第6章媒体访问控制子层

MAC子层是直接与PHY子层接口的最低子层。因此，该子层几乎实时地执行其功能。该子层的功能如下[26]：

随机访问和争用解决程序。

将多个RLC PDU多路复用和解复用到单个MAC PDU或从单个MAC PDU解复用。

混合ARQ操作。

信令和数据RB的优先级调度。

逻辑信道到/从传输信道的映射。

报告缓冲区状态，数据量和调度请求。

用于节省电池电量的不连续接收程序。

6.1 MAC架构

MAC架构如图6.1所示。由eNodeB在广播公共控制信道（BCCH）和寻呼控制信道（PCH）上发送的PDU由MAC子层接收，并且透明地转发到RLC，然后转发到RRC子层而不经过PDCP子层。分别在UL-SCH或DL-SCH上发送或接收的控制和数据平面PDU在被转发到其他子层之前由MAC子层处理。随机接入过程和控制由MAC子层处理，并且不由上子层处理，除了通过RRC触发随机接入过程或者将该过程中的错误报告给RRC。

图6.1：UE的MAC架构。

SRB0被映射到公共控制信道（CCCH），其被使用并且对于所有UE是公共的。它用于发送或接收RRC PDU，例如RRCConnectionRequest或RRCConnectionReestablishment消息。 SRB1或SRB1bis被映射到专用控制信道（DCCH），该专用控制信道仅用于单个UE。 DCCH承载RRC PDU，例如RRCConnectionSetupComplete或RRCConnectionRelease PDU。

数据无线电承载（DRB）被映射到专用业务信道（DTCH），专用业务信道专用于单个UE。 DTCH将数据平面业务（例如，TCP / IP）传送到eNodeB和从eNodeB传送。

当MAC子层从RLC子层接收RLC PDU时，它们从逻辑信道（CCCH，DCCH，DTCH）映射到传输信道。在这些PDU由MAC子层处理之后，它们被传递到PHY子层以使用物理信道之一进行传输。如果MAC从PHY信道接收流量，则将其从传输信道映射到逻辑信道之一。 SC-MCCH和SC-MTCH仅用于UE的接收，因为它们用于来自eNodeB的多播流量。

图6.2：逻辑和传输通道映射。

图6.2说明了每个逻辑信道如何映射到传输信道/从传输信道传输。随机接入信道（NRACH）没有逻辑信道，因为随机接入消息和过程是由MAC子层发起和接收的。可以在BCH或DL-SCH上接收BCCH。在BCH上接收的BCCH用于接收MIB-NB PDU，而在DL-SCH上接收的BCCH用于其他SIB PDU。

对于仅使用控制平面CIoT EPS优化的UE，如[20]中所述，每个UE仅存在一个专用逻辑信道，并且不支持这种UE的DTCH。

6.2 RRC配置参数

RRC将配置参数发送到MAC以配置随机接入，SRB，DRB，静态调度，不连续接收（DRX）配置，缓冲状态报告定时器和调度请求配置，如表6.1,6.2和6.3所示。在SIB2-NB和SIB22-NB采集期间，或者在3.7.7节中解释的连接建立过程期间，RRC从eNodeB接收MAC配置参数。

6.3 MAC程序

6.3.1随机接入程序

随机接入（RA）过程是MAC子层和UE处最重要的过程之一，因为这是UE发起连接到eNodeB的第一个过程。 RA过程的主要目的是实现上行链路同步并获得用于启动RRC连接建立和NAS附着过程的上行链路许可。 RA过程由四个消息序列组成，Msg1，Msg2，Msg3和Msg4。 Msg1是RA前导码，Msg2是随机接入响应（RAR），Msg3是在UL授权中发送的RRC PDU，Msg4是从eNodeB接收的消息（即，竞争解决标识）。在SIB2-NB中向UE广播关于RA过程的基本信息。

表6.1 MAC子层的RRC配置参数

参数	值	含义
优先级	[1 16]	表示逻辑信道优先级
periodicBSR- Timer	pp2, pp4, pp8, pp16, pp64, pp128, infiity	表示NPDCCH周期数的周期性缓冲状态报告的定时器。 pp0表示0 NPDCCH周期
retxBSR- Timer	pp4, pp16, pp64, pp128, pp256, pp512, infiity	表示NPDCCH周期数的常规缓冲状态报告的定时器
logicalChannel- SR-Prohibit	1 bit	指示是否使用logicalChannelSR-ProhibitTimer计时器
logicalChannel- SR- ProhibitTimer	pp2, pp8, pp32, pp128, pp512, pp1024, p2048	表示UE在运行定时器logicalChannelSR-ProhibitTimer的时间内未发送调度请求（SR）
drx-Cycle	sf256, sf512, sf1024, sf1536, sf2048, sf3072, sf4096, sf4608, sf6144, sf7680, sf8192, sf9216	以子帧数表示DRX周期
drx- StartOffset	[0 255]	以步进（drx-cycle / 256）表示DRX周期的起始偏移量，以子帧数表示
onDuration- Timer	pp1, pp2, pp3, pp4, pp8, pp16, pp32	表示DRX周期的开启持续时间
drx- Inactivity-Timer	pp0, pp1, pp2, pp3, pp4, pp8, pp16, pp32	指示NPDCCH周期数的InactivityTimer
drx- Retransmission- Timer	pp0, pp1, pp2, pp4, pp6, pp8, pp16, p24,pp33	表示NPDCCH周期数的RetransmissionTimer
drx-UL- Retransmission- Timer	pp0,pp1,pp2,pp4,pp6,pp8,pp16,pp24,pp33,pp40,pp64,pp80,pp96,pp112,pp128,pp160,pp320	表示NPRCH周期数的ULRetransmission-Timer

