宽带通信HARQ技术介绍

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1、混合自动请求重传HARQ 混合自动重传请求（ HARQ）技术 AMC 能够提供粗略数据速率选择，而HARQ 基于信道条件可以提供精确的 速率调整。 AMC 根据 UE 测量的或者网络端决定的信道条件来选择一个适当的 调制编码方式 MCS。要最大限度的提高系统容量，需要一个准确的测量，还要 去除时延的影响。HARQ 能够自动的适应瞬间信道条件并且不太受测量差错和时 延的影响。将 AMC 和 HARQ 联合使用会得到更好的效果，AMC 提供较粗的数 据速率选择，而 HARQ 则提供基于信道条件的细微的数据速率调整。 HARQ 系统就是在 ARQ 系统中引入了前向纠错码FEC， 该 FEC 可以用来

2、纠 正传输过程中的数据差错，即如果错误在FEC 的纠错范围内，那么FEC 就进行 纠错，如果超出了其纠错范围， 那么就要请求重传。 因此该方案既增加了系统的 可靠性又提高了系统的传输效率。 关于三种 HARQ 方式原理的说明。 RLC ARQ 模式就属于第一类 HARQ。 是在基本的第一类 HARQ 中加有 CRC， 采用前向纠错 FEC 编码。在接收端对FEC 编码进行解码，并对数据分组的数据 进行校验。如果发现有错误，则要求数据分组重传，并将错误的数据分组丢弃。 重传采用与第一次传输相同的编码。 在 TD-HSDPA 中 HARQ 使用的是第二类 HARQ 和第三类 HARQ 。 HARQ

3、 有两种主要的工作机制：第一种是选择重传（SR，Selective Repeat ） 方式，第二种是等待停止（SAW，Stop and Wait）方式。在 TD-SCDMA 系统下 的 HSDPA 使用的是 SAW 方式。在 SAW 方式下，发端发送数据后便开始等待， 编码正确的确认信息长为一个比特，同时序列号长为一个比特也足够了。这种操 作模式会导致信道利用率的下降， 因为在发端等待响应的这个时间段内没有任何 信息块传输。为了克服SAW 信道利用率的这个缺点，于是就提出了双重信道 （Dual channel）HARQ，该方案采用了并行等停协议，即在并行信道上运行两 套不同的 ARQ 协议。

4、现在，分析为什么要采用这种重传机制。如前所述，对HSDPA 最重要的应 用是高速数据业务，所以要求较低延时（可以略高于语音业务）和低的误码率。 TCP 是广泛采用并能很好解决可靠传输的协议，但TCP协议的设计主要基于有 线网络，无线信道的条件远差于有线信道，这就需要有其他协议来补充TCP 的 不足。最好的方法就是在TCP 定时到达之前恢复错误，也就是说在TCP 的下层 采用适当的方法保证一定的可靠度。RLC 层的 ARQ 就起到类似的作用， RLC 帧 小于 TCP 分段，这样就能在 TCP 之前更有效的保证可靠度。这也就是为什么采 用重传机制的理由。 但是 HSDPA 的重传机制设计是放在M

5、AC 层。这主要有两个原因：第一， 减小时延。 RLC 的往返时间（ RTT，Round Trip Time）时延大约是 80100ms， 如果移动台的衰落比较严重，信道条件比较恶劣的时候，这个时间还是太大了。 而 MAC 层的时延要远小于RLC 层，而且避免了 Iub 接口的时延。 这样重传机制 在 MAC 层就可以快速的反馈。 另外，可以保证在任何时刻UE 只接收一个 Node B 的数据，当移动台发生切换时，只需要简单的和新建立连接的Node B 执行 HARQ 机制。 HARQ 技术的实现需要UE 和 Node B 两端的物理层和 MAC 层紧 密结合。自适应调制编码AMC 技术无线信

