LTE& NR ARQ

参考文档：

https://www.bilibili.com/video/BV1yv411y75N/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a624c4a1aea4b867c580cc82f03c1745  HARQ
https://www.bilibili.com/video/BV1sT4y1N7AP/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a624c4a1aea4b867c580cc82f03c1745  HARQ
https://www.bilibili.com/video/BV1HK411G76n/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click&vd_source=a624c4a1aea4b867c580cc82f03c1745
https://blog.csdn.net/weixin_44510906/article/details/113812259
https://www.zhihu.com/zvideo/1398535777568055296
https://wenku.baidu.com/view/f77856966edb6f1aff001fcb.html?fr=aladdin664466&ind=4

  youtube  一些视频
 

前言：

    

      HARQ  是MAC 层使用的一种重传技术，主要包括 FEC+ARQ

      ARQ 是RLC 层使用的一种重传技术，虽然也是重传，但是其和HARQ 重传的内容不一样

  

    这篇重点讲一下三ARQ 技术

关键字：

   HARQ：Hybrid Automatic RepeatRequest 混合自动重传请求。

   ARQ ：Automatic Repeat  Request

   FEC: Forward Error correction

   ack: acknowledgements

目录

1.    RLC 层简介
2.    RLC数据传输模式
3.    RLC重新排序( PDU reordering)   
4.    RLC  ARQ 
5.    几个简单例子

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一 RLC 层简介

    

  1.1  RLC 层主要功能

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 1.2 entitly 分类

    TM  entitly：

         透传（BCCH|PCCH|CCCH

   UM  entitly

         The UM can be configured for DL/UL DTCH and UL CCCH logical channels.

 实现RLC 所有的功能除了重传以及重新分段

发送的时候,RLC SDU 先分段,连接. 加上一个头，头主要包括 Sequence number, length indicator, 

接收的时候，把头再去掉

 AM entitly

 

传输AM实体时，执行以下操作：

■ 传输缓冲器中的SDU被分段或级联。

■ 在每个PDU添加RLC报头

■ RLC PDU也被放置在重传缓冲器中用于重传。

■ 当收到ACK时,来自重传缓冲器的数据被清除。

■ 在NACK接收中，发送实体调度重传。

■ 在重传期间可以进行重新分段,并且每个分段可以作为单独的PDU传输。

接收AM实体时，执行以下操作：

■ 接收到的RLC PDU累积在AM缓冲器中并执行重新排序,并将完整的SDU传递给上层

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 二  RLC数据传输模式

    

      2.1  TM data transfer

       TM模式中:

       RLC层充当缓冲器,仅向较低层传输SDU,无需修改。类似地，当从较低层接收到新的PDU时，它将相同的PDU发送到较高层而不进行修改。TM模式下不发生重传

      2.2 UM data transfer mode

         

       在UM中，数据不需要来自另一方的任何接收ACK|NACK响应。

      发射机端UM模式的功能包括:  分段、级联和添加UM报头。

      接收机端UM模式的功能:

        包括重新排序、RLC报头移除和RLC SDU重新组装。由于HARQ重传而接收的PDU可能出现故障，因为它们使用序列号重新排序。UM模式下没有重传。

   2.3 AM data transfer mode

         主要概念： ACK|NACK, 轮询，RLC窗口

    发送机

           对上层的数据执行 分段|级联后，添加Header(SN,length),再创建一个副本放在重传缓冲器。如果RLC获得NACK或在一定时间内未从另一方获得任何响应，则重传缓冲器中的RLC分组（也称为RLC PDU）将再次传输。如果RLC获得ACK，则丢弃重传缓冲区中的那些。

          RLC AM发送实体将控制PDU的发送优先于数据PDU，并且将数据PDU的重传优先于新PDU的传输。在重传过程中，如果完整的PDU能够适应所通告的大小，则会重传PDU。否则，执行重新分段；单个PDU被划分为多个PDU段，每个段具有RLC报头，并被发送。

     接收机:

          重新排序、删除RLC报头、RLC SDU重组和发送状态PDU。由于接收到的PDU由于HARQ和ARQ级重传而出现故障，因此执行重新排序并将最终SDU发送到上层。发送状态PDU以指示PDU是在接收机侧被正确接收还是丢失。

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三 RLC重新排序( PDU reordering)   

      3.1 UM  数据传输例子

      

3.2 AM 例子

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 四  RLC  ARQ 

     4.1 ARQ  程序

        自动重复请求（ARQ）也称为自动重复查询，是一种用于数据传输的错误控制方法，其使用确认（ACK|NACK）和超时（在接收到确认之前允许经过的指定时间段）来在不可靠的服务上实现可靠的数据传输。如果发送方在超时之前没有收到确认,它通常会重新发送帧/数据包，直到发送方收到确认或超过预定义的重传次数。当发送侧RLC实体开始轮询过程时，RLC中的ARQ进程启动。