表6.2 RRC子层提供的随机接入参数

参数	值	含义
nprach- ParametersList	List	表6.3中的每个条目包含锚定或非锚定子载波上可用的NRACH资源的条目列表
ul-ConfigList	List	每个条目包含非锚定载波上的NRACH资源的参数的条目列表
ra-Response- WindowSize	pp2, pp3, pp4, pp5, pp6, pp7, pp8, pp10	表示NPDCCH周期中RA响应窗口的持续时间（例如，pp2表示2个NPDCCH周期）
mac-Contention- ResolutionTimer	pp1, pp2, pp3, pp4, pp8, pp16, pp32, pp64	表示争用解决的计时器值
ra-CFRA-Config	True	如果出现，表示激活无争用随机访问（CFRA）
rsrp- ThresholdsPrach- InfoList	List	两个RSRP阈值级别的列表
nprach- Probability-Anchor	List	锚载波上每个List NRACH资源的选择概率列表
nprach- Probability- Anchor	zero,oneSixteenth,oneFifteenth,oneFourteenth, oneThirteenth,oneTwelfth, oneEleventh,oneTenth,oneNinth,oneEighth, oneSeventh,oneSixth, oneFifth,oneFourth, oneThird,oneHalf	指示锚载波上的NPRACH资源的选择概率
preamble- TransMax-CE	n3, n4, n5, n6, n7,n8, n10, n20, n50, n100,	表示前导码n200传输的最大数量
nprach-CP- Length-r13	us66dot7, us266dot7	指示是使用前导格式0还是格式1，如表7.32所示

表6.3锚或非锚载波上的NRACH资源的参数

参数	值	含义
nprach- Periodicity	ms40, ms80, ms160, ms240, ms320, ms640, ms1280, ms2560	确定NRACH资源可用的无线电帧
nprach-StartTime	ms8, ms16, ms32, ms64, ms128, ms256, ms512, ms1024	确定从无线电帧开始起1ms内的上行链路无线帧开始后的开始时间
nprach- SubcarrierOffset	n0, n12, n24, n36, n2, n18, n34	确定NRACH资源的第一个子载波
nprach- NumSubcarriers	n12, n24, n36, n48	无线电帧中可用于NRACH资源的子载波总数
numRepetitions- PerPreamble- Attemp	n1, n2, n4, n8, n16, n32, n64, n128	指示每个NPRACH资源的每次尝试的随机接入前导码重复次数
nprach- SubcarrierMSG3-	zero, oneThird, twoThird, one	用于计算两组子载波的分数，其中一个RangeStart可用于指示多音调支持
nprach-NumCBRA- StartSubcarriers	n8, n10, n11, n12, n20, n22, n23, n24, n32, n34, n35, n36, n40, n44, n46, n48	确定UE可以随机选择起始子载波以发送RAP的子载波的数量

从IDLE移动到CONNECTED模式的UE需要触发随机接入过程。需要以IDLE模式连接到UE的eNodeB可以在下行链路NPDCCH上发送消息，命令UE发起RA过程。 RA过程可以是基于争用的或无争用的过程，可以在锚或非锚载波上执行，并且包括两个子过程：

随机访问

争用解决方案

RA过程可以由MAC子层本身，RRC子层或者从eNodeB到NPDCCH的命令启动。如果由MAC子层发起，则RA过程是基于竞争的。如果eNodeB命令UE发起RA过程，则它可以是无竞争过程。

6.3.2随机接入交换

RA的目的是向eNodeB发送随机接入前导码（RAP），其可以使UE在空闲模式下发送RRCConnectionRequest PDU，执行在第3.7.7节中解释的RRC连接建立过程，并且从IDLE到fLE连接模式。表6.2总结了RRC子层提供给MAC子层的随机接入过程参数。

eNodeB为随机接入前导码传输分配多个NRACH资源。 NRACH资源由频域中的多个子载波和上行链路无线电帧中的特定开始时间来标识。每个锚载波最多具有三个NRACH资源，并且每个非锚载波也具有最多三个NRACH资源。

每个单元被划分为一到三个覆盖增强级别。覆盖增强等级用于适应具有与eNodeB不同的信道质量等级的设备（即，良好或差的信道质量）。 UE基于其测量的参考信号接收功率（RSRP）1确定其覆盖增强水平。每个覆盖增强级别被映射到锚载波上的单个NRACH资源以及每个非锚定载波上的零个或一个NRACH资源。 UE基于其覆盖增强级别选择NRACH资源之一。由于相同的覆盖增强级别可以具有一个或多个NRACH资源（在锚定和非锚定载波上），UE可以根据概率分布选择它们中的一个。

