Solicitud de repetición automática híbrida

Código híbrido de detección y corrección de errores en comunicaciones

La solicitud de repetición automática híbrida ( ARQ híbrida o HARQ ) es una combinación de corrección de errores de alta velocidad (FEC) y control de errores de solicitud de repetición automática (ARQ). En ARQ estándar, los bits redundantes se agregan a los datos que se transmitirán mediante un código de detección de errores (ED) , como una verificación de redundancia cíclica (CRC). Los receptores que detecten un mensaje dañado solicitarán un nuevo mensaje al remitente. En Hybrid ARQ, los datos originales se codifican con un código FEC y los bits de paridad se envían inmediatamente junto con el mensaje o solo se transmiten a pedido cuando un receptor detecta un mensaje erróneo. El código ED puede omitirse cuando se utiliza un código que puede realizar ambascorrección de errores hacia adelante (FEC) además de la detección de errores, como un código Reed-Solomon . El código FEC se elige para corregir un subconjunto esperado de todos los errores que pueden ocurrir, mientras que el método ARQ se usa como una alternativa para corregir los errores que son incorregibles usando solo la redundancia enviada en la transmisión inicial. Como resultado, el ARQ híbrido se desempeña mejor que el ARQ ordinario en malas condiciones de señal, pero en su forma más simple esto se produce a expensas de un rendimiento significativamente menor en buenas condiciones de señal. Por lo general, existe un punto de cruce de la calidad de la señal por debajo del cual ARQ híbrido simple es mejor y por encima del cual ARQ básico es mejor.

ARQ híbrido simple

La versión más simple de HARQ, Tipo I HARQ , agrega información ED y FEC a cada mensaje antes de la transmisión. Cuando se recibe el bloque de datos codificados, el receptor primero decodifica el código de corrección de errores. Si la calidad del canal es lo suficientemente buena, todos los errores de transmisión deben corregirse y el receptor puede obtener el bloque de datos correcto. Si la calidad del canal es mala y no se pueden corregir todos los errores de transmisión, el receptor detectará esta situación utilizando el código de detección de errores, luego el bloque de datos codificados recibido es rechazado y el receptor solicita una retransmisión, similar a ARQ. ^[1]

En una forma más sofisticada, Tipo II HARQ , el originador del mensaje alterna entre los bits del mensaje junto con los bits de paridad de detección de errores y solo los bits de paridad FEC. Cuando la primera transmisión se recibe sin errores, los bits de paridad FEC nunca se envían. Además, se pueden combinar dos transmisiones consecutivas para la corrección de errores si ninguna de ellas está libre de errores. ^[2]

Para comprender la diferencia entre ARQ híbrido Tipo I y Tipo II, considere el tamaño de la información agregada de ED y FEC: la detección de errores generalmente solo agrega un par de bytes a un mensaje, que es solo un aumento incremental en la longitud. FEC, por otro lado, a menudo puede duplicar o triplicar la longitud del mensaje con paridades de corrección de errores. En términos de rendimiento, el ARQ estándar normalmente gasta un pequeño porcentaje de la capacidad del canal para una protección confiable contra errores, mientras que FEC normalmente gasta la mitad o más de toda la capacidad del canal para mejorar el canal.

En ARQ estándar, una transmisión debe recibirse sin errores en cualquier transmisión dada para que pase la detección de errores. En ARQ híbrido Tipo II, la primera transmisión contiene solo datos y detección de errores (no es diferente del ARQ estándar). Si se recibe sin errores, está hecho. Si se reciben datos por error, la segunda transmisión contendrá paridades FEC y detección de errores. Si se recibe sin errores, está hecho. Si se recibe por error, se puede intentar corregir el error combinando la información recibida de ambas transmisiones.

Solo el ARQ híbrido de tipo I sufre pérdida de capacidad en condiciones de señal fuerte. El ARQ híbrido de tipo II no lo hace porque los bits FEC solo se transmiten en retransmisiones posteriores según sea necesario. En condiciones de señal fuerte, el ARQ híbrido Tipo II funciona con una capacidad tan buena como el ARQ estándar. En malas condiciones de señal, el ARQ híbrido Tipo II funciona con una sensibilidad tan buena como el FEC estándar.

ARQ híbrido con combinación suave

En la práctica, los bloques de datos codificados recibidos incorrectamente a menudo se almacenan en el receptor en lugar de descartarse, y cuando se recibe el bloque retransmitido, los dos bloques se combinan. Esto se llama ARQ híbrido con combinación suave (Dahlman et al., P. 120). Si bien es posible que dos transmisiones dadas no se puedan decodificar independientemente sin error, puede suceder que la combinación de las transmisiones recibidas previamente erróneamente nos brinde información suficiente para decodificar correctamente. Hay dos métodos principales de combinación suave en HARQ:

• Combinación de persecución: cada retransmisión contiene la misma información (bits de datos y de paridad). El receptor utiliza una combinación de relación máxima para combinar los bits recibidos con los mismos bits de transmisiones anteriores. Debido a que todas las transmisiones son idénticas, la combinación de Chase puede verse como una codificación de repetición adicional . Se podría pensar en cada retransmisión como una adición de energía extra a la transmisión recibida a través de un aumento de Eb / N0 .
• Redundancia incremental: cada retransmisión contiene información diferente a la anterior. Se generan múltiples conjuntos de bits codificados, cada uno de los cuales representa el mismo conjunto de bits de información. La retransmisión normalmente utiliza un conjunto diferente de bits codificados que la transmisión anterior, con diferentes versiones de redundancia generadas perforando la salida del codificador. Por lo tanto, en cada retransmisión, el receptor obtiene información adicional.