6、道的一个很重要的特点就是具有很强的时变性，短时间的瑞利衰落可以达到十几个甚至几十个dB。对这种时变特性进行自适应跟踪会给系统性能的改善带来很大的好处。链路自适应技术可以有很多方法，如功率控制和AMC 等。 HSDPA 就是在原有系统固定调制和编码方案的基础上，引入更多编码率和16QAM 调制， 使得系统能够通过改变编码方式和调制阶数对链路变化进行自适应跟踪。TD-SCDMA系统中的AMC 主要有两个优点：（1）处于有利位置的用户可以得到更高的数据速率，提高小区平均吞吐量。（2）链路自适应技术通过使用不同的高阶调制方案来代替原来改变发射功率的方案，从而可以大大减少干扰。AMC 的这种自适应操作过

7、程可以简单描述如下：（1）终端 UE 接收下行高速共享控制信道HS-SCCH 消息，指示下一个高速下行共享信道 HS-DSCH 传输的资源分配情况。（2）UE 进行相应的信道测量，这个测量可以通过相应的导频信道获得。（3）根据 HS-DSCH 资源分配情况和测量结果，UE 产生一个信道质量指示CQI，并在相应上行高速共享信息信道HS-SICH 上报给 Node B。这个 CQI 包括 UE建议的传输块大小和调制格式。（4）Node B 的高层根据UE 的 CQI 报告，选择合适的传输格式。（5）Node B 在下行控制信道HS-SCCH 上携带 UE 的控制信息， 并在分配的HS-DSCH T

8、TI上采用相应的传输格式发送给UE。混合自动请求重传为了克服无线移动信道时变和多径衰落对信号传输的影响，WiMAX 可以采用基于前向纠错(Forward Error Correction，FEC)和自动重传请求(Automatic Repeat Request， ARQ)等差错控制方法，来降低系统的误码率以确保服务质量。虽然 FEC方案产生的时延较小，但存在的编码冗余却降低了系统吞吐量；ARQ在误码率不大时可以得到理想的吞吐量，但产生的时延较大， 不宜于提供实时服务。为了克服两者的缺点，将这两种方法结合就产生了混合自动重传请求 (HARQ)方案：即在一个ARQ系统中包含一个FEC子系统， 当

9、FEC的纠错能力可以纠正这些错误时，则不需要使用ARQ ；只有当 FEC无法正常纠错时，才通过ARQ反馈信道请求重发错误码组。ARQ和 FEC的有效结合不仅提供了比单独的FEC系统更高的可靠性，而且提供了比单独的 ARQ系统更高的系统吞吐量。因此， 随着对高数据率或高可靠业务需求的迅速发展，HARQ成为无线通信系统中的一项关键技术并得到了深入的研究，并必将应用于 WiMAX系HARQ （Hybrid-ARQ）混合自动重传请求HARQ 系统就是在 ARQ 系统中引入了前向纠错码FEC ， 该 FEC可以用来纠正传 输过程中的数据差错，即如果错误在FEC的纠错范围内，那么FEC就进行纠错， 如果超

10、出了其纠错范围，那么就要请求重传。 HARQ 的可行性部分受限于发送端和接收端对分组的缓冲能力，因此选择合 适的 HARQ 协议很重要。三种标准的 HARQ 协议为停等协议（Stop-and-Wait ， SAW ） 、回退 N步协议（Go-Back-N，GBN ）和选择性重传协议 （Selective-Repeat，SR ）。 （1）停等协议 (Stop and Wait):发送端每发送一个数据分组包就暂时停下来， 等待接收端的确认信息。当数据包到达接收端时，对其进行检错，若接收正确， 返回确认（ ACK ）信号，错误则返回不确认（ NACK ）信号。当发端收到 ACK信号， 就发送新的数据

11、， 否则重新发送上次传输的数据包。而在等待确认信息期间， 信 道是空闲的， 不发送任何数据。 这种方法由于收发双方在同一时间内仅对同一个 数据包进行操作， 因此实现起来比较简单， 相应的信令开销小， 收端的缓存容量 要求低。但是由于在等待确认信号的过程中不发送数据，导致太多资源被浪费， 尤其是当信道传输时延很大时。因此，停等协议造成通信信道的利用率不高，系 统的吞吐量较低。 （2）后退 N步协议: 在采用后退 N步 HARQ 协议的传输系统中， 发送端发送完一个数据分组后， 并不停下来等待确认信息， 而是连续发送若干个 数据分组信息。接收端将每个数据包相应的ACK或 NACK信息反馈回发送端，

