Одной из ключевых задач, решаемых разработчиками любых систем связи (и в первую очередь систем радиосвязи) является задача обнаружения и исправления ошибок, количество которых в сотовых сетях определяется двумя факторами – внешними помехами, а также интерференцией, возникающей от передатчиков соседних базовых станций. Последний фактор является особенно важным для одночастотных систем мобильной связи, включая 4G-LTE и 5G.
Рассмотрим основные технологии и понятия, связанные с решением обозначенной задачи на сетях 4G-LTE и 5G:
Схема с прямой коррекцией ошибок – FEC (Forward Error Correction)
Суть схемы FEC заключается в преобразовании передатчиком передаваемых блоков данных в кодовые слова (путем канального кодирования и внесения избыточной информации) таким образом, чтобы предоставить приемнику возможность обнаруживать и восстанавливать определенное количество битов, искаженных при передаче – см. Рис. 1. Подобные системы характеризуются скоростью кодирования, представляющей собой отношение длины полезного блока данных к длине кодового слова. Недостатком является потеря функциональности при превышении кол-ва ошибок исправляющей способности кода.
Рис. 1 (FEC + Rate matching)
Выравнивание скорости – Rate matching
Выравнивание скорости представляет собой функциональный модуль, дополняющий технологию прямой коррекции ошибок. Данный модуль удаляет (или "выкалывает") часть битов из кодовых слов, формируемых схемой FEC, уменьшая их длину до требуемого размера транспортного блока. Тем самым, с одной стороны снижается объем данных, который передается по каналу связи, с другой – сохраняется достаточная исправляющая способность системы. На приемной стороне в выколотые передатчиком позиции вставляются фиктивные биты, после чего кодовые слова восстановленной длины направляются на канальный декодер.
Схема с автоматическим запросом повторной передачи – ARQ (Automatic Repeat request)
Суть схемы ARQ заключается в вычислении передатчиком циклического избыточного кода (CRC – Cyclic Redundancy Check) передаваемого блока данных, что позволяет приемнику путем сравнения вычисленного и принятого значений CRC обнаруживать пакеты, содержащие искаженные данные и запрашивать их повторную передачу – см. Рис. 2.
Рис. 2 (ARQ)
Обычно схема ARQ использует метод, называемый выборочной ретрансляцией (Рис. 3), в котором приемник ожидает получение нескольких блоков данных до их подтверждения. Этот метод с одной стороны позволяет передатчику продолжать отправлять пакеты, не дожидаясь их подтверждения, а с другой стороны вносит существенную задержку в случае необходимости повторной передачи. Следовательно, схема ARQ подходит только для потоков данных нереального времени, таких как веб-страницы и электронные письма. Кроме уже упомянутой задержки, недостатком схемы ARQ является дополнительная нагрузка на канал связи, поскольку даже единичная ошибка требует повторной передачи всего пакета данных.
Рис. 3 (метод выборочной ретрансляции ARQ)
Гибридная схема с автоматическим запросом повторной передачи – HARQ (Hybrid ARQ)
Hybrid ARQ комбинирует вышеописанные схемы, применяемые для коррекции ошибок (FEC, ARQ – см. Рис. 4). В соответствии с этим, передающая сторона:
- осуществляет кодирование передаваемых данных FEC кодом (с применением функции выравнивания скорости), что позволяет приемнику восстанавливать искаженные при передаче биты (в пределах исправляющей способности кода);
- вычисляет код CRC и добавляет его к передаваемым данным, давая возможность приемнику детектировать блоки, содержащие неисправленные посредством FEC ошибки, и запрашивать их повторную передачу.
Рис. 4 (HARQ)
Схемы HARQ могут быть синхронными и асинхронными. В синхронном режиме повторная передача блоков данных осуществляется в строго определенные интервалы времени. При этом не требуется передача номера HARQ процесса (см. п.3) и номера Redundancy version (RV – см. п.2), что снижает долю сигнального трафика. Так, каждый субфрейм (sub frame) планировщик базовой станции выделяет ресурс для передачи только одному предопределенному HARQ процессу с предопределенным RV, и в системе, содержащей 8 процессов, каждый процесс осуществляет передачу строго раз в 8мс.
В асинхронном режиме передача данных HARQ процессами может осуществляться в любое время, что дает возможность планировщику базовой станции более гибко распределять ресурсы сети. Плата за эту гибкость – увеличение накладных расходов на передачу сигнальной информации (номер HARQ процесса, а также номер RV включаются в блок управляющей информации – DCI, передаваемый по каналу PDCCH).
На восходящих линиях (Uplink) сетей 4G-LTE и 5G используется синхронный режим HARQ, на нисходящей (Downlink) – асинхронный.
Также алгоритмы HARQ могут функционировать в адаптивном и неадаптивном режимах. В адаптивном режиме при повторной передаче пакетов допускается изменение таких параметров как скорость кодирования, номера и кол-во выделенных ресурсных блоков, схема модуляции. По аналогии с асинхронной передачей адаптивный режим повышает гибкость распределения ресурсов сети, предоставляет механизмы для увеличения надежности приема данных (например, за счет понижения индекса модуляции), но при этом увеличивает долю сигнального трафика на канале PDCCH.
Неадаптивный режим не предполагает изменения параметров при повторной передаче пакетов.
- Назад
- Вперед >>
