5G HARQ协议

5G中有两种重传机制:MAC层的HARQ机制,以及RLC层的ARQ(只针对AM(aknowledgement mode确认模式)数据传输)机制。

HARQ

HARQ(HybridAutomatic Repeat reQuest混合自动重传请求),是一种结合FEC(ForwardError Correction,前向纠错)与ARQ(Automatic RepeatreQuest)方法的技术。

FEC通过添加冗余信息,使得接收端能够纠正一部分错误,从而减少重传的次数。

对于FEC无法纠正的错误,接收端会通过ARQ机制请求发送端重发数据。接收端使用检错码,通常为CRC校验,来检测接收到的数据包是否出错。如果无错,则接收端会发送一个肯定的确认(ACK)给发送端,发送端收到ACK后,会接着发送下一个数据包。如果出错,则接收端会丢弃该数据包,并发送一个否定的确认(NACK)给发送端,发送端收到NACK后,会重发相同的数据。

前面介绍的ARQ机制采用丢弃数据包并请求重传的方式。虽然这些数据包无法被正确解码,但其中还是包含了有用的信息,如果丢弃了,这些有用的信息就丢失了。通过使用HARQ with softcombining(带软合并的HARQ),接收到的错误数据包会保存在一个HARQ buffer中,并与后续接收到的重传数据包进行合并,从而得到一个比单独解码更可靠的数据包(“软合并”的过程)。然后对合并后的数据包进行解码,如果还是失败,则重复“请求重传,再进行软合并”的过程。

根据重传的比特信息与原始传输是否相同,HARQ with softcombining分为chase combining和incrementalredundancy(增量冗余)两类。chase combining中重传的比特信息与原始传输相同;incremental redundancy 中重传的比特信息不需要与原始传输相同。LTE中只使用incremental redundancy机制。

只有DLSCH和ULSCH传输支持HARQ,其他信道不支持HARQ。

HARQ process

HARQ使用stop-and-waitprotocol(停等协议)来发送数据。

在停等协议中,发送端发送一个TB后,就停下来等待确认信息。接收端会使用1比特的信息对该TB进行肯定(ACK)或否定(NACK)的确认。但是每次传输后发送端就停下来等待确认,会导致吞吐量很低。因此LTE使用多个并行的stop-and-wait process:当一个HARQprocess在等待确认信息时,发送端可以使用另一个HARQ process来继续发送数据。

这些HARQ process共同组成了一个HARQ实体(HARQ entity),这个实体结合了停等协议,同时允许数据的连续传输。

每个UE都有一个HARQ实体。但在载波聚合中,一个UE对应每个载波单元(Component Carrier)都有各自的HARQ实体。

每个HARQ process在一个TTI只处理一个TB(TransportBlock,传输块)。

每个HARQ process在接收端都需要有独立的HARQbuffer,以便对接收到的数据进行软合并。

在空分复用中,一个TTI会并行传输2个TB,此时每个TB有各自独立的HARQ确认信息,1个HARQ实体包含2个HARQprocess集合。

HARQ相关概念

HARQ process number:也称为HARQprocess ID,唯一地指定一个HARQ process。

NDI:New Data Indicator的缩写。每个HARQprocess会保存一个NDI值,该值使用1比特来指示被调度的数据是新传还是重传。如果同一HARQ process的NDI值与之前相比发生了变化(NDItoggled),则表示当前传输是一个新的TB的初传,否则(NDI not toggled)表示当前传输是同一个TB的重传。

RV:Redundancy Version的缩写。用于指示传输所使用的冗余版本,其取值范围为0~3。

MCS:Modulation and CodingScheme的缩写。DCI使用5比特的MCSindex(031)来指示当前传输所使用的调制和编码样式,并影响到TBS的选择。MCS共计32种组合,其中3种组合(索引为2931)是预留的,且这3种组合只用于重传。

同步/异步、自适应/非自适应

HARQ协议在时域上分为同步(synchronous)和异步(asynchronous)两类;在频域上分为自适应(adaptive)和非自适应(non-adaptive)两类。

异步HARQ(asynchronousHARQ)意味着重传可以发生在任一时刻,也意味着能以任意顺序使用HARQ process。同步HARQ(synchronousHARQ)意味着重传只能在前一次传输之后的固定时刻发送,也意味着某个特定的子帧,只能使用某个特定的HARQ process。

同步HARQ的好处在于HARQprocess号可以直接从系统帧号/子帧号中推导出来,而无需显式地发送HARQ process number;异步HARQ的好处在于重传调度更加灵活。

自适应HARQ(adaptiveHARQ)意味着可以改变重传所使用的PRB资源以及MCS。非自适应HARQ(non-adaptiveHARQ)意味着重传必须与前一次传输(新传或前一次重传)使用相同的PRB资源和MCS。

在LTE中,下行使用异步、自适应HARQ;上行使用同步HARQ,但重传可以是自适应的,也可以是非自适应的。但是在5G中,上行HARQ机制与下行相同,均为异步HARQ。

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