增强覆盖级别的数量等于1加上rsrp-ThresholdsPrachInfoList中的RSRP阈值数量。增强的覆盖水平从0到2编号，并且它们以递增的numRepetitionsPerPreambleAttempt映射到NPRACH资源，每个NRACH资源的顺序为[27]。具有针对eNodeB的最佳信道质量的NB-IoT设备选择增强的覆盖水平＃0，而具有最差信道质量的NB-IoT设备选择增强的覆盖水平＃2。

来自大量NB-IoT设备的并发信道访问可以使RA信道拥塞。为此，在锚或非锚载波上提供更多的NRACH资源，或者通过命令UE执行无争用接入。

RRC用多个NRACH参数配置MAC子层，NRACH参数用于选择上行链路时隙中的NRACH资源以发送随机接入前导码。 PHY使用具有附加三个跳频子载波的单个起始子载波来发送随机接入前导码。 RRC向MAC子层提供以下参数：

可用于传输随机接入前导码的NRACH资源的数量。锚载波和每个非锚定载波上最多有三个NRACH资源可用。锚载波上的可用NRACH资源集由nprach-ParametersList（在SIB2-NB中）指示，并且非锚载波上的那些资源由ul-ConfigList（在SIB22-NB中）指示。

RA响应Windows大小，ra-ResponseWindowSize。

争用计时器，mac-ContentionResolutionTimer。

UE是否激活无争用或基于竞争的随机接入参数，如ra-CFRA-Config所示。

UE首先根据测量的RSRP选择其覆盖增强及其映射的NRACH资源。然后，UE选择在锚载波上执行随机1RSRP测量。访问NRACH资源中的前导码以进行传输。也就是说，一旦确定了随机接入前导码和NRACH资源，UE就发送RAP2。如果两个或更多个UE选择相同的随机接入前导码和相同的NRACH资源，则发生前导码冲突。如果eNodeB命令UE使用显式随机接入前导码和NRACH资源，则可以避免冲突。

如果UE在锚定和非锚定载波上具有可用于其覆盖增强级别的多于一个NRACH资源，则在锚定或非锚定载波上选择单个NRACH资源。锚载波上的NRACH资源的选择概率等于nprach-ProbabilityAnchor。在每个非锚定载波上可以有零个或多个NRACH资源。在非锚定载波上选择每个NRACH资源的概率是（1-nprach-ProbabilityAnchor）/（非锚定NPRACH资源的数量）。 nprach-ProbabilityAnchor在nprach-ProbabilityAnchorList（在SIB22-NB中）的相应条目中提供。通常，如果随机接入过程由NPDCCH命令启动，则通过载波指示字段明确选择载波（如第7.10.9.13节中所述）。

表6.3指示用于识别NRACH资源的时间和频率位置的RRC参数。如果nf mod（nprach-Periodicity / 10）= 0，则无线电帧nf包含NRACH资源。在该无线电帧内，NRACH资源在该无线电帧开始之后启动nprach-StartTime。

在表6.3中，NRACH资源由多个子载波nprach-NumSubcarriers组成。子载波由以下范围内的子载波索引标识：

nprach-SubcarrierOffset + [0 nprach-NumSubcarriers -1]：

如果UE支持Msg3的多音传输，则表6.3还包括RRC参数。每个NRACH资源包含一组nprach-NumSubrier，子载波，其可以被划分为一个或两个组，用于单音或多音Msg3传输。每个组被称为随机接入前导码组。 UE仅选择组内的单个组和随机接入前导码。

A组由下式给出：

nprach-SubcarrierOffset + [0（nprach-NumCBRA-StartSubcarriers

x nprach-SubcarrierMSG3-RangeStart）-1]

和B组由下式给出：

nprach-SubcarrierOffset + [（nprach-NumCBRA-StartSubcarriers

x nprach-SubcarrierMSG3-RangeStart） nprach-NumCBRA-StartSubcarriers -1];

其中随机接入前导码组的每个子载波对应于随机接入前导码。

如果UE选择了子载波索引;无论是来自A组还是B组（在多音调的情况下），以跳频方式选择另外三个子载波索引。四个子载波索引共同位于12个子载波的块内。

RA过程可以通过来自UE自身的触发（由MAC子层本身或RRC子层本身）开始。在这种情况下，UE选择可以与其他UE的传输冲突的随机接入前导码（即，基于竞争的）。

随机接入过程也可以由来自NPDCCH上的eNodeB的命令触发。例如，当eNodeB接收到该UE的DL数据并且它需要UE移动到CONNECTED模式时，eNodeB发送NPDCCH命令。如果eNodeB发送NPDCCH命令，则它可以指示要由UE使用的显式和分配的随机接入前导码。在这种情况下，UE可以避免冲突（即无竞争[2]）。 NB-IoT UE类别NB1仅支持锚载波和非锚载波上的基于竞争的随机接入传输[27]。

如果通过NPDCCH order（子载波指示字段在7.10.9.13节中说明。）用信号通知子载波指示字段，则将参数ra-PreambleIndex设置为等于用信号通知的子载波指示字段。 ra-PreambleIndex和所选择的NRACH资源都被认为是显式信号。如果ra-PreambleIndex不为零并且启用了ra-CFRA-Config，则MAC子层选择随机访问前导码（随机接入前导码与起始子载波索引相同。），具体如下：

nprach-SubcarrierOffset + nprach-NumCBRA-StartSubcarriers

+（ra-PreambleIndex mod （nprach-NumSubcarriers -nprach-NumCBRA-StartSubcarriers））：

