Принципы работы Hybrid ARQ (HARQ)

Рассмотрим три возможных варианта реализации схемы HARQ:

Simple HARQ или HARQ первого типа

Является самой простой реализацией алгоритма. При получении пакета, содержащего ошибки, которые не были исправлены декодером канала, приемник отбрасывает полученный пакет и запрашивает его повторную передачу.

Но ведь отброшенный пакет мог содержать информацию, которая могла бы помочь при декодировании повторно переданного пакета. Именно на использовании ранее полученных данных и основана техника мягкого комбинирования (soft combining), которая лежит в основе двух других реализаций HARQ. В этом случае пакеты, содержащие ошибочно декодированные биты, не отбрасываются, а сохраняются в буфере. При этом повторная передача для любой реализации HARQ всегда содержит одни и те же информационные биты, а вот контрольные биты (или как их еще иногда называют биты контроля четности) могут различаться.

Chase combining HARQ или HARQ второго типа

При получении пакета, содержащего ошибки, которые не были исправлены декодером канала, приемник сохраняет этот пакет в буфере приема (а не отбрасывает как в случае с Simple HARQ) и запрашивает его повторную передачу. Передатчик в рамках каждой повторной передачи (по запросу приемника) передает один и тот же пакет данных, содержащий кодовое слово, сформированное из неизменных информационных битов и с применением неизменного шаблона удаления (или выкалывания) битов блоком выравнивания скорости (rate matching). Приемная сторона на основе всех полученных копий пакета и с использованием техники комбинирования по максимальному соответствию (MRC – Maximum Ratio Combining) формирует так называемый комбинированный пакет, который и поступает на вход декодера канала. Данный алгоритм эквивалентен увеличению соотношения сигнал/шум – см. Рис. 5.

Рис. 5 (Chase combining HARQ, пример)

Incremental redundancy HARQ или HARQ третьего типа

При получении пакета, содержащего ошибки, которые не были исправлены декодером канала, приемник сохраняет этот пакет в буфере приема (по аналогии с Chase combining HARQ) и запрашивает его повторную передачу. Передатчик в рамках каждой повторной передачи (по запросу приемника) передает пакет данных, содержащий различные кодовые последовательности. Каждая кодовая последовательность создается из неизменных информационных бит, но с применением различных шаблонов для удаления (или выкалывания) битов блоком выравнивания скорости (rate matching). Используемый шаблон определяется значением Redundancy version (RV). Значение RV для каждой повторной передачи либо предопределено (для синхронного режима), либо транслируется в блоке управляющей информации (DCI), передаваемом по каналу PDCCH (для асинхронного режима). Также передатчик может использовать различные схемы модуляции при различных повторах. После каждой повторной передачи приемная сторона формирует комбинированный пакет, содержащий кодовое слово, большей длины по сравнению в предыдущей итерацией, а, следовательно, с более низкой скоростью кодирования и обладающее большей исправляющей способностью – см. Рис. 6. Этот комбинированный пакет и подается на вход декодера.

Рис. 6 (Incremental redundancy HARQ, пример)

При наличии значительных радиопомех, либо высоком уровне интерференции кол-во повторных передач пакетов данных может быть недопустимо большим. Чтобы ограничить результирующие задержки времени, Hybrid ARQ обычно настраивается так, чтобы ограничить максимально кол-во повторных передач, после чего блок признается непоправимо поврежденным и отбрасывается. При этом на более высоком уровне стека протоколов приемника (уровне RLC) проблема может быть выявлена и потерянный пакет перезапрошен посредством базовой схемы ARQ.