Existen varias variantes de los dos métodos principales. Por ejemplo, en el Chase parcial que combina solo un subconjunto de los bits en la transmisión original se retransmite. En la redundancia incremental parcial, los bits sistemáticos siempre se incluyen de modo que cada retransmisión sea autodescodificable.

Un ejemplo de HARQ de redundancia incremental es HSDPA : el bloque de datos se codifica primero con un código Turbo 1/3 perforado , luego, durante cada (re) transmisión, el bloque codificado generalmente se perfora más (es decir, solo se elige una fracción de los bits codificados) y enviado. El patrón de perforación utilizado durante cada (re) transmisión es diferente, por lo que se envían diferentes bits codificados en cada momento. Aunque el estándar HSDPA admite tanto la combinación de Chase como la redundancia incremental, se ha demostrado que la redundancia incremental casi siempre funciona mejor que la combinación de Chase, a costa de una mayor complejidad. ^[3]

HARQ se puede utilizar en el modo de parada y espera o en el modo de repetición selectiva . Parar y esperar es más simple, pero esperar el reconocimiento del receptor reduce la eficiencia. Por lo tanto, en la práctica, a menudo se realizan múltiples procesos HARQ de parada y espera en paralelo: cuando un proceso HARQ está esperando un acuse de recibo, otro proceso puede usar el canal para enviar más datos.

Hay otros códigos de corrección de errores hacia adelante que se pueden usar en un esquema HARQ además de los códigos Turbo, por ejemplo, el código extendido de acumulación irregular repetida (eIRA) y el código compatible con tasa de codificación eficiente (E2RC), ambos con paridad de baja densidad. comprobar códigos .

Aplicaciones

HARQ se utiliza en HSDPA y HSUPA que proporcionan transmisión de datos de alta velocidad (en enlace descendente y ascendente , respectivamente) para redes de telefonía móvil como UMTS , y en el estándar IEEE 802.16-2005 para acceso inalámbrico de banda ancha móvil, también conocido como "WiMAX móvil". . También se utiliza en redes inalámbricas Evolution-Data Optimized y LTE .

El ARQ híbrido de tipo I se utiliza en ITU-T G.hn , un estándar de red de área local de alta velocidad que puede operar a velocidades de datos de hasta 1 Gbit / s sobre el cableado doméstico existente ( líneas eléctricas , líneas telefónicas y cables coaxiales ). G.hn utiliza CRC-32C para la detección de errores, LDPC para la corrección de errores hacia adelante y la repetición selectiva para ARQ.

Referencias

1. Comroe / Costello 1984, p. 474
2. Comroe / Costello 1984, págs. 474-5
3. Frenger, P .; S. Parkvall; E. Dahlman (octubre de 2001). "Comparación de rendimiento de HARQ con combinación de Chase y redundancia incremental para HSDPA". Conferencia de Tecnología Vehicular, 2001. VTC 2001 Fall. IEEE VTS 54th . 3 . Municipio de Piscataway, Nueva Jersey : Centro de operaciones del IEEE. págs. 1829–1833. doi : 10.1109 / VTC.2001.956516 . ISBN 0-7803-7005-8.

Lectura adicional

• Soljanin, Emina; Ruoheng Liu; Predrag Spasojevic (2004). "ARQ híbrido con asignaciones de transmisión aleatoria" . Avances en la teoría de la información de redes . Providence, Rhode Island : Sociedad Americana de Matemáticas . págs. 321–334. ISBN 0-8218-3467-3. Consultado el 18 de marzo de 2009 .también disponible como preimpresión .
• Comroe, R .; D. Costello (julio de 1984). "Esquemas ARQ para transmisión de datos en sistemas de radio móviles". Revista IEEE sobre áreas seleccionadas en comunicaciones . 2 (4): 472–481. doi : 10.1109 / JSAC.1984.1146084 .
• Davida, George I .; Sudhakar M. Reddy (septiembre de 1972). "Corrección de errores hacia adelante con comentarios de decisión" . Información y control . 21 (2): 117-133. doi : 10.1016 / S0019-9958 (72) 90057-5 .
• "Coincidencia de tasas y HARQ (WCDMA / HSDPA)" . Coincidencia de tasas y HARQ (WCDMA / HSDPA) .
• Dahlman, Erik; Parkvall, Stefan; Sköld, Johan; Beming, Per (2008). 3G Evolution - HSPA y LTE para banda ancha móvil (2 ed.). Prensa académica. págs. 119-123. ISBN 978-0-12-374538-5.