HARQ. Алгоритмы повторной передачи и структура каналов при HSDPA

Подробности

Родительская категория: 3G

Категория: HSDPA

HARQ. Алгоритмы повторной передачи данных при HSDPA

HARQ включает в себя:

- возрастающую избыточность (incremental redundancy, IR).

- повторение попытки (chase combining, CC). 

HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) представляет собой схему адаптации канала, в которой отчеты о передаче, относящиеся к канальному уровню, используют для принятия решения о повторной передаче. Принимая очередной пакет, мобильная станция проверяет его на наличие ошибок, декодируя Check Redundancy Code (CRC). Размер CRC постоянный и составляет 24 бита на 3 таймслота. Если ошибки обнаружены и их невозможно исправить силами избыточного кодирования, UE посылает отчет о неполучении информации, запрашивая ее повторную передачу. При этом пакет, принятый с ошибками, не удаляют, а сохраняют в буфере UE. Получив повторно переданный пакет, мобильная станция вновь проверяет его на ошибки. При наличии таковых его объединяют со старым пакетом из буфера, что при использовании турбокодирования значительно повышает вероятность исправления ошибок. В этом состоит сущность метода Chase Combining.

Алгоритм Incremental Redundancy состоит в том, что каждый повторно передаваемый пакет не просто вновь пересылают по радиоканалу, но и кодируют всякий раз по-разному. В частности, при новом кодировании в процессе перфорации выбрасывают другие биты, чем при предыдущей передаче, В результате декодер получает существенную дополнительную информацию, что улучшает процесс декодирования. Однако, использование алгоритма IR требует увеличения объема буфера данных в UE. Передачу пакета вкупе с вышеуказанными технологиями повторяют до тех пор, пока он не будет принят без ошибок, либо не будет превышено максимально допустимое число повторных передач.

Структура каналов при HSDPA

Структура каналов при HSDPA показана на рис. 1. Информацию вниз передают по каналу HS-PDSCH в виде пакетов длительностью 2 мс. Для приема этой информации UE прослушивает специальный общий  канал управления HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel).  По нему UE  передают  быстроменяющиеся параметры канала HS-PDSCH. В обратном направлении каждой UE выделяют специальный физический канал управления HS-DPCCH (High Speed Dedicated Physical Control Channel) для передачи в сеть подтверждений о приеме пакетов и информации об оптимальном TFRC по измерениям сигнала и помех на входе приемника UE. Кроме того, согласно Rel 5 спецификаций абонентским станциям выделяют дуплексный канал DCH для передачи сигнализации и команд управления, в частности, регулировки мощности. По Uplink и  Downlink DCH возможна также передача другого (не высокоскоростного) трафика.

Рис. 1.  Структура каналов при HSDPA

 

Если оборудование поддерживает Rel 6 стандарта UMTS, то при отсутствии дополнительного трафика вниз вместо канала DCH используют канал F-DPCH c SF=256. Он предназначен только для передачи команд ТРС управления мощности передатчиков UE. Каждый TS содержит 20 информационных бит, по 2 бита на одну UE, так что канал F-DPCH может управлять мощностью 10 UE одновременно. Сигнализацию при этом передают в пакетном режиме через HS-DSCH.

 

Применение HSDPA целесообразно не для всех классов услуг. Поскольку один общий канал HS-PDSCH распределен между всеми активными абонентскими станциями, фиксировать временную задержку при передаче данных становится затруднительно. Поэтому для приложений, работающих с потоковым трафиком выгоднее использовать обычные выделенные каналы UMTS. С другой стороны, HSDPA – технология весьма гибкая, позволяет перераспределять ресурсы канала очень быстро, каждые 2 мс. Поэтому планировщик трафика может отдавать предпочтение при передаче высокоприоритетным потоковым данным или IP телефонии.

Категории мобильного оборудования с поддержкой HSDPA

Мобильное оборудование с поддержкой HSDPA делят на категории в соответствии с теми возможностями, которые оно поддерживает на физическом уровне. Всего существует 12 категорий UE, при этом 11 и 12 категории являются низкими, так как станции, к ним относящиеся, работает только с модуляцией  4-ФМ (табл. 1).

 Таблица 1.

Категория UE в режиме HSDPA	Максимальное число используемых кодов	Минимальный интервал между субкадрами; тип ARQ при максимальной скорости	Максимальное число бит в HS-DSCH транспортном блоке одного  2 мс субкадра	Максимальная скорость передачи данных, Мбит/с
Категория 1	5	3; CC	7168	1,2
Категория 2	5	3; IR	7168	1,2
Категория 3	5	2; CC	7168	1,8
Категория 4	5	2; IR	7168	1,8
Категория 5	5	1; CC	7168	3,6
Категория 6	5	1; IR	7168	3,6
Категория 7	10	1; CC	14411	7,2
Категория 8	10	1; IR	14411	7,2
Категория 9	12	1; CC	17237	10,2
Категория 10	15	1; IR	25558	14,4
Категория 11	5	2; CC	3319	0,9
Категория 12	5	1; CC	3319	1,8

Как следует из табл. 1, станции отличаются максимальным числом одновременно обрабатываемых кодов, скоростью передачи и минимальным интервалом между субкадрами. Если он равен 1, то станция способна принимать непрерывный поток субкадров; при 2 и 3 между принимаемыми субкадрами необходим промежуток в 1 и 2 субкадра соответственно. Заметим, что категории 3-4, 5-6, 7-8 отличаются между собой типом ARQ при максимальной скорости передачи. У станций категорий 3, 5 и 7 объем буфера недостаточен для поддержки алгоритма IR при максимальной скорости передачи.

