La solicitud de repetición automática híbrida ( ARQ híbrido o HARQ ) es una combinación de corrección de errores directa (FEC) de alta velocidad 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 corrupto 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 se puede omitir cuando se utiliza un código que puede realizar tanto la corrección de errores directa (FEC) como la detección de errores, como un código Reed-Solomon . El código FEC se elige para corregir un subconjunto esperado de todos los errores que puedan ocurrir, mientras que el método ARQ se utiliza como alternativa para corregir errores que no se pueden corregir utilizando solo la redundancia enviada en la transmisión inicial. Como resultado, el ARQ híbrido funciona mejor que el ARQ ordinario en condiciones de señal deficientes, pero en su forma más simple esto se produce a expensas de un rendimiento significativamente menor en condiciones de buena señal. Normalmente hay un punto de cruce de calidad de señal por debajo del cual el ARQ híbrido simple es mejor y por encima del cual el ARQ básico es mejor.
La versión más simple de HARQ, HARQ Tipo I , 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 suficientemente buena, todos los errores de transmisión deberían poder corregirse y el receptor podrá obtener el bloque de datos correcto. Si la calidad del canal es mala y no todos los errores de transmisión se pueden corregir, el receptor detectará esta situación utilizando el código de detección de errores, luego el bloque de datos codificados recibido se rechaza y el receptor solicita una retransmisión, similar a ARQ. [1]
En una forma más sofisticada, HARQ Tipo II , el originador del mensaje alterna entre bits del mensaje junto con bits de paridad de detección de errores y solo 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 corregir errores si ninguna de ellas está libre de errores. [2]
Para comprender la diferencia entre ARQ híbrido de 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, lo 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 mejorarlo.
En ARQ estándar, una transmisión debe recibirse sin errores en cualquier transmisión determinada para que pase la detección de errores. En el 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, ya está. Si los datos se reciben por error, la segunda transmisión contendrá paridades FEC y detección de errores. Si se recibe sin errores, ya está. Si se recibe por error, se puede intentar corregir el error combinando la información recibida de ambas transmisiones.
Sólo el ARQ híbrido Tipo I sufre pérdida de capacidad en condiciones de señal intensa. 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 intensa, el ARQ híbrido tipo II funciona con tan buena capacidad como el ARQ estándar. En condiciones de señal deficiente, el ARQ híbrido tipo II funciona con tan buena sensibilidad como el FEC estándar.
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 determinadas no puedan decodificarse independientemente sin error, puede suceder que la combinación de las transmisiones recibidas previamente erróneamente nos proporcione suficiente información para decodificarlas correctamente. Hay dos métodos principales de combinación suave en HARQ:
Existen varias variantes de los dos métodos principales. Por ejemplo, en una Chase parcial que combina sólo se retransmite un subconjunto de los bits de la transmisión original. En la redundancia incremental parcial, los bits sistemáticos siempre se incluyen para 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 perforado de 1/3 , luego, durante cada (re)transmisión, el bloque codificado generalmente se perfora aún 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 bits codificados diferentes en cada momento. Aunque el estándar HSDPA admite tanto la combinación Chase como la redundancia incremental, se ha demostrado que la redundancia incremental casi siempre funciona mejor que la combinación Chase, a costa de una mayor complejidad. [3]
HARQ se puede utilizar en modo de parada y espera o en modo de repetición selectiva . Detenerse y esperar es más sencillo, 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 reconocimiento, otro proceso puede usar el canal para enviar más datos.
Hay otros códigos de corrección de errores directos que se pueden usar en un esquema HARQ además de los códigos Turbo, por ejemplo, el código extendido de repetición-acumulación irregular (eIRA) y el código de velocidad compatible con codificación eficiente (E2RC), ambos de paridad de baja densidad. comprobar códigos .
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 tipo I se utiliza en ITU-T G.hn , un estándar de red de área local de alta velocidad que puede funcionar a velocidades de datos de hasta 1 Gbit/s a través del cableado doméstico existente ( líneas eléctricas , líneas telefónicas y cables coaxiales ). G.hn utiliza CRC-32C para detección de errores, LDPC para corrección de errores directos y repetición selectiva para ARQ.