的最大发射功率，但 SINR 值依旧很低），从而决定是否使能 TTI bundling 功能。或者是在发现 UE 处于小区边界（例如：很低的 SINR）并且 UE 使用类似于语音的业务（QCI=1）时，使能该 UE 的 TTI bundling 功能。

注意事项

只有 FDD 和 TDD 0/1/6，才支持 TTI bundling。对于其它 4 种 TDD 上下行配置，由于一个系统帧内的上行子帧数小于 4 个，所以不支持 TTI bundling。
对于 TDD 而言，是不能同时使能 TTI bundling 和 SPS 的。
如果 UE 配置了 1 个或多个上行 SCell（不是下行 SCell），则 UE 不能配置 TTI bundling。FDD 和 TDD 都适用，即上行载波聚合不支持 TTI bundling）
随机接入过程中的 MSG3 传输是不使用 TTI bundling 的。
如果 UE 使用了 TTI bundling，则 UE 在一个 TTI 内至多只能被分配 3 RB，只能使用 QPSK 来发送上行数据；
如果 UE 使用了 TTI bundling，则该 UE 的所有的无线承载（不仅仅包括用于语音传输的DRB）都只能使用 TTI bundling。
TTI bundle 内的所有 TTI 传输作为一个整体，统一反馈 HARQ ACK/NACK。即只有对应 TTI bundle 的最后一个 TTI，会收到一个 HARQ ACK/NACK 反馈，而不管这个 TTI 是否发送数据。
TTI bundle 的重传依然是一个 TTI bundle。

BSR

缓冲区状态报告（BSR），缓冲区状态报告用于给服务eNB提供UE有共有多少数据存在上行的缓冲区里需要发送的信息。BSR有几种：常规BSR、填充BSR和周期性BSR。

常规BSR：没有分配上行资源时，当属于某一个逻辑信道组的逻辑信道有数据要发送，需要触发常规BSR。

填充BSR：已经分配了上行资源，并且填充比特数大于或者等于BSR控制信息但与加上它的子头部，此时触发填充BSR。

周期性BSR：当periodicBSR-Timer 定时器超时触发的BSR称为“周期性BSR”。

SR

调度请求（SR），用于请求上行共享信道资源用于发送上行数据所用。只有常规BSR会SR。当触发了SR时，UE要发送缓冲区状态报告（BSR），BSR在共享信道上发送的，也是需要资源来发送的，那么如何获得用于发送BSR的上行资源呢？这就要先在PUCCH上发送SR或者通过PRACH发送。但是如果在PUCCH上发送的SR总是失败，那么也就需要通过随机接入的方式来获得上行资源。

随机接入

随机接入是UE和网络之间建立上行无线链路的过程，只有在随机接入完成之后，eNB和UE之间才能正常进行数据传输。根据业务触发方式的不同，可以将随机接入分为基于竞争的随机接入（Contention based random access procedure）和基于非竞争的随机接入（Non-Contention based random access procedure）。

非竞争随机接入是UE根据eNB的指示，在指定的PRACH信道资源上使用指定的Preamble码发起的随机接入。

竞争的随机接入是UE没有上行资源，又有数据要发送时，使用随机的Preamble码发起的随机接入。

MAC 数据格式

一个 MAC PDU 由 1 个 MAC 头（MAC header）+ 0 个或多个 MAC SDU + 0 个或多个 MAC CE（Control Element） + 可能存在的 padding 组成。MAC header 由一个或多个 MAC subheader 组成。每个 subheader 对应一个 MAC PDU，或一个MAC CE，或 padding。

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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，除了最后一个子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=1，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组R/R/E/LCID 域，如果是0，那么接下来就是payload了；
R: 预留比特位，设为“0”