否则，如果禁用ra-CFRA-Config，则根据以下内容选择随机访问前导码：

nprach-SubcarrierOffset +（ra-PreambleIndex mod nprach-NumSubcarriers）：

然而，如果ra-PreambleIndex为零而选择了NRACH资源（其选择两个多音组中的一个），则UE从该组中随机选择随机接入前导码。如果仅存在一个组，则UE从该组中随机选择随机接入前导码。

如果UE自己触发RA过程（即，通过MAC或RRC子层），则UE根据增强的覆盖水平及其概率分布nprach-ProbabilityAnchor选择锚或非锚载波上的NRACH资源之一。在选择NRACH资源之后，UE可以选择两个组中的一个并在该组内随机选择随机接入前导码。

一旦选择了NRACH资源和随机接入前导码，MAC就将它们传递给PHY并通知它向eNodeB发送RAP，重复多次numRepetitionsPer-PreambleAttempt次。

如果UE发送RAP，则在RA发送结束之后，它一直注意针对帧窗口的下行链路帧的响应。响应窗口在包含最后一个前导码重复结束的子帧加上41个子帧（如果前导码重复次数为64或更多）或4个子帧（如果前导码重复次数小于64）并且具有长度ra-ResponseWindowSize 。 UE通过查找用RA-RNTI加扰的NPDCCH来等待RAR，其中RA-RNTI是：

RA-RNTI = 1 + floor（SF Nid / 4）+ 256 x carrierid;

其中SF Nid是NPRACH资源的第一个无线帧的索引，carrierid是UL频率载波ID的索引。对于锚定载波，carrierid为0.预期由UE接收的RAR格式如图6.3所示。如果UE在用RA-RNTI加扰的响应窗口中接收到RAR，则可以为该UE指定RAR。如果为该UE指定RAR，则RAR包含UL许可，其指示UE发送其Msg3的可用UL许可。 RAR还附带临时C-RNTI，用于对NPDCCH上的所有传输进行编码。 UE使用该临时C-RNTI对NPDCCH进行解码。 UL授权的内容解释如表6.4所示。

图6.3：Msg2：随机访问响应（RAR）格式。

表6.4 UL授权内容

信息	大小 (Bits)	含义
副载波间隔（Δf）	1	如果设置为0，则Δf= 3.75 KHz，否则为1，Δf= 15 KHz
子载波指示（Isc）	6	确定分配的UL子载波，nsc
调度延迟（IDelay）	2	从NPDCCH结束到NPUSCH的第一个UL时隙经过的子帧数
调制和编码方案（IMCS）	3	确定Msg3传输的调制方案，传输块大小和上行链路资源单元数，如表6.5所示
Msg3重复次数（NRep）		确定Msg3的重复次数

表6.5 MCS索引的调制，资源单元数和传输块大小

MCS 指数(IMCS)	调制Δf = 3:75=15 KHz, Isc = 0 -11	调制Δf = 15 KHz, Isc > 11 (Bits)	RU 数量 (NRU )	传输块大小
000	π/2 BPSK	QPSK	4	88
001	π/4 QPSK	QPSK	3	88
010	π/4 QPSK	QPSK	1	88

如果UE成功接收到其指定的RAR，则认为RA过程成功完成并开始争用解决过程。

UE可以在单个MAC PDU中接收多个随机接入响应（RAR），该MAC PDU不被指定给相同的UE而是指定给其他UE，如图6.4所示。 UE可以通过匹配随机接入前导码来识别该响应是否被指定（RAR ID是在随机接入过程被触发时选择的起始子载波索引。）与发送的随机接入前导码一起接收的标识符（RARID）。如果它们匹配，则意味着响应被指定给该UE，这表明RA过程成功完成。

如果在RA窗口大小ra-Response-WindowSize期间没有接收到RAR，则UE启动退避过程，其中它选择在[0 Back-off]范围内均匀分布的退避值并且传输新的RAP。 UE可以重新运行随机接入过程直到最大次数preambleTransMax-CE，如RRC子层所设置的。

RAR可以包含一个退避索引消息，指示退避值，如表6.6所示。如果没有接收到退避索引消息，则UE将其退避值设置为零。

6.3.3争用解决

当UE成功完成RA过程时，它启动争用解决机制。

UE收到的RAR如图6.3所示。表6.5显示了RAR消息中包含的UL规范。 UE使用这些参数来开始其Msg3传输。通常，Msg3是RRCConnectionRequest PDU，使得UE从IDLE模式移动到CONNECTED模式。

图6.4：在一个MAC PDU中接收的随机接入响应数（RAR）。

表6.6退避参数值

索引后退参数值（ms）

0 0

1 256

2 512

3 1024

5 4096

6 8192

7 16384

8 32768

9 65536

10 131072

11 262144

12 524288

当UE在UL许可中发送或重新发送Msg3时，它启动或重新启动mac-ContentionResolutionTimer定时器。在该定时器的运行期间，UE寻找寻址到其临时C-RNTI的NPDCCH传输。

