HARQ发展_harq技术

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HARQ(Hybrid Automatic repeat request)混合自动重发请求

先介绍几个要素：

Forward error correction (FEC)前向纠错：通过增加冗余信息进行错误检测；
Automatic repeat request （ARQ）自动重发请求：
（1）与TCP行为的数据包兼容；
（2）利用循环冗余校验（cyclic redundancy check，CRC）进行错误检测
（3）接收端通过检测，如果解码成功，则返回ACK(positive acknowledgement),如果解码失败，则返回NACK（negative acknowledgement）
HARQ
（1） FEC + ARQ
（2） FEC: 纠正一部分错误
（3） ARQ: 仍然进行错误检测

ARQ的编码特点：
ARQ
这里TX是发射端，RX是接收端，可以看得出来，从TX发送包S1，但RX解码失败，然后把接收到的包丢弃，反馈NACK给TX，接着TX继续发送包S1，第二次RX解码成功，然后反馈ACK给TX，TX接收到反馈后开始发送新的包S2.

HARQ的编码特点

Type-I HARQ: 也即传统的HARQ，相对于ARQ而言，加入了前向纠错。由于ARQ只是单纯的检查错误，如果有错误，则直接丢弃，而Type-I HARQ 不仅检查错误，当检查出错误之后，没有直接丢弃，二十尝试纠正错误，如果无法纠正错误，则丢弃该包，反馈NACK给发送端，发送端收到NACK，则重新发送与之前一样的包；
Type-II HARQ: 在接收端考虑内存，根据编译码不同还分为IR-HARQ和CC-HARQ
编码特点：

在这里，在RX中考虑内存，即绿色框框代表的部分，除此之外，在TX端发送的数据包也被分为了几部分，如S1(1),S1(2),这个的不同具体和是IR还是CC有关。

追加合并HARQ（chase combining, CC）: 发射端发送数据包S1,接收端接收到数据包，先对其检错（CRC）,如果有错，然后尝试纠错（FEC），若还是不能成功解码，则将该包缓存，反馈NACK给发射端，发射端接收到NACK，然后再重传相同的包，接收端收到新的包，然后与之前的包叠加合并进行解码，直到解码成功或者达到最大重传次数。
增量冗余HARQ(Incremental redundancy, IR): 首先将信息经过编码后按照一定的周期打孔（在该图，就可以看到S1编码后，打孔为S1(1)和S1(2)），根据码率兼容原则发送给接收端，发送端进行译码，译码错误，反馈NACK给发射端，发射端重传S1(2),这不是简单的对前面包的复制，而是还加入了冗余信息，每一次重传的冗余信息量都是不同的，接收端然后进行组合译码，将之前接收的所有比特组合形成更低码率的码字，从而获得更大的编码增益，达到递增冗余的目的。

总结：

关于HARQ设计的自由度

功率自适应（power adaptation）

发送端在每一轮中都改变子码字的功率，每次发射功率都是根据反馈信息而进行改变，但是每一次发送，子码字的长度都是相同的。
长度自适应（length adaptation）

发送端在每次传输都改变带宽，传输功率是常数，带宽每次根据额外的反馈进行改变。
速率适应（rate adaptation）
(1)时域复用

（2）码域复用

Cross-packet coding HARQ(叉包HARQ)[1]

叉包HARQ,在第一次解码失败后，发送端发送的数据包是旧的数据包和新的数据包叠加形成的数据包，并且以速率R2发送这个叠加后的数据包，接收端收到数据包，联合之前接收的数据包一起解码。

Layer-coded HARQ(L-HARQ)[2]

XP-HARQ的实际实施

参考文献：
[1] M. Jabi, E. Pierre-Doray, L. Szczecinski, and M. Benjillali, ”How to Boost the Throughput of HARQ with Off-the- Shelf Codes,” IEEE Trans. Commun., vol. 65, no. 6, pp. 2319-2331, June 2017.
[2] R. Sassioui, M. Jabi, L. Szczecinski, L. B. Le, M. Benjillali, and B. Pelletier, ”HARQ and AMC: Friends or Foes ?,” IEEE Trans. Commun., vol. 65, no. 2, pp. 635-650, Feb. 2017
[3] Jabi, M., Benyouss, A., Le Treust, M., Pierre-Doray, E., & Szczecinski, L. (2017). Adaptive cross-packet HARQ. IEEE Transactions on Communications, 65(5), 2022-2035.