Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) ist ein entscheidender Mechanismus in 5G, der eine grundlegende Rolle bei der Gewährleistung einer zuverlässigen und fehlerfreien Datenübertragung über die Funkschnittstelle spielt. HARQ wurde entwickelt, um die Effizienz und Robustheit der Kommunikation zu verbessern, indem es sowohl ARQ (Automatic Repeat ReQuest) als auch Fehlerkorrekturcodierung kombiniert. Hier finden Sie eine detaillierte Erklärung des HARQ-Prozesses in 5G:
- Zweck von HARQ:
- Der Hauptzweck von HARQ besteht darin, Fehler zu beheben, die bei der Übertragung von Daten über den drahtlosen Kanal auftreten können. Der Funkkanal unterliegt verschiedenen Beeinträchtigungen wie Fading, Interferenzen und Rauschen, die gelegentlich zu einer Verfälschung der übertragenen Daten führen. HARQ zielt darauf ab, diese Fehler zu beheben und die Gesamtzuverlässigkeit der Kommunikationsverbindung zu verbessern.
- Hybrider Ansatz – Kombination von ARQ und FEC:
- HARQ verfolgt einen hybriden Ansatz, indem es die Prinzipien von ARQ und Forward Error Correction (FEC) kombiniert. Dies ermöglicht die Korrektur von Fehlern sowohl auf der Sender- (Sender-) als auch auf der Empfängerseite und erhöht so die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Datenübertragung.
- Übertragung von Datenblöcken:
- Die zu übertragenden Daten werden in kleinere Blöcke, sogenannte Transportblöcke, aufgeteilt. Diese Transportblöcke werden dann mithilfe eines Codierungsschemas codiert, um Redundanz hinzuzufügen und Fehlererkennung und -korrektur zu ermöglichen.
- Erstübermittlung (Neuübermittlung):
- Bei der ersten Übertragung werden die Transportblöcke vom Sender zum Empfänger gesendet. Wenn der Empfänger die Blöcke erfolgreich und fehlerfrei empfängt und dekodiert, endet der Prozess und die Daten gelten als zugestellt.
- Bestätigung (ACK) und negative Bestätigung (NACK):
- Beim Empfang der Daten sendet der Empfänger eine Bestätigung (ACK) an den Sender, wenn die Dekodierung erfolgreich war. Wenn Fehler erkannt werden, sendet der Empfänger eine negative Bestätigung (NACK), die anzeigt, dass einige oder alle Datenblöcke beschädigt sind.
- Neuübertragung (ARQ-Prozess):
- Im Falle eines NACK überträgt der Sender dieselben Datenblöcke erneut und bietet dem Empfänger eine weitere Möglichkeit, die Informationen erfolgreich zu empfangen und zu dekodieren. Bei dieser Neuübertragung handelt es sich um einen klassischen ARQ-Prozess.
- Kombination von FEC und ARQ:
- Die erneut übertragenen Daten können weiterhin Fehler enthalten oder es können neue Fehler auftreten. Um die Fehlerbehebung zu verbessern, wird FEC auf die erneut übertragenen Daten angewendet und fügt so über die ursprüngliche Codierung hinaus eine zusätzliche Schutzschicht hinzu.
- Soft Combining und inkrementelle Redundanz:
- HARQ führt Konzepte wie Soft-Combining und inkrementelle Redundanz ein, um die Chancen einer erfolgreichen Fehlerbehebung weiter zu verbessern. Beim Soft-Combining werden die Informationen aus mehreren Übertragungsversuchen kombiniert, und die inkrementelle Redundanz ermöglicht das Senden zusätzlicher Paritätsinformationen bei erneuten Übertragungen.
- Überlegungen zur Round Trip Time (RTT):
- Die Effizienz von HARQ wird durch die Umlaufzeit (RTT) zwischen Sender und Empfänger beeinflusst. Eine kürzere RTT ermöglicht eine schnellere Rückmeldung, ermöglicht schnellere Neuübertragungen und reduziert die Auswirkungen von Kanalschwankungen.
- Adaptive Modulation und Codierung (AMC):
- HARQ wird oft in Adaptive Modulation and Coding (AMC) integriert, wobei das Modulations- und Codierungsschema dynamisch an die Kanalbedingungen angepasst werden kann. Diese Anpassungsfähigkeit verbessert die Gesamtsystemeffizienz.
- Kombination mit mehreren Antennen (MIMO):
- HARQ kann in Kombination mit MIMO-Techniken (Multiple Input Multiple Output) weiter verbessert werden, wodurch die räumliche Vielfalt genutzt wird, um die Chancen einer erfolgreichen Datenübertragung zu verbessern.
Zusammenfassend ist der HARQ-Prozess in 5G ein dynamischer und adaptiver Mechanismus, der ARQ und FEC kombiniert, um Fehler im drahtlosen Kommunikationskanal zu beheben. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Erzielung einer zuverlässigen und robusten Datenübertragung und trägt zur Gesamtleistung und Servicequalität in 5G-Netzwerken bei.