如果针对UE寻址NPDCCH传输，则UE接收临时C-RNTI，UE对在DL-SCH上接收的相应MAC PDU进行解码。如果MAC PDU包含与发送的Msg3匹配的争用解决标识MAC控制元素（如图6.5所示），则UE停止mac-ContentionResolutionTimer计时器并将争用解决过程视为已成功完成。在成功完成争用解决过程后，UE将其C-RNTI设置为临时C-RNTI并丢弃临时C-RNTI。

7	6	5	4	3	2	1	0
UE争用解决方案身份								Oct 1
UE争用解决方案身份								Oct 2
UE争用解决方案身份								Oct 3
UE争用解决方案身份								Oct 4
UE争用解决方案身份								Oct 5
UE争用解决方案身份								Oct 6

图6.5：Msg4：争用解决方案身份MAC控制元素。

如果mac-ContentionResolutionTimer计时器到期，则MAC PDU不能被成功解码，或者MAC PDU不包含与发送的Msg3匹配的争用解决标识，则争用解决过程被认为是不成功的。如果争用解决过程不成功，则UE可以决定再次重复RA过程。

图6.6说明了随机访问和争用解决程序。初始，UE处于空闲模式并且驻留在小区上。当UE或RRC决定连接到eNodeB时，MAC发送Msg1（随机接入前导码）。在接收到包含UL许可的Msg2（随机接入响应）时，如表6.4所示，UE发送Msg3。 MAC使用UL授权来发送Msg3（RRCConnectionRequest）。 MAC期望接收Msg4，其可以包含RRCConnectionSetup和包含匹配的争用解决标识的MAC控制元素。此时，UE可以移动到CONNECTED模式并发送RRC-ConnectionSetupComplete PDU。

图6.6：UE和eNodeB之间的Msg1，Msg2，Msg3和Msg4的交换。

6.3.4定时提前命令

在RAR中，UE接收11位定时提前（TA）命令。 UE使用该命令来调整下行链路和上行链路帧相对于彼此的定时。下行链路和上行链路帧的定时如图6.7所示，其中0 <= NT A <= 20512。 UE使用锚定载波作为定时参考，而不管是否配置了非锚定载波。

在接收到该命令时，UE调整上行链路信道的传输定时; NPUSCH和NPRACH。该命令向UE指示关于UE当前正在使用的当前定时需要针对上行链路定时进行改变。精确的定时对准值NT A由下式计算得出

NT A = 16 x TA; （6.1）

TA = 0; 1; 2; ::: ;; 1282和Ts是取决于子载波间隔的采样间隔：

对于Δf= 15KHz，Ts = 1 /（2048×Δf）

对于Δf= 3:75 KHz，Ts = 1 /（8192xΔf）：

除了在RAR中接收TA命令之外，eNodeB还可以发送TA作为MAC控制元素，如图6.8所示。它由设置为零的TAG标识和6位TA命令值TA∈{0; 1; ::: ;; 63}。 TA命令值用于调整旧定时，NTA;旧，到新定时NT A; new，由TA 接收的值根据：

NT A;new= NT A;old+（TA -31）x 16：（6.2）

图6.7：下行链路和上行链路时序。

7	6	5	4	3	2	1	0
TAG ID		Timing advance command						Oct 1

图6.8：TA命令作为MAC控制元素。

根据TA的值，新定时可以相对于当前定时提前或延迟。

如果在DL帧n中接收到TA命令，则UE开始从第（n + 12）DL子帧之后的第一可用上行链路NPUSCH时隙应用新TA。

6.4数据传输

6.4.1下行数据接收

发送到UE的下行链路（DL）数据在DL-SCH中发送。 UE在每个子帧中保持监视NPDCCH（子帧持续时间也称为传输时间间隔（TTI）），以知道它是否具有在当前帧中为其指定的数据。 NPDCCH携带用于HARQ处理的信息。这包括与该子帧相关联的HARQ进程号。

UE仅具有针对DL-SCH运行的最多两个HARQ进程。 DL-SCH的HARQ过程是停止 - 等待过程，并且是异步和自适应的。在停止和等待过程中，首先发送HARQ过程的分组，然后HARQ过程停止以在发送下一个分组之前接收ACK / NACK。在等待HARQ过程的ACK / NACK时，可以并行发送不同HARQ过程的分组。停止和等待HARQ过程增加往返时间（RTT）并降低吞吐量。

在异步HARQ中，UE遵循NPDCCH要求UE做的事情（即，进行传输或重传），并且在NPDCCH中用信号通知HARQ进程ID。自适应HARQ意味着可以使用不同的调制方案来重传相同的分组。

NPDCCH包含新数据指示符（NDI）位。它告诉UE该数据是新传输还是重传。如果切换NDI比特（不同于先前传输中发送的比特），则意味着在下行链路中针对给定的HARQ过程发送新数据。

接收的MAC PDU存储在软缓冲区中，并且可以与相同MAC PDU的重传的任何接收组合。 UE对组合的MAC PDU进行解码，并且根据解码是否成功，它生成要发送到eNodeB的ACK或NACK。

