HARQ機制把關　TD-LTE數據傳輸更可靠

2012-12-31

陳建州

分時長程演進計畫(TD-LTE)技術中，混和式自動重送請求(Hybrid Automatic Repeat request, HARQ)的基本概念，包含基本ARQ設計分類，額外導入的前饋式錯誤更正碼(Forward Error Correction, FEC)，以及軟合併(Soft Combining)的資料封包處理方式。

由於此錯誤重送機制在分時雙工(Time Division Duplex, TDD)架構下實作時將有較大的困難及複雜性，因此本篇討論下行(Downlink, DL)、上行(Uplink, UL)HARQ的設計及運作流程，以期讓讀者對此錯誤重傳機制有更深入的了解。

介紹HARQ程序前，先簡單說明LTE在物理通道的種類與用途，第三代合作夥伴計畫(3GPP)標準中針對上下行鏈路各有定義，其描述如表1所示。

HARQ程序依特性可分兩類

傳送端(Transmitter)送出資料，並收到接收端(Receiver)送回的ACK/NACK後，判斷出是否傳送無誤或須再送新資料/重傳，此一來回即稱為--HARQ程序。HARQ程序依特性可分同步/非同步(Synchronous/Asynchronous)以及適應性/非適應性(Adaptive/Non-adaptive)兩種。

‧	同步/非同步HARQ
	同步HARQ特性是首次傳輸和重傳的時間間隔為固定。非同步HARQ特性是在首次傳輸後，重傳的時間無法預先知道。

‧	適應性/非適應性HARQ
	適應性HARQ特性是重傳的頻率資源對應位置(Frequency Resource Location)，甚至傳輸的格式會有所變動。適應性HARQ特性是重傳其頻率資源對應位置及格式皆與初始傳輸時相同。

一個自基地台(eNB)至手機端(UE)的一個下行傳輸，搭配手機端須回傳的ACK/NACK，以及接下來的新傳輸/重傳，此一完整來回即稱為下行HARQ程序。其概念如圖1所示。

圖1　下行HARQ程序示意

下行HARQ程序具適應性

下行HARQ程序其於PDSCH的初始傳輸與新傳輸/重傳關係屬於非同步的，亦即無法預測新傳輸/重傳的時間點，然而初始傳輸和在PUCCH/PUSCH回傳的ACK/NACK是屬於同步的，其關係依不同的上下行結構(UL/DL Configuration)定義如表2。

表中數字即為圖1中的k，其對應接收到PDSCH資料所在的子訊框編號n，而ACK/NACK即會在子訊框編號n+k的位置回傳，雖然新傳輸/重傳所在的子訊框位置無從可知，不過可以確定的是其必在子訊框編號n+k之後4毫秒以上傳新資料/重傳。

在下行HARQ程序中，每次傳送資料的頻率資源位置及詳盡的傳輸格式都可以有所變動，因此屬於適應性HARQ。另外，由於上下行結構分配的上下行子訊框不均，加上有特殊子訊框(Special Sub-frame)的配置，下行HARQ程序回傳ACK/NACK的方式可分為綑綁(Bundling)及複用(Multiplexing)兩種，以下一一解釋。

‧	ACK/NACK綑綁模式
	數個下行子訊框所須回傳的ACK/NACK被分配在同一個上行子訊框上傳時，每組碼字(Code Ｗord)各別產生1個位元的ACK(傳1)或NACK(傳0)，並會AND起來在上行子訊框中回傳1個位元的ACK/NACK，若有兩組碼字時，則會回傳2個位元。

‧	ACK/NACK複用模式
	數個下行子訊框所需回傳的ACK/NACK被分配在同一個上行子訊框上傳時，每組碼字在一個子訊框產生的1個位元的ACK(傳1)或NACK(傳0)，並會於上行子訊框各別傳，若有兩組碼字時，會將各子訊框的ACK/NACK先AND後再於上行子訊框傳，不過有限制至多一個子訊框傳4個位元。

如何分配哪些下行子訊框在哪個上行子訊框回傳ACK/NACK由表3所規定，其數字K：{k₀,k₀,...k_m-1}代表上行子訊框編號n有M個下行子訊框編號的ACK/NACK要回傳。

值得一提的是，HARQ-ACK屬於上行控制資訊(UCI)的一部分，若調度請求(Scheduling Request)有分配PUCCH資源給UE，UCI可以單純經過通道編碼處理後在PUCCH上傳輸；若UE是被分配到PUSCH資源位置時，會根據當時是否有上行資料(UL-SCH Data)傳輸而有個別的處理方式，也因此在前文中會看到上行是可在PUCCH/PUSCH傳輸。

自手機端至基地台的一個上行傳輸，搭配基地台須回傳的ACK/NACK，以及新傳輸/重傳，即稱為上行HARQ程序(圖2)。