 4.2 ARQ procedures – polling

轮询过程触发来自接收侧AM RLC实体的STATUS报告。发送侧AM RLC实体在以下条件下启动轮询过程：

■ AMD PDU数量>=轮询PDU

■ AMD PDU数据的字节数>=pollByte

■ 传输和重传缓冲器都变空

■ 无法传输新的RLC数据PDU

■ 当发送AM RLC实体轮询其对等接收AM RLC时，RLC PDU报头的P字段设置为1

注：pollPDU和pollByte由上层配置。

4.3 ARQ procedures – status reporting

STATUS PDU向对等实体提供RLC PDU或PDU段的ACK或NACK。RRC配置状态禁止功能是否用于AM RLC实体。状态PDU可在以下情况下触发：

■ 接收到来自对等实体的轮询。

■ 检测RLC数据PDU的接收失败（t-重新排序定时器到期）

■ 计时器t-StatusProhibit

■ 当t-StatusProhibit计时器正在运行时，STATUS PDU无法发送到下层。

■ 当STATUS PDU被发送到低层时，t-StatusProhibit被重新启动。

■ t-StatusProhibit由上层配置。

4.4 ARQ procedures – retransmission

     ACK_SN:

     当发送侧RLC AM实体仅接收到具有ACK_SN的STATUS PDU时，它假设接收侧RLC已接收到SN

    例如，如果接收到ACK_SN＝4 的STATUS PDU。这表示接收侧已正确接收到序列号为3的PDU。现在可以从发送侧重传缓冲器中删除这些PDU。

    NACK:

     收到这个需要重传PDU，直到达到最大重发阈值

     AMD PDU的NACK可通过以下方式接收：

        ■ 来自对等方的PDU状态

        ■ 传输MAC的HARQ传递失败

        ■ 在接收到NACK时，如果PDU的SN落在传输窗口内，它将考虑为其接收NACK的PDU进行重传

    具有分段的AMD PDU的重传中，如果要重传的AMD PDU不符合在特定传输机会下由低层指示的RLC PDU的总大小，RLC可以对AMD PDU进行分段。

     在分段AMD PDU的重传中，如果要重传的AMD PDU段的一部分不符合特定传输机会下RLC PDU的总大小，RLC可以对AMD PDU-段部分进行重传。

     当形成新的PDU段时，只有原始PDU的数据字段映射到新的PDU段，并相应地设置header

 

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五  几个简单例子

     5.1 分段例子：

             

       小数据传输为什么更容易成功： 墨菲定律

       假设传输100 bits,  以及50bit两种方案 。每个Bit 成功的概率为99%，失败的概率为1%

        整个PDU成功的概率为

AMD PDU format-

----------发送方----------------

Header 标志位含义

       D/C-Data Control：

              1bit  Indicates whether PDU is data or control data

      RF-Resegmentation Flag:

                1bit:  indicates whether PDU is AMD 

      P- Polling

                1bit:  Indicates whether or not transmitting side is requesting acknowledgement of reception

    LSF- Last Segment Flag

               Indicates whether last byte of AMD PDU segment corresponds to last byte of AMD PDU

   SO-Segment offset 

         15bits: indicates position of AMD PDU Segemnt within original AMD PDU

-------------Status PDU format------------- 接收方回复ACK|NACK

ACK_SN:

         Indicates SN of next not-received RLC PDU ,which is not reported as missing in status PDU

 

SOstart- Segment offset start 

         Indicates position of first byte of AMD PDU segment within data field of AMD PDU

CPT- Control PDU Type

      Indicates type of RLC control PDU

nack_SN:

        Indicates SN of AMD PDU that has losted ast receving side

  SOend 

      Indicates position of last byte of AMD PDU segment within data field of AMD PDU

   

5.2 : Basic Poll Bit Handle

         上行发送的pdu:

          sn=x, poll bit =1(0 不反馈,1反馈）

         基站反馈

          ACK(SN=x+1)

          不反馈可能基站侧CRC校验出错

    5.3  RLC PDU with other SN can be transmitted while waitting for ACK|NACK

                 

        同时发送多个bit

        一个NACK包含多个SN,需要重传

   4.3 Retransmission due to t-poll Retransmit  timeout

 上行发送PDU, 超时后，还没有收到网络侧的ACK

,则重发该SN

5.4  LTE 例子

  上行发送SN=731,P=1的PDU

 

网络侧回复 ACK_SN=732

 

     ACK_SN=449

   备注： 这里面即使传输成功,依然会有一定概率是错误的，循环码的检错能力是由码距决定的。

后面应用层依然需要进行CRC 校验

在吞吐量测试的时候，我们可以通过NACK NUM 以及 RB cfg Idx 看到其对吞吐量的影响

 NR

   UE 上行发送SN1891,希望网络侧回复1892的ACK_SN

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