Dạng đơn giản nhất của ARQ lai ghép được đề xuất bởi Chase vào năm 1985. Sự kết hợp của Chase bao gồm việc phát lại của máy phát với cùng gói dữ liệu được mã hóa. Bộ giải mã tại phía thu kết hợp nhiều bản sao của gói phát này. Một dạng khác của kết hợp ARQ lai ghép được gọi là dư thừa gia tăng. Trong kỹ thuật này, thay vì gửi các lặp lại đơn giản của gói dữ liệu được mã hóa, các gói chẵn lẻ (parity) lũy tiến được phát trong mỗi lần phát gói sau đó. Bộ giải mã sau đó kết hợp tất cả các lần phát và giải mã gói tại một tốc độ mã thấp hơn. Hai kỹ thuật này đã được nghiên cứu rộng rãi và được nhất trí là dư thừa gia tăng có thể cung cấp hiệu năng cao hơn vì độ lợi mã hóa tại các lần phát lại. Tuy nhiên, độ lợi này đến với cái giá là độ phức tạp UE tăng lên vì bộ đệm yêu cầu trong trường hợp dư thừa gia tăng cao hơn trong trường hợp kết hợp của Chase. Đó là vì các phát lại dư thừa trong trường hợp của dư thừa gia tăng cần được đệm riêng biệt. Trong trường hợp của kết hợp Chase, đầu ra được kết hợp sau khi nhận mỗi phát lại có thể được lưu trữ và do đó một số lượng lớn lần phát lại là không có nghĩa là cần đệm lớn hơn.
Hệ thống LTE hỗ trợ cả kết hợp Chase và dư thừa gia tăng bằng cách đưa ra khái niệm giới hạn đệm mềm ARQ lai ghép.
Trong hệ thống LTE, các tài nguyên thời gian-tần số có thể được cấp phát hoặc theo kiểu liên tục hoặc không liên tục. Cấp phát liên tục được dùng cho các ứng dụng với các gói đến đều đặn như trường hợp ứng dụng VoIP. Trong cấp phát liên tục, các tài nguyên thời gian – tần số trên nhiều chu kỳ khung con được cấp phát tới một UE theo kiểu gần như tĩnh. Trong lập biểu gói độ nhạy của kênh động, các tài nguyên được cấp phát trên cơ sở một khung con với một bản tin lập biểu được gửi với mọi trường hỗ trợ đường lên hay đường xuống. Trường hỗ trợ lập biểu mang nhiều loại trường điều khiển như chỉ ra trong hình 3.17. UE ID chỉ ra UE (hoặc nhóm các UE) trong đó định phát dữ liệu. Chỉ số dữ liệu mới (NDI) được dùng để chỉ ra liệu một khối con thuộc về một lần phát gói mới hay phát lại một gói trước đó. Trường ấn định tài nguyên chỉ ra đơn vị tài nguyên thời gian – tần số nào được cấp tới UE. Trường điều chế chỉ ra một trong các phương pháp điều chế được hỗ trợ như QPSK, 16-QAM hoặc 64-QAM. Kích thước tải trọng hay kích thước khối truyền tải cung cấp thông tin về kích thước khối thông tin. Thông tin này có thể được nhận từ chỉ số điều chế và mã hóa và số các khối tài nguyên được cấp phát. Thông tin ARQ lai ghép bao gồm số xử lý của ARQ lai ghép, phiên bản dư thừa và chỉ số dữ liệu mới. Thông tin điều khiển MIMO bao gồm thông tin về hạng phát và tiền mã hóa, v.v…
UE ID NDI Ấn định tài
nguyên Trọng tải Điều chế
Thông tin HARQ
Thông tin MIMO
Hình 3.17 Nội dung bản tin điều khiển hỗ trợ lập biểu
3.3.5 Định thời và thích ứng ARQ lai ghép
Dựa trên định thời và thích ứng phát lại, các kỹ thuật ARQ lai có thể được phân loại thành bốn dạng có tên là đồng bộ không thích ứng, đồng bộ thích ứng, không đồng bộ không thích ứng và thích ứng không đồng bộ như được chỉ ra trong hình 3.18. Định thời đồng bộ có nghĩa là các phát lại diễn ra tại những khoảng thời gian cố định liên quan đến phát ban đầu. Trong trường hợp định thời không đồng bộ, tương tự với phát ban đầu, các phát lại có thể được lập biểu bất kỳ lúc nào sau khi một tín hiệu NACK nhận được. Trong trường hợp không thích ứng, cấp phát tài nguyên tần số, MCS và định dạng MIMO, v.v… giống như phát ban đầu. Với HARQ thích ứng, một hoặc nhiều hơn các thông số phát lại như cấp phát tài nguyên tần số, MCS và định dạng MIMO, v.v… có thể khác với phát ban đầu.