当UE在其DL-SCH上接收MAC PDU时，它将HARQ信息（HARQ进程ID）与接收的MAC PDU一起转发到其HARQ进程。 MAC PDU可以是该MAC PDU的第一次传输或其重传。 HARQ过程将接收到的MAC PDU与软缓冲区（如果有的话）中的内容组合，并尝试解码MAC PDU。在成功解码MAC PDU后，MAC子层继续对MAC PDU进行分解和解复用。否则，如果MAC PDU未被成功解码，则UE将接收到的MAC PDU与软缓冲区中的MAC PDU存储或组合。在接收到MAC PDU之后，UE发送指示MAC PDU是否被成功解码的ACK或NACK。

UE以传输块的形式在物理子层处接收数据单元。每个下行链路传输块由eNodeB多次发送，等于NPDCCH提供的重复参数值。该参数提供DL传输重复多个子帧的子帧数。对于发送到UE的传输块，如NPDCCH所指示的，在多个子帧中重复多次重传。 UE为传输块及其重复发送单个ACK / NACK。在传输块的最后一次重复之后，接收对应于传输块的新传输或重传的NPDCCH下行链路分配。有关下行链路NPDCCH分配的更多详细信息，请参见第7.10.9.13节。

响应于下行链路传输块接收而在上行链路上发送的ACK / NACK在NPUSCH上发送。通过NPDCCH安排重传。

6.4.2上行数据传输

UE通过将数据封装在MAC PDU中来发送数据或控制PDU。 UE监视NPDCCH以了解分配给UE的任何UL指派。

UL-SCH最多有两个HARQ进程。 UL HARQ使用Stop-And-Wait协议。 HARQ过程负责传输块的传输和重传。上行链路HARQ过程是异步和自适应的。在异步自适应HARQ中，与子帧相关联的过程基于所接收的UL授权，除了RAR中的UL授权。换句话说，在异步自适应HARQ中，UE遵循NPDCCH要求UE做的事情（即，执行传输或重传）。对于在RAR中具有UL授权的UL传输，使用HARQ进程标识符0。

每个HARQ进程具有存储要发送的MAC PDU的缓冲器。缓冲区包含另一个变量;当前的IRV。 CURRENT IRV表示当前冗余版本（RV）的索引，其中RV被定义为序列{0; 2; 3; 1}。在异步HARQ操作中，UL重传由自适应重传授权触发。用于UL传输的ACK / NACK由DCI中的NDI隐式地用信号通知。

NPUSCH上的每个发送的传输块重复多次，等于NPDCCH提供的重复参数值。仅在先前传输的最后一次重复之后才接收对应于初始传输的新传输或重传的上行链路许可。有关上行链路NPUSCH传输的更多详细信息，请参见第7.10.9.11节。

6.5不连续接收

DRX是UE MAC用于节省能量和电池的过程。此过程适用于IDLE和CONNECTED模式。 IDLE模式下的DRX行为在3.12节中描述。在DRX模式中，UE在其关闭其收发器的地方休眠并且唤醒以偶尔监视NPDCCH。

eNodeB配置UE通过RRC连接建立或重新配置过程使用的DRX参数。 DRX使UE能够仅在特定间隔上休眠和唤醒以监视NPDCCH或者在NPDSCH或NPUSCH上发送和接收任何下行链路或上行链路消息。 DRX参数如表6.1所示：

drx-Cycle：表示子帧中DRX周期的长度，包括ON时间和OFF（不活动）时间。

drx-StartOffset：表示用于计算DRX周期的起始子帧号的DRX偏移量。

onDurationTimer：表示每个DRX周期开始时（UE打开时）的连续NPDCCH子帧的数量。它是在进入省电模式（UE关闭）之前UE在每个DRX周期期间读取NPDCCH的子帧的数量。

drx-InactivityTimer：表示在成功解码指示新传输（UL或DL）的NPDCCH之后UE应该活动的连续NPDCCH子帧的数量。在接收到新传输（UL或DL）的NPDCCH时重新启动该定时器。在该计时器到期时，UE休眠。

drx-RetransmissionTimer：表示直到收到DL重传之前的连续NPDCCH子帧的最大数量。当UE期望来自eNodeB的重传时，UE应该监视NPDCCH。

drx-ULRetransmissionTimer：表示在收到UL重传授权之前的最大连续NPDCCH子帧数。

在UE和eNodeB处同步DRX周期。 UE和eNodeB都知道UE在什么时间睡着或醒着。因此，eNodeB可以相应地调度到UE的下行链路业务。

UE可以仅在其唤醒时读取NPDCCH，否则如果它处于睡眠状态，则它不读取NPDCCH。对于上行链路业务，它在唤醒或休眠期间不受影响，因为UE在其唤醒以请求上行链路传输机会时可以发送调度请求（SR）。 eNodeB仍然可以通过向UE发送DRX MAC控制元素来强制UE进入休眠状态。

DRX周期在满足以下条件的子帧中启动：

[（SF N x 10）+子帧号] mod（drx-Cycle）= drxStartOffset：

当DRX周期开始时，OnDuration计时器将以onDurationTimer的间隔启动。在onDurationTimer时间间隔期间，UE持续监视NPDCCH以用于任何下行链路授权，上行链路授权或重传。如果存在下行链路指配或上行链路授权，它还可以在NPDSCH上接收数据或在NPUSCH上发送。图6.9显示了没有为UE指定NPDCCH时的DRX定时。

