5G HARQ-ACK – Hybrydowe potwierdzenie automatycznego ponownego żądania transmisji

5G HARQ-ACK – Hybrydowe potwierdzenie automatycznego ponownego żądania transmisji

Wczoraj omówiliśmy E-UTRAN w architekturze 5G, a dziś pokażę Ci dokładnie, jak działa HARQ-ACK – jeden z kluczowych mechanizmów w komunikacji 5G, który odpowiada za potwierdzanie poprawnie odebranych danych lub inicjowanie retransmisji błędnych pakietów. Dzięki zrozumieniu HARQ-ACK łatwiej zauważyć, jak 5G osiąga niskie opóźnienia i wysoką niezawodność.

Co to jest HARQ-ACK w 5G?

HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request) to mechanizm stosowany w warstwie MAC (Medium Access Control), który pozwala szybko wykryć błędnie odebrane dane i automatycznie zażądać ich ponownej transmisji. HARQ-ACK to skrócona forma odpowiedzi (ACK/NACK) z informacją, czy dany pakiet został poprawnie odebrany.

• ACK (Acknowledgement) – potwierdzenie, że dane zostały odebrane poprawnie.
• NACK (Negative Acknowledgement) – informacja, że dane muszą być przesłane ponownie.

Jak działa HARQ w 5G?

Gdy urządzenie odbiera dane z sieci (np. z gNodeB), analizuje ich poprawność za pomocą kodowania korekcyjnego. Jeśli wykryje błąd, wysyła NACK. Nadajnik wtedy retransmituje ten sam pakiet, ale z dodatkową redundancją. Dzięki temu możliwe jest połączenie wielu transmisji w jeden poprawny blok danych – to tzw. komponent hybrydowy HARQ.

Typy HARQ w 5G

W 5G zastosowano dwa główne typy HARQ:

• Uplink HARQ – odpowiedzialny za potwierdzanie danych wysyłanych przez użytkownika (UE) do sieci.
• Downlink HARQ – działa w kierunku od sieci do urządzenia, np. pobieranie plików.

Każdy typ HARQ ma osobny zestaw buforów i struktur do obsługi potwierdzeń. W 5G HARQ może pracować z bardzo niskim opóźnieniem, co umożliwia tzw. krótką pętlę HARQ (short HARQ loop).

Cykle czasowe i opóźnienia HARQ

W systemie 5G opóźnienie między transmisją a odpowiedzią HARQ-ACK może wynosić zaledwie 4 sloty, czyli kilka milisekund. W porównaniu do LTE (zwykle 8 ms), 5G oferuje dużo szybszy czas reakcji.

Kodowanie HARQ i redundancja

W 5G HARQ korzysta z kodowania LDPC (dla danych użytkownika) lub Polar Codes (dla sygnałów kontrolnych). Każda retransmisja zwiększa skuteczność dekodowania poprzez dostarczenie dodatkowych informacji, co oznacza, że pakiety mogą być rekonstruowane na podstawie wielu niepełnych wersji.

Tryby pracy HARQ-ACK

HARQ-ACK może działać w kilku trybach zależnych od struktury PUCCH (Physical Uplink Control Channel), przez który urządzenie przesyła swoje odpowiedzi:

• PUCCH Format 1 – pojedynczy HARQ-ACK
• PUCCH Format 2/3 – wiele HARQ-ACK dla wielu przepływów danych (np. MIMO)

PUCCH w 5G ma rozszerzone możliwości, dlatego HARQ-ACK może zawierać informacje z kilku kanałów jednocześnie – np. danych z różnych warstw MIMO lub agregacji nośnych (Carrier Aggregation).

Zależność od architektury TDD i FDD

W 5G dostępne są różne układy ram czasowych:

• FDD (Frequency Division Duplex) – oddzielne pasma dla uplink i downlink, umożliwiające bardzo szybki cykl HARQ.
• TDD (Time Division Duplex) – te same częstotliwości naprzemiennie dla uplink i downlink, co wymaga dokładniejszego planowania slotów HARQ.

Zastosowania HARQ-ACK w sieci 5G

HARQ-ACK odgrywa kluczową rolę w zapewnianiu niezawodności, szczególnie w scenariuszach wymagających niskiego opóźnienia i wysokiej przepustowości:

• Streaming wideo 4K i 8K
• Gry w chmurze (cloud gaming)
• Aplikacje przemysłowe (np. robotyka czasu rzeczywistego)
• Komunikacja V2X (Vehicle-to-Everything)

Różnice między LTE a 5G w kontekście HARQ

Choć mechanizm HARQ istnieje zarówno w LTE, jak i w 5G, to nowa generacja sieci wprowadza kilka ulepszeń:

• Krótsza pętla HARQ (short HARQ loop)
• Większa liczba buforów HARQ (więcej jednoczesnych transmisji)
• Wsparcie dla większej elastyczności kanałów i agregacji nośnych

Co dalej? Inne powiązane mechanizmy

Jeśli chcesz jeszcze lepiej zrozumieć działanie 5G, warto poznać także:

• LDPC – Low-Density Parity Check: zaawansowane kodowanie korekcyjne używane w HARQ dla danych użytkownika.
• PUCCH i PUSCH: kanały fizyczne odpowiedzialne za przesyłanie danych i informacji sterujących.
• Scheduling i slot configuration: sposób planowania transmisji w zależności od dostępnych slotów i priorytetów aplikacji.

Jutro możemy zagłębić się w szczegóły LDPC i jego rolę w zwiększaniu niezawodności danych użytkownika – to logiczny kolejny krok po zrozumieniu HARQ-ACK.