Hình 3.18 Phân loại HARQ dựa trên định thời và thích ứng
Hình 3.19 HARQ đồng bộ không thích ứng
Một ví dụ của giao thức ARQ lai ghép đồng bộ không thích ứng dừng-và-chờ N- kênh được mô tả trong hình 3.19 đối với trường hợp N = 8. Trong trường hợp một giao thức HARQ đồng bộ, các phát lại xảy ra tại những khoảng thời gian cố định liên quan đến phát ban đầu. Với N = 8, nếu khối con (SB) đầu tiên được phát trong khung con thời gian #0, nỗ lực phát lại đầu tiên chỉ có thể diễn ra trong khung con #8 và tương tự phát lại thứ hai trong khung con #16 như chỉ ra trong hình 3.19. Một trong những lợi ích của HARQ đồng bộ không thích ứng đó là thông tin điều khiển chỉ cần được phát theo khung con thứ nhất. Thông tin điều khiển không được phát với các khối con phát lại vì định thời được định trước. Tuy nhiên, một hạn chế chính của HARQ đồng bộ không thích ứng đó là các khối con phát lại không thể được lập biểu tại các tài nguyên thời gian-tần số trải qua các điều kiện kênh tốt tại các thời điểm phát lại. Hơn nữa,
điều kiện kênh thông thường. Một hạn chế khác đó là các phát lại đồng bộ có khả năng dẫn đến các xung đột với các tài nguyên được cấp phát được cấp phát liên tục trong trường hợp đó hoặc phát lại đồng bộ hoặc phát liên tục phải gián đoạn.
Hình 3.20 HARQ đồng bộ thích ứng
Một giao thức ARQ lai ghép thích ứng đồng bộ trong hình 3.20 cho phép trao đổi cấp phát tài nguyên và thông tin MCS cho các phát lại. Tương tự với kỹ thuật ARQ lai ghép đồng bộ không thích ứng, định thời phát lại là cố định. Vì cấp phát tài nguyên, MCS và tiền mã hóa MIMO có thể thay đổi trong các phát lại, thông tin điều khiển mang các trường này được gửi với các phát lại. Lưu ý rằng trường UE ID không cần được mang với các phát lại vì thông tin này có thể thu được từ định thời phát lại. Kỹ thuật ARQ lai ghép thích ứng đồng bộ do đó cho phép lập biểu các phát lại tại các tài nguyên tần số trải qua các điều kiện kênh tốt tại các thời điểm phát lại và do đó thu lại được độ lợi lập biểu lựa chọn tần số. Thêm vào đó, các đụng độ tài nguyên với cấp phát liên tục có thể tránh được bằng cách lập biểu các phát lại quanh các tài nguyên được cấp phát liên tục.
Hình 3.21 HARQ không đồng bộ không thích ứng
biểu theo thời gian được chỉ ra trong hình 3.21. Trong trường hợp này, cấp phát tài nguyên, MCS và các định dạng MIMO giữ nguyên như phát ban đầu. Thông tin điều khiển mang UE ID, quá trình ARQ lai và phiên bản dư được mang với các phát lại. Lập biểu theo độ nhạy kênh miền thời gian có thể được thực hiện cho các phát lại vì các phát lại này có thể được lập biểu khi chất lượng kênh thông thường tốt. Các đụng độ tài nguyên với các cấp phát liên tục có thể tránh được bằng cách lập biểu các phát lại theo thời gian quanh các cấp phát liên tục. Hạn chế của kỹ thuật này là tính linh hoạt bị giới hạn vì cấp phát tài nguyên phát lại, MCS và các định dạng MIMO không thể được thích ứng.