Особенности радиоинтерфейса при HSDPA

Остановимся на особенностях радиоинтерфейса, то-есть, на взаимодействии трех физических каналов: HS-PDSCH, HS-SCCH и HS-DPCCH. Первые два – общие прямые каналы, последний – выделенный обратный канал (рис. 2). Следует обратить внимание на временные соотношения между каналами на рис. 2, которые строго фиксированы в сети.

Рис. 2.  Структура каналов при HSDPA

Информацию о передаче пакета UE получает по каналу HS-SCCH. Спецификации не регламентируют количество этих каналов в соте, но на практике их число не превышает 4. Абонентская станция может принимать одновременно до 4 каналов HS-SCCH, выделяя из них тот, по которому передают информацию, предназначенную ей. В каналах HS-SCCH SF=128, одно сообщение занимает 3TS (рис. 3).

Информацию о субкадре конкретному абоненту начинают передавать на 2 TS раньше, чем сам субкадр по каналу HS-PDSCH, так что он наложен на субкадр HS-SCCH одним таймслотом. Это может показаться странным, так как, казалось бы, мобильная станция должна сначала прочитать субкадр HS-SCCH, чтобы знать, адресован ли ей HS-PDSCH канал. На самом деле, особенностью HSDPA является то, что идентифицировать UE, а значит, определить, адресован ли ей канал трафика, можно уже по первому таймслоту HS-SCCH субкадра. Данные в этом таймслоте маскированы символьной строкой, представляющей собой идентификатор UE H-RNTI. Декодировать строку (а значит, и таймслот) можно только с помощью такого же идентификатора. При этом первый таймслот содержит  информацию о предоставленных абоненту кодах (7 бит) и схеме модуляции (1 бит), так что после декодирования этих данных абонентская станция готова к приему пакета трафика. 

Рис. 3.  Структура пакета канала HS-SCCH

Два других тайм-слота пакета HS-SCCH содержат следующую информацию:

- размер  транспортного блока (6 бит),

- данные о HARQ (3 бита),

- данные об избыточности и виде созвездия модуляции (3 бита),

 - индикатор нового сообщения (1 бит).

Общее число информационных бит равно 37. После избыточного кодирования их число возрастает до 120.

После того, как мобильная станция приняла кадр HS-PDSCH, она отправляет на Node-B подтверждение о приеме ACK (acknowledgement), или отчет о неполучении NACK в случае наличия ошибок в кадре, используя канал HS-DPCCH. Для защиты самого отчета используют мощное избыточное кодирование. Отчет, передаваемый всего одним битом: 1 – ACK, 0 – NACK, канальный кодер повторяет 10 раз, так что на его выходе оказывается 10 бит.

Информация об ACK или NACK занимает первый TS субкадра канала HS-DPCCH. В двух остальных UE передает информацию о состоянии канала CQI (Channel Quality Information). Это число в диапазоне 1…30, определяющее, какой максимальный объем данных (с какой максимальной скоростью передачи) UE готова принять в очередном субкадре.

Для оптимизации процесса пакетной передачи в UTRAN используют специальные алгоритмы диспетчеризации (scheduling). ПО диспетчера не регламентировано спецификациями, его закладывает в NodeB производитель аппаратуры. В одном из вариантов параметром для диспетчеризации служит метрика, представляющая собой отношение мгновенно поддерживаемой скорости передачи к общему объему переданной пользователю информации. При этом в первую очередь информацию передают тем абонентам, UE которых обеспечивает наилучшие условия приема. Однако и остальные абоненты получают необходимое обслуживание в соответствии с требуемым QoS.

 

Источники:

- Рыжков А.Е., Сиверс М.А., Воробьев В.О., Гусаров А.С., Слышков А.С., Шуньков Р.В. Системы и сети радиодоступа 4G: LTE, WiMax. – СПб: Линк, 2012. – 226 с.

- Спецификации 3GPP.org

 

Также интересно:

HSDPA – высокоскоростная передача данных вниз

Видео по 5G. Лекции по мобильной связи пятого поколения (5G)

Планирование 3G

Интервью первого генерального директора Северо-Западного GSM (Мегафон)

Услуги в 3G

Канал "ТНД" о новых технологиях. Присоединяйтесь!

Взаимодействие сетей LTE/UMTS/GERAN

{jcomments on}