如果在onDurationTimer时间间隔期间，接收到指示用于UE的NPDCCH，其指示下行链路或上行链路传输，则UE在drx-InactivityTimer的时间间隔内启动drx-InactivityTimer计时器以继续唤醒。图6.10显示了UE接收NPDCCH时的DRX定时。 UE唤醒时间由drx-InactivityTimer计时器扩展。

图6.9：没有收到NPDCCH时的DRX过程。

如果在onDurationTimertime间隔期间，则接收指定给UE的NPDCCH，其指示包含DRX MAC控制元素的MAC PDU。 UE最初启动drx-InactivityTimer但稍后发现接收到DRX MAC控制元素。在UE处理DRX MAC控制元素之后，它停止两个定时器; drx-InactivityTimer和onDurationTimer并进入睡眠状态。如图6.11所示。

如果UE接收到指示下行链路传输或UL许可的NPDCCH，则UE在接收到NPDSCH或发送NPUSCH之后启动HARQ RTT定时器。启动HARQ RTT定时器，使得其指示在预期DL HARQ重传或UL HARQ重传授权之前的最小子帧量。当HARQ RTT定时器启动时，UE可以进入睡眠状态。

如果用于DL传输的HARQ RTT定时器到期，则UE检查所存储的MAC PDU是否可以被成功解码。如果存储的MAC PDU不能被成功解码，则UE启动drx-InactivityTimer和drx-RetransmissionTimer。如果UL授权的HARQ RTT定时器到期，则UE启动drx-InactivityTimer和drx-ULRetransmissionTimer。通过启动这些计时器中的任何一个，UE唤醒。

图6.10：收到NPDCCH时的DRX过程。

图6.11：收到NPDCCH和DRX MAC控制元素时的DRX过程。

仅当没有定时器正在运行时，DRX周期才会启动; onDurationTimer，drx-InactivityTimer，drx-RetransmissionTimer，drx-ULRetransmissionTimer或mac-ContentionResolutionTimer，否则DRX周期未启动。

6.6 MAC PDU组装和复用

6.6.1静态调度程序

收集在每个逻辑信道（信令或数据RB）排队的控制和数据PDU以组装和构造用于传输的MAC PDU。每个DRB属于一个逻辑信道。 RRC通告每个逻辑信道的优先级，如表6.1所示。每个逻辑信道都按严格的优先级顺序进行调度。用于无线电承载的所有调度的RLC PDU被复用到一个可以适合UL授权的MAC PDU中。每个逻辑信道按其优先级的递减优先级顺序进行调度，该优先级由RRC设置。如果所有逻辑信道具有相同的优先级，则它们被平等地（或以圆形方式）调度。

取决于UL授权的大小，MAC子层可以将RLC PDU分段以适合UL授权。另一方面，如果UL许可很大并且没有排队等待调度的RLC PDU，则添加填充MAC控制元素以提交UL授权大小。

除了分别发送和接收用于SRB和DRB的控制和数据PDU之外，UE还可以发送用于与eNodeB交换控制信息的MAC控制元素。 UE遵循严格的优先级顺序来发送用于无线电承载的MAC控制元素和数据。也就是说，UE通过以严格的顺序多路复用以下消息来组装和构造MAC PDU：

用于C-RNTI的MAC控制元素或来自UL CCCH（SRB0）的数据。

缓冲状态报告（BSR）的MAC控制元素。

来自SRB1，SRB1bis或DRB的数据。 SRB1的优先级如表3.2所示。

用于填充的BSR的MAC控制元素。

6.6.2缓冲状态报告

UE可以发送称为BSR的MAC控制元素，以指示在UE处排队多少数据。这包括SRB和DRB的数据。所有逻辑信道都属于一个逻辑信道组（LCG）。 BSR有三种类型;常规BSR，填充BSR和周期性BSR。它们根据以下内容触发：

常规BSR：当上行链路数据第一次可用于任何SRB或DRB的RLC或PDCP子层时，触发此操作。当没有可用于传输的数据时，它也会被触发。如果要发送常规BSR，则启动定时器logicalChannelSRProhibitTimer，其禁止UE向eNodeB发送请求上行链路授权的请求。仅在启用logicalChannelSR-Prohibit时才启动计时器。

填充BSR：如果上行链路授权足够大并且没有更多RLC PDU来提交上行链路授权，则触发此操作。 UL授权的剩余未使用部分用于发送填充BSR MAC控制元素。

周期性BSR：根据RRC设置的定时器periodicBSR-Timer周期性触发，如表6.1所示。在该定时器到期时，发送周期性BSR MAC控制元素。

BSR定时器总结在表6.1中。 MAC PDU具有上述三个BSR MAC控制元素中的至多一个。 BSR控制元素始终反映UE处的上行链路缓冲区大小。 eNodeB的不同缓冲区大小通过其索引表示，如表6.7所示。 BSR的MAC控制元素如图6.12所示。

