[최신모바일기술 #07] HARQ and ICIC

Hybrid-ARQ

ARQ

ARQ는 통신 과정에서의 오류 검출 및 재전송 메커니즘을 뜻하는데, 수신측에서 에러를 감지하면 송신측으로 NACK를 보고 이때 송신측에서 다시 재전송을 하는 과정이다.

 

그러나 기존 ARQ는 한 비트만 에러가 발생해도 ARQ를 하기에 latency가 커지고 많은 양의 패킷을 재전송했어야 하므로 전송 효율이 떨어지면서 overhead가 증가했다. 그래서 오류 정정 기능과 ARQ를 합친 HARQ가 탄생했다.

Hybrid ARQ

 

이때 수신자가 이전에 수신한 데이터를 버리지 않고 재사용해서 새로 받은 데이터와 결합하여 decoding하는 방법을 HARQ with Soft Combining이라 하고, 2가지가 존재한다.

 

1. CC(Chase Combining)
   • 송신자가 NACK를 받으면 처음 전송한 데이터 형태 그대로 재전송
   • 수신자는 재전송된 패킷과 첫 패킷을 MRC(Receive Diversity)로 결합하여 SNR최대화
   • 동일 데이터를 반복 전송하여 신뢰도를 높이지만 새로운 오류 정정 정보가 추가X
2. IR (Incremental Redundancy)
   • 송신자가 NACK을 받을때마다 Redundancy를 단계적으로 추가하여 재전송
   • 수신자는 재전송된 codeword와 기존 codeword를 결합하면서 오류 정정 능력이 향상
   • 성능은 CC보다 좋지만 높은 복잡성

또한 HARQ는 재전송 타이밍과 재전송 포맷에 따라 다음과 같이 나눌 수 있다.

• Synchronous : 일정한 타이밍
• Asynchronous : 불규칙한 타이밍
• Adaptive : 원래의 것과 다르게 전송
• Non-adaptive : 원래의 것과 같게 전송

그래서 HARQ를 LTE와 NR(5G)에서 사용하는 방식은 다음과 같다.

• LTE Downlink : IR-based, Asynchronous, Adaptive
• LTE Uplink : IR-based, Synchronous, Non-adaptive (기지국이 허용하면 예외적 Adaptive 가능)
• NR Downlink : IR-based, Asynchronous, Adaptive
• NR Uplink : IR-based, Asynchronous, Adaptive

LTE Uplink만 다른 이유는 LTE 시절 기지국은 스케쥴러가 있기 때문에 downlink를 이에 맞춰 원하는 타이밍에 할 수 있는데, 단말기는 스케쥴러에 따라 정해진 시간에만 전송해야 하므로 타이밍을 맞춰야 한다.

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ICIC

기존 OFDMA는 각 carrier들이 orthogonal하게 독립적이기 때문에 셀 내부에서 심볼 간의 간섭인 Intra-cell Interference가 없었다. 그러나 셀들 간의 간섭인 Inter-cell Interference가 문제가 되는데, 셀 경계에 있는 사용자가 동일한 주파수의 resource를 동시에 받게 되어 데이터 전송 품질이 크게 하락할 수 있다. 이를 해결하기 위해 ICIC를 사용한다.

 

ICIC(Inter-Cell Interference Coordination)은 셀 간의 간섭을 완화하여 OFDMA의 성능을 향상시키는 것이 목적으로 기존 셀 경계에서의 문제를 해결했다. 방법과 특징은 다음과 같다.

• 두 기지국의 스케쥴러 간 resource 할당 정보를 교환
• 그래서 frequency resource 할당과 전력 수준을 고려하게 되어 간섭을 완화
• 정보 교환 인터페이스는 LTE는 X2, NR은 Xn 사용
• ICIC 세부 알고리즘은 스케쥴링 알고리즘처럼 표준이 없고 제각각 다름