雖然ARQ（混合自動(dòng)請(qǐng)求）錯(cuò)誤控制機(jī)制簡(jiǎn)單，并提供了高傳輸可靠性，但隨著信道錯(cuò)誤率的增加，ARQ方案的吞吐量會(huì)迅速下降，而且由于重傳，延遲可能會(huì)過(guò)高，對(duì)于某些延遲敏感的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)是不可容忍的。另一方面，使用前向糾錯(cuò)(FEC)的系統(tǒng)可以保持恒定的吞吐量，而不受信道誤碼率的影響。然而，F(xiàn)EC方案也存在一些缺陷。FEC很難實(shí)現(xiàn)高可靠性，需要使用長(zhǎng)而強(qiáng)大的糾錯(cuò)碼，增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。

只要將兩種誤差控制方案適當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來(lái)，就可以克服ARQ和FEC的缺點(diǎn)。為了提高分組傳輸?shù)耐掏铝亢徒档蜁r(shí)延，將ARQ錯(cuò)誤控制機(jī)制與FEC編碼相結(jié)合，設(shè)計(jì)了混合ARQ (HARQ)方案。HARQ系統(tǒng)由一個(gè)包含在ARQ系統(tǒng)中的FEC子系統(tǒng)組成。該方法通過(guò)對(duì)頻繁出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行修正，從而減少了平均重傳次數(shù)。然而，當(dāng)檢測(cè)到較低頻率的錯(cuò)誤時(shí)，接收方請(qǐng)求重傳，其中每次重傳都攜帶相同或一些冗余信息，以幫助數(shù)據(jù)包檢測(cè)。HARQ使用FEC來(lái)糾正接收端部分錯(cuò)誤，并依靠錯(cuò)誤檢測(cè)來(lái)檢測(cè)剩余的錯(cuò)誤。大多數(shù)實(shí)用的HARQ方案使用CRC碼進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)，并使用某種形式的FEC來(lái)糾正傳輸錯(cuò)誤，例如信道編解碼常用的Turbo碼或者LDPC碼。

根據(jù)后續(xù)重傳的內(nèi)容，HARQ方案通常分為兩種：

軟合并HARQ:在這種HARQ方案中，每次重傳都傳輸相同的數(shù)據(jù)包。采用軟合并可提高可靠性。在傳輸之前，數(shù)據(jù)塊和CRC碼一起使用FEC編碼器進(jìn)行編碼。如果接收方無(wú)法正確解碼數(shù)據(jù)塊，則請(qǐng)求重新傳輸。當(dāng)接收到重傳的編碼塊時(shí)，將其與先前接收到的對(duì)應(yīng)于相同信息位的塊合并(例如使用最大比合并方法)并傳輸給解碼器。由于每次重傳都是原始傳輸?shù)南嗤北荆虼嗣看沃貍鹘邮盏降腅b/N0，即每信息位的能量除以噪聲譜功率密度，每次重傳都會(huì)增加，提高了正確解碼的可能性。在軟合并HARQ中，被編碼bit的冗余版本在每次傳輸中都不會(huì)改變。因此，打孔模式保持不變。接收端使用當(dāng)前碼塊和之前所有的HARQ傳輸來(lái)解碼信息位。這個(gè)過(guò)程將會(huì)繼續(xù)，直到信息位被正確解碼并通過(guò)CRC測(cè)試或達(dá)到HARQ重傳的最大數(shù)量。當(dāng)達(dá)到最大重傳次數(shù)時(shí)，MAC子層重置該進(jìn)程，繼續(xù)重新傳輸相同的碼塊。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程在等待應(yīng)答時(shí)，許多用于HARQ的并行通道可以幫助提高吞吐量；另一個(gè)進(jìn)程可以利用信道傳輸子數(shù)據(jù)包。圖1說(shuō)明了軟合并HARQ (HARQ- cc)方案的操作，以及相同編碼位的重傳如何在保持有效碼率不變的情況下改變每比特的合并能量Eb。

圖1 軟合并HARQ

增量冗余HARQ：在這種HARQ方案中，在隨后的重傳中發(fā)送額外的奇偶校驗(yàn)位。因此，每次重傳后，接收端都能獲得更豐富的奇偶校驗(yàn)位集，提高了可靠解碼的概率。然而，在增量冗余方案中，信息不能僅從奇偶校驗(yàn)位恢復(fù)。在增量冗余HARQ (HARQ-IR)方案中，當(dāng)請(qǐng)求重傳時(shí)，生成多個(gè)冗余度遞增的編碼比特，并傳輸給接收端，以協(xié)助接收端對(duì)信息比特進(jìn)行解碼。接收端將每一次重傳與先前接收到的屬于同一數(shù)據(jù)包的軟比特相結(jié)合。由于每一次重傳都攜帶額外的奇偶校驗(yàn)位，因此每一次重傳都會(huì)降低有效碼率，如圖2所示。紅外是基于低速率編碼和不同的冗余版本是通過(guò)戳穿通道編碼器輸出。在圖2所示的示例中，基本碼率為R，在每次重傳中傳輸三分之一的編碼位。由于合并，除了每次重發(fā)都會(huì)增加接收的信噪比Eb/N0外，每次重發(fā)還會(huì)獲得一個(gè)編碼增益。注意，軟合并是HARQ-IR的一個(gè)特殊情況，其中重傳是原始編碼位的相同副本。

圖2 增量冗余HARQ

3GPP NR下行鏈路和上行鏈路采用異步HARQ-IR方案。gNB通過(guò)DCI動(dòng)態(tài)或通過(guò)RRC配置消息半靜態(tài)向UE（終端）提供HARQ-ACK反饋定時(shí)。gNB使用DCI上的上行鏈路授權(quán)來(lái)調(diào)度每個(gè)上行鏈路的傳輸和重傳。在LTE中，上行HARQ的基本操作方式是同步重傳，這可以減少重傳的調(diào)度開銷。在這種情況下，HARQ ACK/NACK作為一個(gè)簡(jiǎn)短而有效的消息在PHICH上進(jìn)行。NR支持異步HARQ。為了支持異步HARQ，對(duì)于gNB來(lái)說(shuō)，一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是通過(guò)PDCCH發(fā)送一個(gè)顯式的上行授權(quán)，以用于重傳，就像在LTE中傳輸一樣。在某種意義上，顯式授權(quán)可能意味著隱式ACK/ NACK。例如，重傳的顯式調(diào)度可能意味著初始傳輸?shù)腘ACK。每個(gè)cell上下行的HARQ進(jìn)程數(shù)不能超過(guò)16個(gè)。每個(gè)cell在終端上通過(guò)RRC參數(shù)nrofHARQ-processesForPDSCH單獨(dú)配置HARQ進(jìn)程數(shù)。在沒(méi)有任何配置的情況下，終端可以采用默認(rèn)的8個(gè)HARQ進(jìn)程。

在通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮為了支持HARQ功能，需要使用較大的buffer空間，例如采用FPGA進(jìn)行BBU設(shè)計(jì)，外掛豐富的DDR資源。


審核編輯：劉清