12、同 时发送回的还有数据包分组号。当接收到一个NACK 信号时，发送端就重新发送 包括错误数据的 N个数据包。接收端只需按序接收数据包， 在接收到错误数据包 后即使又接收到正确的数据包后还是必须将正确的数据包丢弃，并重新发送确认 信息。（ 3）选择重发协议 : 基于窗口的 SR是一种被许多系统采用的HARQ 协议， 包括 RLCR99 （也称 R3版本，是 3GPP 目前最成熟、最稳定的版本）。为了进一 步提高信道的利用率， 选择重发协议只重传出现差错的数据包，但是此时收端不 再按序接收数据分组信息， 那么在收端则需要相当容量的缓存空间来存储已经成 功译码但还没能按序输出的分组。同时收端在组合数

13、据包前必须知道序列号，因 此，序列号要和数据分别编码， 而且序列号需要更可靠的编码以克服任何时候出 现在数据里的错误，这样就增加了对信令的要求。HARQ 基本类型HARQ 技术综合了FEC与 ARQ的优点，是FEC和 ARQ相结合的一种纠错方法。在 HARQ中，发端会发送具有一定冗余信息的数据，接收端首先进行FEC ，如果依然不能正确解调，则要求发端重新发送数据。因此，HARQ 避免了 FEC需要复杂的译码设备和 ARQ方式信息连贯性差的缺点，并能使整个系统误码率很低。HARQ 技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效编码速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。将自动重传请求协议与转发误

14、差纠正组合起来，可生成 3 种混合自动重传请求机制，包括HARQ-I型、 HARQ- 型和 HARQ- 型等。HARQ 的工作原理HARQ 是指接收方在解码失败的情况下，保存接收到的数据，并要求发送方重传数据，接收方将重传的数据和先前接收到的数据在解码之前进行组合。HARQ 技术可以提高系统性能，并可灵活地调整有效码元速率，还可以补偿由于采用链路适配所带来的误码。HARQ 技术属于差错控制技术的一种。差错控制技术的目的在于提高信号的传输质量，保证信息可靠性，除了HARQ 外，还有两种主要的方式：前向纠错(FEC)和检错加自动重传(ARQ)。FEC技术根据接收数据中冗余信息来进行纠错，特点是“只

15、纠不传”。ARQ技术依靠错码检测和重发请求来保证信号质量，特点是“只传不纠”。如果在一个TTI(Transmission Time Interval，传输时间间隔 ) 内的数据解码发生错误，那么重传操作会在后面几个传输时间间隔时段内执行。一旦数据被重传，用户设备将对先前版本的数据和当前重传的数据进行组合，这极大地提高了重传成功的几率。直到数据成功解码或达到了预先定义的最大尝试次数，重传操作才会结束。HARQ 也是一种链路自适应的技术。在 AMC 中， 采用显式的CI(CarrierInterference，载波干扰 ) 测量来设定调制编码的格式；而在HARQ 中，链路层的信息用于进行重传判决。

16、终端通过HARQ 机制快速请求基站重传错误的数据块，以减轻链路层快速调整导致的数据错误带来的影响。 终端在收到数据块后5ms内向基站报告数据正确解码或出现错误。终端在收到基站重传数据后，在进行解码时， 结合前次传输的数据块以及重传的数据块，充分利用它们携带的相关信息，以提高译码概率。基站在收到终端的重传请求时，根据错误情况以及终端的存储空间， 控制重传相同的编码数据或不同的编码数据( 进一步增加信息冗余度) ，以帮助提高终端纠错能力。happylily关于本词条的评论（共0 条）： 查看评论 HARQ-I 型HARQ-I 型是传统的HARQ 方案，重传的内容与初次发送时相同，这种方式又被称之为Chase合并 (Chase Combining ，CC)或软合并。 Chase 合并算法是 Chase 博士在 1985 年提出的，发送方每次都发送整个完整的编码码字，接收端将每次收到的数据包与之前收到的所有数据包进行 Chase合并，组合成一个具有更强纠错能力的码字，从而实现增量冗余的目的。Chase合并的策略是发送有相同编码的数据组，然后在接收端可以将这些多个重发信息进行