表6.7缓冲区大小

索引缓冲区大小（字节）索引缓冲区大小（字节）

0 BS = 0 32 1132 < BS <=1326

1 0 < BS <=10 33 1326 < BS <=1552

2 10 < BS <=12 34 1552 < BS <=1817

3 12 < BS <=14 35 1817 < BS <=2127

4 14 < BS <=17 36 2127 < BS <=2490

5 17 < BS <=19 37 2490 < BS <=2915

6 19 < BS <=22 38 2915 < BS <=3413

7 22 < BS <=26 39 3413 < BS <=3995

8 26 < BS <=31 40 3995 < BS <=4677

9 31 < BS <=36 41 4677 < BS <=5476

10 36 < BS <=42 42 5476 < BS <=6411

11 42 < BS <=49 43 6411 < BS <=7505

12 49 < BS <=57 44 7505 < BS <=8787

13 57 < BS <=67 458787 < BS <=10287

14 67 < BS <=78 4610287 < BS <=12043

15 78 < BS <=91 4712043 < BS <=14099

16 91 < BS <=107 4814099 < BS <=16507

17107 < BS <=125 4916507 < BS <=19325

18125 < BS <=146 5019325 < BS <=22624

19146 < BS <=171 5122624 < BS <=26487

20171 < BS <=200 5226487 < BS <=31009

21200 < BS <=234 5331009 < BS <=36304

22234 < BS <=274 5436304 < BS <=42502

23274 < BS <=321 5542502 < BS <=49759

24321 < BS <=376 5649759 < BS <=58255

25376 < BS <=440 5758255 < BS <=68201

26440 < BS <=515 5868201 < BS <=79846

27515 < BS <=603 5979846 < BS <=93479

28603 < BS <=706 60 93479 < BS <=109439

29706 < BS <=826 61 109439 < BS <=128125

30826 < BS <=967 62 128125 < BS <=150000

31 967 < BS <= 1132 63 BS > 150000

图6.12：缓冲区状态报告MAC控制元素。

6.6.3调度请求

对于UE获得UL授权，它应该从eNodeB请求一个。 UE发送用于接收UL授权的SchedulingRequest（SR），其中UE可以发送其MAC PDU。如果logicalChannelSR-Prohibit计时器正在运行，则不会传输SR。 SR参数如表6.1所示。

6.6.4 C-RNTI (小区无线网络临时标识) MAC控制元素

UE使用该MAC控制元素来发送其C-RNTI。它具有固定的大小，如图6.13所示。 C-RNTI是eNodeB用于识别RRC连接和DL / UL调度的UE的唯一标识符。在RRC连接建立或重建过程之后，在争用解决过程成功通过之后，临时C-RNTI被改变为C-RNTI。

6.6.5 MAC PDU格式

MAC PDU是单个PDU，其由MAC头，多个MAC SDU和多个MAC控制元素以及可选的填充组成。 MAC头由许多MAC子头组成。每个MAC子头对应于MAC SDU，MAC控制元素或填充。

7	6	5	4	3	2	1	0
C-RNTI								Oct 1
C-RNTI								Oct 2

图6.13：C-RNTI MAC控制元素。

随机接入响应（RAR）和后退指示符的MAC子标题分别如图6.14和6.15所示。

MAC控制元素的MAC子头如图6.16所示，而图6.17显示了MAC SDU的MAC子头。表6.8总结了MAC子头字段。

对于下行链路和上行链路，逻辑信道ID（LCID）分别在表6.9和6.10中定义。

图6.18显示了除两个MAC SDU外还包含两个MAC控制元素的一个MAC PDU的示例。每个MAC SDU包含RLC PDU。对于这样的MAC PDU，存在五个MAC子头（SH），其对应于两个MAC控制元素

7	6	5	4	3	2	1	0
E	T	RAPID						Oct 1

图6.14：RAR的MAC子头。

7	6	5	4	3	2	1	0
E	T	R	R	BI				Oct 1

图6.15：退避指示器的MAC子头。

7	6	5	4	3	2	1	0
R	F2	E	LCID					Oct 1

图6.16：MAC控制元素的MAC子头。

7	6	5	4	3	2	1	0
R	F2	E	LCID					Oct 1
F	L
L

图6.17：MAC SDU的MAC子头。

表6.8 MAC子头部字段

域	可能的价值	含义
LCID	表6.9 or 6.10中的值	MAC SDU或MAC控制元素的逻辑信道ID
L	[1 32767]	MAC SDU或MAC控制元素的长度
F	0, 1	格式字段。表示长度字段的大小。如果F为1，则MAC SDU或MAC控制元素的大小小于128，否则为零
E	0, 1	扩展字段。指示MAC子标头中是否存在更多字段。如果E字段设置为1，则存在另一组至少R / F2 / E / LCID字段，否则值0表示MAC SDU，MAC控制元素或填充从下一字节开始
T	0, 1	这仅适用于与RA-RNTI相关联的MAC PDU。值为1表示MAC子头有一个RAPID（随机接入前导码ID），否则值为0表示MAC子头中的后退指示符
F2	0	始终设置为零
R	0	保留

表6.9下行链路LCID

索引	LCID值
00000	CCCH
00001-01010	逻辑信道的身份
11100	UE争用解决身份
11101	定时提前命令
11110	DRX命令
11111	填充

表6.10上行链路LCID

索引	LCID值
00000	CCCH
00001-01010	逻辑信道的身份
11011	C-RNTI
11101	短BSR
11111	填充

图6.18：MAC PDU示例。

图6.19：透明MAC PDU。

透明MAC PDU没有任何MAC子头，只包含MAC SDU，如图6.19所示。 eNodeB使用该MAC PDU在PCH和BCH上进行传输。

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