LTE中的HARQ學習(1)——基本概念

參考百度文庫《LTE_HARQ重傳》

LTE中有兩種重傳機制:MAC層的HARQ機制,以及RLC層的ARQ(只針對AM(aknowledgement mode確認模式)數據傳輸)機制。

HARQ

HARQ(HybridAutomatic Repeat reQuest混合自動重傳請求),是一種結合FEC(ForwardError Correction,前向糾錯)與ARQ(Automatic RepeatreQuest)方法的技術。

FEC通過添加冗餘信息,使得接收端能夠糾正一部分錯誤,從而減少重傳的次數。

對於FEC無法糾正的錯誤,接收端會通過ARQ機制請求發送端重發數據。接收端使用檢錯碼,通常爲CRC校驗,來檢測接收到的數據包是否出錯。如果無錯,則接收端會發送一個肯定的確認(ACK)給發送端,發送端收到ACK後,會接着發送下一個數據包。如果出錯,則接收端會丟棄該數據包,併發送一個否定的確認(NACK)給發送端,發送端收到NACK後,會重發相同的數據。

前面介紹的ARQ機制採用丟棄數據包並請求重傳的方式。雖然這些數據包無法被正確解碼,但其中還是包含了有用的信息,如果丟棄了,這些有用的信息就丟失了。通過使用HARQ with softcombining(帶軟合併的HARQ),接收到的錯誤數據包會保存在一個HARQ buffer中,並與後續接收到的重傳數據包進行合併,從而得到一個比單獨解碼更可靠的數據包(“軟合併”的過程)。然後對合並後的數據包進行解碼,如果還是失敗,則重複“請求重傳,再進行軟合併”的過程。

根據重傳的比特信息與原始傳輸是否相同,HARQ with softcombining分爲chase combining和incrementalredundancy(增量冗餘)兩類。chase combining中重傳的比特信息與原始傳輸相同;incremental redundancy 中重傳的比特信息不需要與原始傳輸相同。LTE中只使用incremental redundancy機制。

只有DLSCH和ULSCH傳輸支持HARQ,其他信道不支持HARQ。

 

HARQ process

HARQ使用stop-and-waitprotocol(停等協議)來發送數據。

在停等協議中,發送端發送一個TB後,就停下來等待確認信息。接收端會使用1比特的信息對該TB進行肯定(ACK)或否定(NACK)的確認。但是每次傳輸後發送端就停下來等待確認,會導致吞吐量很低。因此LTE使用多個並行的stop-and-wait process:當一個HARQprocess在等待確認信息時,發送端可以使用另一個HARQ process來繼續發送數據。

這些HARQ process共同組成了一個HARQ實體(HARQ entity),這個實體結合了停等協議,同時允許數據的連續傳輸。 

每個UE都有一個HARQ實體。但在載波聚合中,一個UE對應每個載波單元(Component Carrier)都有各自的HARQ實體。

每個HARQ process在一個TTI只處理一個TB(TransportBlock,傳輸塊)。

每個HARQ process在接收端都需要有獨立的HARQbuffer,以便對接收到的數據進行軟合併。

在空分複用中,一個TTI會並行傳輸2個TB,此時每個TB有各自獨立的HARQ確認信息,1個HARQ實體包含2個HARQprocess集合。

 

HARQ相關概念:

HARQ process number:也稱爲HARQprocess ID,唯一地指定一個HARQ process。

NDI:New Data Indicator的縮寫。每個HARQprocess會保存一個NDI值,該值使用1比特來指示被調度的數據是新傳還是重傳。如果同一HARQ process的NDI值與之前相比發生了變化(NDItoggled),則表示當前傳輸是一個新的TB的初傳,否則(NDI not toggled)表示當前傳輸是同一個TB的重傳。

RV:Redundancy Version的縮寫。用於指示傳輸所使用的冗餘版本,其取值範圍爲0~3。

MCS:Modulation and CodingScheme的縮寫。DCI使用5比特的MCSindex(0~31)來指示當前傳輸所使用的調製和編碼樣式,並影響到TBS的選擇。MCS共計32種組合,其中3種組合(索引爲29~31)是預留的,且這3種組合只用於重傳。 

同步/異步、自適應/非自適應

HARQ協議在時域上分爲同步(synchronous)和異步(asynchronous)兩類;在頻域上分爲自適應(adaptive)和非自適應(non-adaptive)兩類。

異步HARQ(asynchronousHARQ)意味着重傳可以發生在任一時刻,也意味着能以任意順序使用HARQ process。同步HARQ(synchronousHARQ)意味着重傳只能在前一次傳輸之後的固定時刻發送,也意味着某個特定的子幀,只能使用某個特定的HARQ process。

同步HARQ的好處在於HARQprocess號可以直接從系統幀號/子幀號中推導出來,而無需顯式地發送HARQ process number;異步HARQ的好處在於重傳調度更加靈活。

自適應HARQ(adaptiveHARQ)意味着可以改變重傳所使用的PRB資源以及MCS。非自適應HARQ(non-adaptiveHARQ)意味着重傳必須與前一次傳輸(新傳或前一次重傳)使用相同的PRB資源和MCS。

LTE中,下行使用異步、自適應HARQ;上行使用同步HARQ,但重傳可以是自適應的,也可以是非自適應的。  


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