Hybrid Automatic Repeat ReQuest (HARQ) to kluczowy mechanizm w sieci 5G, który odgrywa fundamentalną rolę w zapewnieniu niezawodnej i wolnej od błędów transmisji danych za pośrednictwem interfejsu radiowego. HARQ został zaprojektowany w celu poprawy wydajności i solidności komunikacji poprzez połączenie zarówno automatycznego żądania powtórzenia (ARQ), jak i kodowania z korekcją błędów. Oto szczegółowe wyjaśnienie procesu HARQ w 5G:
- Cel HARQ:
- Głównym celem HARQ jest eliminowanie błędów, które mogą wystąpić podczas transmisji danych kanałem bezprzewodowym. Kanał radiowy podlega różnym zakłóceniom, takim jak zanik, zakłócenia i szumy, co prowadzi do sporadycznych uszkodzeń przesyłanych danych. HARQ ma na celu odzyskanie tych błędów i zwiększenie ogólnej niezawodności łącza komunikacyjnego.
- Podejście hybrydowe – połączenie ARQ i FEC:
- HARQ przyjmuje podejście hybrydowe, łącząc zasady ARQ i korekcji błędów w przód (FEC). Pozwala to na korektę błędów zarówno po stronie nadawcy (nadajnika), jak i odbiorcy, zwiększając prawdopodobieństwo pomyślnej transmisji danych.
- Transmisja bloków danych:
- Dane, które mają zostać przesłane, są podzielone na mniejsze bloki, zwane blokami transportowymi. Te bloki transportowe są następnie kodowane przy użyciu schematu kodowania w celu zwiększenia redundancji, umożliwiając wykrywanie i korektę błędów.
- Początkowa transmisja (nowa transmisja):
- Początkowa transmisja polega na wysłaniu bloków transportowych z nadajnika do odbiornika. Jeśli odbiorca pomyślnie odbierze i zdekoduje bloki bez błędów, proces kończy się, a dane uznaje się za dostarczone.
- Potwierdzenie (ACK) i potwierdzenie negatywne (NACK):
- Po odebraniu danych odbiornik wysyła potwierdzenie (ACK) do nadajnika, jeśli dekodowanie zakończyło się pomyślnie. W przypadku wykrycia błędów odbiornik wysyła negatywne potwierdzenie (NACK), wskazując, że niektóre lub wszystkie bloki danych są uszkodzone.
- Retransmisja (proces ARQ):
- W przypadku NACK nadajnik retransmituje te same bloki danych, zapewniając odbiornikowi kolejną szansę na pomyślne odebranie i zdekodowanie informacji. Ta retransmisja jest klasycznym procesem ARQ.
- Łączenie FEC i ARQ:
- Retransmitowane dane mogą w dalszym ciągu zawierać błędy lub mogą pojawić się nowe błędy. Aby usprawnić odzyskiwanie błędów, do retransmitowanych danych stosowana jest technologia FEC, dodając dodatkową warstwę ochrony wykraczającą poza oryginalne kodowanie.
- Miękkie łączenie i przyrostowa redundancja:
- HARQ wprowadza koncepcje takie jak miękkie łączenie i przyrostowa redundancja, aby jeszcze bardziej zwiększyć szanse na pomyślne odzyskanie błędów. Miękkie łączenie polega na łączeniu informacji z wielu prób transmisji, a przyrostowa redundancja pozwala na wysyłanie dodatkowych informacji o parzystości podczas retransmisji.
- Uwagi dotyczące czasu podróży w obie strony (RTT):
- Na efektywność HARQ wpływa czas podróży w obie strony (RTT) pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Krótszy czas RTT pozwala na szybszą informację zwrotną, umożliwiając szybszą retransmisję i zmniejszając wpływ zmian kanałów.
- Adaptacyjna modulacja i kodowanie (AMC):
- HARQ jest często zintegrowany z adaptacyjną modulacją i kodowaniem (AMC), gdzie schemat modulacji i kodowania można dynamicznie dostosowywać w oparciu o warunki kanału. Ta zdolność adaptacji poprawia ogólną wydajność systemu.
- Łączenie z wieloma antenami (MIMO):
- HARQ można dodatkowo ulepszyć w połączeniu z technikami MIMO (Multiple Output Multiple Output), wykorzystując różnorodność przestrzenną w celu zwiększenia szans na pomyślną transmisję danych.
Podsumowując, proces HARQ w 5G to dynamiczny i adaptacyjny mechanizm, który łączy ARQ i FEC w celu adresowania błędów w kanale komunikacji bezprzewodowej. Odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu niezawodnej i niezawodnej transmisji danych, przyczyniając się do ogólnej wydajności i jakości usług w sieciach 5G.