深入理解5g ＜二＞harq 的流程

5G 层二的 HARQ混合自动重传请求Hybrid Automatic Repeat reQuest流程是MAC媒体接入控制子层确保数据在物理层可靠传输的核心机制。它位于 MAC 子层通过结合前向纠错FEC与自动重传请求ARQ在不可靠的无线环境中为数据提供高效、可靠的传输保障。5G NR 的 HARQ 流程主要围绕以下核心概念展开 核心概念HARQ 实体与进程HARQ 的核心是“停等协议Stop-and-Wait”。停等协议发送端发送一个传输块TBTransport Block后会停下来等待接收端的确认ACK/NACK再决定发送下一个或重传当前数据。并行进程为了克服停等协议导致的低吞吐量问题NR 使用多个并行的 HARQ 进程。当一个进程在等待确认时其他进程可以继续发送数据实现了数据的连续传输。HARQ 实体管理这些并行 HARQ 进程的是HARQ 实体HARQ Entity。每个小区Serving Cell都有一个 HARQ 实体每个 UE 也有自己的 HARQ 实体。进程数量NR 支持最多16 个并行的 HARQ 进程。相比 LTE 更多这是为了适应更灵活的帧结构、高频段更短的时隙以及更复杂的网络部署。HARQ 缓冲区每个 HARQ 进程都关联一个独立的HARQ 缓冲区HARQ buffer用于存储未能成功解码的数据以便后续与重传数据合并。⚙️ 核心流程一次 HARQ 传输的“旅程”一个典型的 HARQ 流程如下初始传输发送端gNB 或 UE的 MAC 层将一个 MAC PDU 封装成传输块TB通过物理层发送出去。接收与解码接收端收到 TB 后物理层会尝试解码。反馈ACK/NACK成功若解码成功接收端反馈确认ACK。失败若解码失败接收端会将这个“虽错误但包含信息”的数据包存入该进程的 HARQ 缓冲区并反馈否定确认NACK。重传决策发送端根据收到的反馈做出决策收到 ACK该 HARQ 进程清空缓冲区准备发送新数据。收到 NACK触发重传。重传与软合并发送端进行数据重传。接收端收到重传数据后不会丢弃而是将其与 HARQ 缓冲区中先前存储的“软比特”信息进行软合并Soft Combining大幅提高正确解码的概率。循环与结束如果合并后解码成功则反馈 ACK流程结束。如果仍然失败则继续请求重传直到成功或达到最大重传次数。达到最大次数后MAC 子层会重置该进程并向上层报告错误。✨ 5G NR 的关键增强相比 4G LTE5G NR 的 HARQ 在几个方面有显著增强异步 HARQAsynchronous HARQ在 5G NR 中上行和下行都采用异步 HARQ。这意味着重传可以发生在任意时刻调度更灵活尤其适合 5G 动态 TDD 和未授权频谱等复杂场景。由于重传时间不固定发送端必须在调度信令DCI中显式携带 HARQ 进程号HARQ Process ID以告知接收端该重传属于哪个进程。增量冗余Incremental Redundancy, IR5G NR 采用异步增量冗余Asynchronous Incremental RedundancyHARQ 机制。每次重传可以发送与初传不同的额外奇偶校验位冗余版本。随着重传次数增加接收端能获得越来越丰富的纠错信息有效解码的概率也随之提高。代码块组CBG, Code Block Group重传对于很大的数据包物理层会将其分割成多个代码块CB。当发生错误时可能只有少数代码块受损。NR 支持仅重传出错的代码块组CBG而不是整个 TB这能显著提升大流量场景下的传输效率。CBG 重传对 MAC 层是透明的由物理层处理。 与 RLC ARQ 的协同HARQ 并非唯一的可靠性保障。在它之上RLC 子层确认模式 AM还提供了另一层ARQ自动重传请求机制。这两者形成了一个两级重传体系HARQ提供快速重传作为第一道防线主要纠正物理层的大部分错误。RLC ARQ作为第二道防线处理 HARQ 未能纠正的残余错误确保数据的最终可靠交付。这种设计在速度和可靠性之间取得了良好的平衡。总的来说5G NR 的 HARQ 是一个由 HARQ 实体管理多个并行进程通过停等协议、软合并及快速反馈并结合异步调度、增量冗余和 CBG 重传等增强技术为数据提供高可靠、高效率传输的核心机制