帧同步分离逻辑层和渲染层_NR MAC层协议介绍

先看下MAC层的协议架构。

MACstructure overview

当UE被配置为SCG时，两个MAC实体被配置到UE：一个用于MCG，一个用于SCG。

当UE配置有DAPS(Dual Active Protocol Stack)切换时，UE使用两个MAC实体：一个用于源小区(源MAC实体)，另一个用于目标小区(目标MAC实体)。

除非另有规定，否则UE中不同MAC实体的功能独立地操作。除非另有规定，否则每个MAC实体中使用的计时器和参数是独立配置的。除非另有规定，否则每个MAC实体所考虑的服务小区、C-RNTI、RB、逻辑信道、上层和下层实体、LCG(Logical Channel Group)和HARQ实体是指映射到该MAC实体的那些实体。

如果MAC实体配置有一个或多个SCell，则存在多个DL-SCH，并且每个MAC实体可能有多个UL-SCH以及多个RACH；SpCell上有一个DL-SCH、一个UL-SCH和一个RACH，每个SCell上有一个DL-SCH、零个或一个UL-SCH和零个或一个RACH。

如果MAC实体没有配置任何SCell，则每个MAC实体有一个DL-SCH、一个UL-SCH和一个RACH。

MACstructure overview with two MAC entities

MAC的主要功能如下：

• 调度请求(SR)

• 缓存状态上报(BSR)

• 功率余量上报(PHR)

• 下行半静态调度(SPS)

• 上行半静态调度(UL configured Grant，type1和type2)

• 逻辑信道优先级操作(LCP：Logical Channel Prioritization)

• 复用和解复用

• HARQ操作

• 上行同步过程

• SCELL的集合和去激活

• BWP操作，包括激活和去激活

• PDCP重复的激活和去激活

• 波束失败和恢复

• DRX功能

Exampleof a UL MAC PDU

在上行方向上，为了加快MAC层和物理层的处理效率，达到“随到随走”的效果，将MAC层MAC SDU对应的sub-header放置在MAC SDU的前面(即：MAC sub-PDU和MAC sub-header交织在一起)。

而MAC CE是放在整个MAC PDU的后面，这是因为上行的很多MAC CE(比如：BSR)，只有在生成了MAC sub-PDU之后，才会更加层2种的数据卷和其他条件来决定是否需要携带以及BSR的具体内容。

MAC PDU的这种格式减少了UE在收到UL Grant以后需要实时处理的环节。下图是一个UE在接收到gNB的调度资源后的时序示例。

NR UL Grant

上层协议的PDU作为下层协议的SDU一起共享缓存空间，上层协议负责写，下层协议允许读，但不能写。

LTE上行调度示意图

下图是MAC PDU下行帧结构，下行的MAC PDU的特点是MAC CE是在MAC sub-PDU的前面，而MAC sub-PDU和上行类似，也是把MAC sub-Header和MAC sub-PDU进行了交织。把MAC CE放在MAC PDU的前面是比较自然的处理，一个数据包从物理层传递给MAC层的时候，MAC层可以马上知道这个数据包的总长度，但是其中的MAC CE或者MAC sub-PDU的长度信息是包含在每个MAC CE和MAC sub-PDU的前面部分，这就决定了分离这些MAC CE和MAC sub-PDU在MAC层是一个从头开始的串行过程。

把MAC CE放在MAC PDU的前面是因为将这些MAC CE分离后，马上就可以在MAC层进行协议处理。

Exampleof a DL MAC PDU

下图是一个UE接收到到数据包的处理行为示例。

图中MAC层解复用操作以后，每个MAC CE和每个MAC sub-PDU就可以马上进行分离，通过读取RLC的帧头字节(蓝色)可以判断，这个MAC sub-PDU是否可以先进行解密处理。假如某个数据包在RLC层进行了分块操作(灰色)，那么这个数据包就无法先进行PDCP层的解密操作，而需要在RLC层把所有的RLC分块收集完整了以后，才能够进行解密操作。

子载波间隔和PUSCH的发送持续时间与用户面的时延有关。如果业务要求的时延比较短，那么会采用比较大的子载波间隔和比较小的PUSCH发送时间。

每个MAC PDU中可以包含多个逻辑信道，在下行方向上解复用的过程比较简单，因为MAC层的sub-Header中已经有了逻辑信道标识(LCID)，而在上行方向上，关键是在收到一个或者多个UL Grant的时候，如何在不同的逻辑信道之间进行资源的分配，这个分配的过程就是逻辑信道优先级过程(LCP：logical Channel Priority)

MAC层在收到UL Grant的时候，物理层也会告诉MAC层这个UL Grant属性。首先是根据各个逻辑信道配置的一些限制，确定和这个UL Grant相关的逻辑信道有哪些，确定了逻辑信道后，先根据逻辑信道的PBR(prioritized Bit Rate)按照优先级进行分配，之后再是按照逻辑信道的优先级进行二次分配，直到所有的UL Grant都分配完毕。

接下来就是HARQ过程，上下行都是异步HARQ，而且NR没有上行HARQ ACK，因为gNB如果没有收到上行的数据包，通过动态调度的方式让UE进行重发。

UE的下行调度主要依赖上上行PUCCH、PUSCH上发送的CQI数据，而上行信道的调度，除了直接通过对SRB的测量之外，主要还是依靠MAC层的辅助信息，包括BSR和PHR。