Một kỹ thuật ARQ lai ghép thích ứng không đồng bộ cung cấp đầy đủ tính linh hoạt của việc thích ứng các phát lại vì nó xử lý các phát lại HARQ theo cùng cách như phát ban đầu như được chỉ trong hình 3.22. Do đó, định thời phát lại, cấp phát tài nguyên, MCS và các định dạng MIMO tất cả có thể được thích ứng theo các điều kiện tài nguyên kênh thông thường tại thời điêm phát lại. Tuy nhiên, một hạn chế chính của HARQ không đồng bộ và thích ứng đó là toàn bộ thông tin điều khiển cần được gửi theo phát lại. Lưu ý rằng thông tin điều khiển trong HARQ thích ứng không đồng bộ cần được phát lại cho dù định thời, cấp phát tài nguyên, MCS và các định dạng MIMO cho các phát lại không đổi so với lần phát đầu tiên. Đó là vì trong HARQ thích ứng không đồng bộ, phía thu chỉ cố gắng giải mã một gói khi nó nhận được thông tin điều khiển chỉ ra sự hiện diện của một lần phát.
Giữa tính linh hoạt và tiêu đề của các kỹ thuật HARQ khác nhau có một sự cân bằng. Kỹ thuật đồng bộ không thích ứng yêu cầu tiêu đề thấp nhất và cung cấp tính linh hoạt cao nhất. Mặt khác, kỹ thuật thích ứng không đồng bộ cung cấp tính linh hoạt cho các phát lại giống như phát lần đầu với cái giá là tiêu đề lớn nhất. Kỹ thuật thích ứng đồng bộ và kỹ thuật không thích ứng, không đồng bộ cung cấp tính linh hoạt ở mức nào đó như tránh được các đụng độ tài nguyên với các cấp phát liên tục và có tiêu đề ở mức trung gian. Tiêu đề của kỹ thuật thích ứng đồng bộ được cho rằng lớn hơn so với kỹ thuật thích ứng không đồng bộ (AA) vì cấp phát tài nguyên thường góp phần tạo nên gần như toàn bộ tiêu đề. Tuy nhiên, UE ID thường được mang như một phần của CRC ví dụ bằng cách mặt nạ CRC với UE ID. Do đó, tiêu đều yêu cầu cho kỹ thuật thích ứng đồng bộ chỉ nhỏ hơn toàn bộ tiêu đề trong kỹ thuật HARQ AA một chút.
3.3.6 Kỹ thuật ARQ lai ghép AA tiêu đề nhỏ
Lưu ý rằng thông tin điều khiển trong HARQ thích ứng không đồng bộ (AA) cần được phát cho dù định thời, cấp phát tài nguyên, MCS và các định dạng MIMO cho các phát lại là không đổi so với phát lần đầu. Một cách đơn giản để giảm tiêu đề đó là gửi thông tin điều khiển với điều kiện là một hoặc nhiều hơn định thời, cấp phát tài
phát thông tin điều khiển khi các khối con phát lại được gửi theo cách đồng bộ và không thích ứng. Tuy nhiên, khi các khối con phát lại cần được gửi theo cách không đồng bộ hoặc thích ứng, thông tin điều khiển phải đi cùng các khối con phát lại. Theo cách này, thông tin điều khiển chỉ được phát khi cần thiết.
Hình 3.23 Kỹ thuật HARQ thích ứng không đồng bộ tiêu đề nhỏ
Một ví dụ của kỹ thuật HARQ thích ứng không đồng bộ tiêu đề nhỏ được cho trong hình 3.23. Để minh họa, giả thiết RTT HARQ là 4 khung con và do đó một số lớn nhất là bốn tiến trình HARQ. Trong ví dụ này, khối con (SB) đầu tiên được phát trong khung con #0. Thông tin điều khiển luôn luôn được phát theo khối con đầu tiên. Tuy nhiên, phát lại của khối con thứ hai bị trễ đến khi khung con #11. UE luôn cố gắng nhận các khối con được phát lại dưới giả thiết các phát lại đồng bộ. Trong trường hợp này, phía thu hy vọng một phát lại của SB2 trong khung con #4. Do đó, phía thu giả thiết rằng SB2 được phát trong khung con #4. Vì phía phát đã chiếm trước phát SB2 cho phát X tới UE khác, SB2 được UE mong đợi không có cách nào để biết liệu phát trong khung con #4 là SB2 hay phát khác. Tương tự, trong khung #8, UE hy vọng phát SB3 nhưng phía phát đã thực hiện phát Y tới UE khác. Phía thu cố gắng giải mã gói thông tin bằng cách kết hợp SB1 với X và Y sau khi nhận được một lần phát trong khung con #8. Giải mã rõ ràng lỗi vì máy thu đã kết hợp sai các khối con. Sau ba nỗ lực giải mã không thành công, đầu tiên trong khung con #0, thứ hai trong khung con #4, và thứ ba trong khung con #8, máy thu chờ phát SB4 trong khung con 12. Tuy nhiên, trong khung con #11, máy thu giải mã được một tín hiệu điều khiển chỉ ra là phát SB2. Nhờ vào việc nhận được thông tin điều khiển này, phía thu biết các lần phát
khung con #11, máy thu cố gắng giải mã gói thông tin bằng cách chỉ kết hợp SB1 và SB2. Giải mã lỗi và một phát lại SB3 bây giờ được thực hiện theo một cách đồng bộ ở khung con #15. Trong trường hợp này, máy thu kết hợp SB1, SB2 và SB3 và giải mã thành công gói thông tin.
