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        LTE系統(tǒng)中MAC層狀態(tài)研究*

        2010-08-09 05:03:50牛丹丹
        電視技術(shù) 2010年12期
        關(guān)鍵詞:用戶端物理層低層

        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.

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