5G NR MAC层架构，通道映射，过程，报头，子报头
介绍5G NR MAC层的概述。它涵盖了5G NR MAC功能、5G NR MAC架构、5G NR MAC通道映射、5G NR MAC程序以及5G NR MAC头和子头格式。
简介：
5G NR(新无线电)是最新的蜂窝无线技术，其数据传输速度比之前的LTE技术快10倍。它遵循3GPP规范版本15及以上。
5G NR技术的特点如下:
•工作在两个频段，即6 GHz以下和毫米波(20 GHz以上)。
•支持64 ~ 256天线的大规模MIMO。
•在100米内使用100MHz带宽提供10 Gbps。
如图1所示为5G NR协议栈的MAC层位置。如图所示，MAC层向上层提供服务，并期望来自上层的一些服务物理层> >．物理层提供到MAC层的传输通道，支持通过无线电接口传输数据的传输服务。MAC层为RLC子层提供逻辑通道。逻辑通道存在于MAC和PHY之间，而传输通道存在于PHY和无线电层之间。因此MAC是逻辑通道和PHY传输通道之间的接口。
图中描述了5G NR栈各协议层的数据流。
5G NR MAC层架构| 5G NR MAC层功能
下图-2(a)和(b)描述了MCG(主小区组)和SCG(次小区组)的5G NR MAC层架构。
物理层为MAC子层提供以下服务。
•数据传输
•HARQ反馈信号
•调度请求信令
•CQI(通道质量指示)测量
MAC子层主要为上层提供两种业务，即数据传输和无线资源分配。5G NR MAC的其他功能如下。
•逻辑和传输通道之间的映射(下行和上行)。
•MAC sdu在TBs (Transport Blocks)上的多路复用(在Uplink中)，sdu属于逻辑通道，传输块属于传输通道。
•从tb解复用MAC sdu(下行)
•调度信息报告(上行链路)
•通过HARQ进行错误纠正(下行链路和上行链路)
•逻辑通道优先级(上行链路)
5G NR MAC通道映射
图3描述了5G NR技术中使用的MAC逻辑通道和PHY层传输通道。它们在下行链路或上行链路中具有特定的功能。下行链路使用PDSCH、PBCH和PDCCH，上行链路使用PUSCH、PUCCH和RACH。下行参考信号为DMRS、PT-RS、CSI-RS、PSS和SSS。上行链路中的参考信号为DMRS、PTRS和SRS。
5G NR信道映射如图4所示。它将逻辑通道映射到传输通道，反之亦然。
5G NR MAC程序
下表列出了5G NR不同的MAC流程。这些程序在5G NR MAC层中有各自的功能。
| 5G NR MAC流程 | 描述 |
|---|---|
| 随机访问过程 | 获得UE的初始上行链路授权，并帮助执行与gNB(即网络)的同步。它涵盖了随机访问过程的初始化、随机访问资源的选择、随机访问前导的传输、随机访问响应的接收、争用解决和随机访问过程的完成。 |
| DL-SCH数据传输 | 它完成执行下行数据传输所需的一切。 |
| UL-SCH数据传输 | 它完成执行上行数据传输所需的一切。 |
| 调度请求(SR) | UE使用它向gNB(即网络)传输请求以获得UL授权。 |
| PCH接待 | 它有助于监控特殊时间段的寻呼消息。 |
| BCH接待 | 它携带5G NR小区的基本信息(如MIB、SFN等)。 |
| 间断接收 | 它有助于按特定模式不连续地监测PDCCH。由于这种不连续的监测，可以实现能源消耗。 |
| 其他的程序 | 其他5G NR MAC程序包括无动态调度的传输和接收、scell的激活/去激活、PDCP重复的激活/去激活、BWP(带宽部分)操作、测量间隙的处理、MAC CEs的处理、波束故障检测和恢复操作等。 |
5G NR MAC头和子头
MAC PDU由一个或多个MAC子PDU组成。每个MAC子pdu由以下字段之一组成:
MAC子标题(包括填充)
•MAC子头和MAC SDU
一个MAC子标题和一个MAC CE(控制元素)
MAC子标题和填充
MAC sdu的大小是可变的。每个MAC子标头对应一个MAC SDU、一个MAC CE或padding
图5描述了5G NR下行链路(DL)和上行链路(UL)的MAC PDU示例。下图-6描述了MAC子报头类型。让我们来了解5G系统中的报头和子报头字段及其各自的含义。
MAC子头由LCID、L、F和R等字段组成。
•LCID字段:LCID代表逻辑通道ID。它标识对应MAC SDU的逻辑通道实例或对应MAC CE或填充的类型。DL-SCH和UL-SCH的LCID值见下表。一个MAC子标头只存在一个LCID字段。LCID字段的大小为6位。
•L-Field:“L”表示对应MAC SDU或可变大小MAC CE的长度字段，单位为字节。一个MAC子标题对应一个“l字段”。对应于固定大小的MAC ce和填充的子标题存在更多的“l -字段”。“l域”大小由f域表示;
•F-field:它指的是长度字段大小。它只有一点大小。除了对应于固定大小的MAC ce和填充的子标题外，每个MAC子标题都有一个F字段。f字段中的0表示Length字段的8位。F-field中的1表示Length字段的16位。
•R:保留位，设为0。
DL-SCH和UL-SCH的LCID值
上表提到DL-SCH通道的LCID值，下表提到UL-SCH通道的LCID值。
参考文献
•3GPP TS 38.321 V15.2.0(2018-06)，介质访问控制(MAC)协议规范(版本15)
•3gpp ts 38.300 v15.2.0 (2018-06)， nr;NR和NG-RAN总体描述;第二阶段(第15版)
5G NR Numerology | 5G NR术语
5G NR控制通道| 5G NR业务量通道| 5G NR参考信号和序列
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