Khi định thời các phát lại, cấp phát tài nguyên, MCS và các định dạng MIMO giống như lần phát đầu, kỹ thuật HARQ AA tiêu đề nhỏ hoạt động theo cách tương tự kỹ thuật đồng bộ không thích ứng như chỉ ra trong hình 3.24.
Hình 3.24 Chế độ ARQ lai ghép đồng bộ không thích ứng của kỹ thuật HARQ thích ứng không đồng bộ tiêu đề nhỏ
Trong cách tiếp cận HARQ AA tiêu đề nhỏ, UE luôn luôn đệm các khối con mà nó nhận được cùng với thông tin điều khiển. Đó là vì không có sự lẫn lộn các khối con nhận được với thông tin điều khiển. Tuy nhiên, khi nhận một phát lại không đồng bộ, UE loại bỏ các lần phát mà nhận được tại thời gian đồng bộ mà không có thông tin điều khiển. Đó là vì nhận một phát lại không đồng bộ chỉ ra sự chiếm trước các khối con trước đó tới cùng UE trên cùng tiến trình HARQ tại thời gian đồng bộ mà thực ra là các lần phát tới các UE khác. Tuy nhiên, cũng có thể chỉ ra thông qua điều khiển với phát lại không đồng bộ sau khi một sự chiếm trước bao nhiêu trong số các phát lại đồng bộ trước đó là hợp lệ. Vì UE cần đệm tất cả các khối con nhận được riêng rẽ, bộ đệm yêu cầu trong HARQ AA tiêu đề nhỏ có thể lớn hơn trong kỹ thuật HARQ AA thông thường. Đó là vì trong kỹ thuật HARQ AA thông thường khi các khối con phát là các bản sao của các khối con trước, UE có thể kết hợp (kết hợp Chase) các khối con
tăng (IR), các khối con cần được lưu riêng rẽ ngay cả trong kỹ thuật HARQ AA thông thường.
Hơn nữa, trong kỹ thuật HARQ AA tiêu đề nhỏ, số các NACK có thể tăng vì khi các phát lại tới một UE bị dành trước, UE cố gắng kết hợp thông tin sai và do đó gửi một tín hiệu NACK. Một giải pháp khả thi cho vấn đề này là mã hóa tín hiêu NACK với các lần phát không năng lượng (‘OFF’) trong khi một tín hiệu ACK được mã với một tín hiệu ‘ON’. Trong trường hợp khi một lần phát gói không được dành trước, máy phát phiên dịch sự vắng mặt của năng lượng trong tín hiệu ACK/NACK như một chỉ thị của tín hiệu NACK. Các NACK thêm vào từ một UE dành trước không tạo ra bất kỳ tiêu đề nào. Một hạn chế của cách báo hiệu ON/OFF như vậy đó là nó yêu cầu năng lượng cao hơn 3dB cho một ACK khi so với báo hiệu ACK/NACK nhị phân. Tuy nhiên, đối với một NACK, báo hiệu ON/OFF không yêu cầu năng lượng trong khi báo hiêu ACK/NACK nhị phân yêu cầu cùng mức năng lượng cho các NACK cũng như ACK. Trong các trường hợp mà tỷ lệ ACK và NACK là như nhau, cả hai cách báo hiệu này dẫn đến một tiêu đề tương tự. Trong các trường hợp mà tỷ lệ ACK cao hơn NACK, báo hiệu nhị phân yêu cầu ít tiêu đều hơn báo hiệu ON/OFF. Yêu cầu năng lượng cao hơn cho báo hiệu ON/OFF là một giới hạn công suất đỉnh và tranh cãi bao phủ hơn là vấn đề tiêu đề trung bình. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một sự so sánh tiêu đề điều khiển tương đối cho HARQ đồng bộ không thích ứng, HARQ AA và HARQ AA tiêu đề nhỏ được đưa ra trong hình 3.25. Tiêu đề điều khiển