通信，就是將信息準(zhǔn)確無誤地從發(fā)件人傳遞給收件人的過程。信息在光纖，電纜中以電信號傳播，在傳播過程中信號會因為噪聲和干擾而“受傷”，因此我們需要想辦法保證信息傳遞的準(zhǔn)確性。
我前段時間網(wǎng)購了一只可愛的熊本熊，但是過了好幾天快遞記錄一直停滯不更新。我心急，聯(lián)系商家，他說跟快遞確認(rèn)可能小熊已經(jīng)丟了，于是給我重新發(fā)了一只。
可以粗略地將通信模型類比成網(wǎng)購熊本熊，其中的熊本熊就是需要傳遞的信息塊1（如下圖所示），商家是發(fā)送方（transmitter），我是接收方（receiver），委托的快遞是信道（可以簡單理解為信息傳遞的管道）。
我通過查詢快遞，發(fā)現(xiàn)熊本熊發(fā)貨異常，與商家聯(lián)系之后，他給我又發(fā)了一只過來。
在信息傳遞錯誤的情況下，會使用與我類似的策略：如果接收方發(fā)現(xiàn)信息有誤（不完整，損壞或者丟失），就要求發(fā)送方將原來的信息重新發(fā)送一次，這就是重傳機制。
重傳機制在日常生活中也非常常見，比如我們交談時候，如果沒有聽清楚，會不自覺地“嗯？”一聲，對方就會將剛才的話再說一遍。
我們通過聽到的語音片段，判斷對方發(fā)出的信息是否正確，那手機和計算機又怎么判斷發(fā)送信息是否正確呢？使用CRC校驗。
網(wǎng)購熊本熊，收到貨物之后，我怎么判斷是我買的那只呢？
我會將它與網(wǎng)店的照片和描述進行比對，比如外觀，顏色，材質(zhì)，樣式等等，如果這些關(guān)鍵信息與網(wǎng)店描述一致，那么就可以肯定我收到的是正品。與商家確認(rèn)之前，我利用了網(wǎng)店的冗余信息，判斷網(wǎng)購貨物的真?zhèn)巍?/p>
前向錯誤更正是一種在單向通信系統(tǒng)中控制傳輸錯誤的技術(shù)，通過連同數(shù)據(jù)發(fā)送額外的資訊進行錯誤恢復(fù)，以降低比特誤碼率。
電子設(shè)備也是根據(jù)發(fā)送信息中攜帶的冗余信息來驗證正確性的，這種技術(shù)角前向錯誤更正。所有的電子設(shè)備與人類不同，它們只認(rèn)識0和1，傳遞的信息也是一串010101010101...一樣的碼流，所以在傳送的信息碼流之后，發(fā)送方會添加與信息碼流相關(guān)的冗余信息，供接收方判斷收到信息的正確性。本質(zhì)上，是通過一系列的運算，提取出信息碼流的特征，用冗余信息描述，并將冗余信息附在信息碼流的之后一起發(fā)送出去。
如下圖所示，黃色塊是信息比特，CRC bits就是冗余信息。接收方解碼出信息比特，再運算出CRC bits與發(fā)送的CRC bits進行比較：如果相同，則信息接收無誤，否則說明信息傳輸錯誤。CRC的具體的機制可以參考我之前的博文CRC校驗編碼。
之前介紹的重傳機制就是一種ARQ(Automatic Repeat-reQuest)技術(shù)。
如下圖所示，接收方在收到信息之后，會借助前向錯誤更正技術(shù)來判斷收到的信息是否損壞，如果沒有則反饋一條ACK(ACKnowledgement)的信息，告訴發(fā)送方信息已經(jīng)正確接收，發(fā)送方知曉之后繼續(xù)發(fā)送新的信息；否則，如果發(fā)現(xiàn)有誤，就丟棄該信息，然后發(fā)送一條Non-ACKnowledgement（NACK）的反饋信息，發(fā)送方收到信息之后會重新發(fā)送原來的信息。
該技術(shù)有如下幾個關(guān)鍵特征：
我們留意到，如果信息有誤就直接丟棄，丟棄掉的信息僅僅是部分損壞，那如果不丟棄，是不是可以利用里面的信息解碼呢？
答案是肯定的。有一個很直觀的例子，比如發(fā)送一頁書，只是后面的一小部分模糊不清，如果重發(fā)之后之前損壞的那一小部分是好的，就可以將二者拼接起來，完整地復(fù)原之前的結(jié)果，這里的“拼接”就是通信信號中的軟合并（soft combine）技術(shù)。
如上圖所示，很明顯如果將之前傳輸有誤的數(shù)據(jù)緩存起來，與現(xiàn)有的損壞數(shù)據(jù)做分集合并，必然會提高信息正確解碼的概率，這種結(jié)合了分集合并和ARQ的技術(shù)就稱為HARQ，即混合ARQ技術(shù)。
HARQ與之前的ARQ有兩個顯著區(qū)別：
如上圖所示，如果數(shù)據(jù)塊2一直發(fā)送失敗，接收方會一直反饋失敗，直到與本地緩存數(shù)據(jù)聯(lián)合正確解碼為止。
根據(jù)發(fā)送方重發(fā)數(shù)據(jù)的內(nèi)容是否一致，可以將HARQ分為跟蹤合并和增量冗余兩種類型。
發(fā)送端將原始信息比特(Information Bits)加上CRC(Cyclic Redundancy Check, CRC)后通過Turbo Encoder編碼產(chǎn)生數(shù)據(jù)包(Coded Bits)，無論首次還是之后重傳都要發(fā)送這個數(shù)據(jù)包Coded Bits，接收方則利用Maximum-ratio概念組合現(xiàn)在及之前收到的Coded Bits后，再進入解碼器(Decoder)。由於每次重傳都與第一次傳的資料相同，所以並不會增加編碼率(Coding Rate)，但可以在每次重傳時都增加訊噪比(Signal to Noise Ratio, SNR)Eb/N0。
與Chase Combining不同的是，傳送端在傳送前會將Coded Bits透過循環(huán)緩衝器(Circular Buffer)用打孔(Puncturing)的方式分成四種冗餘版本(Redundancy Version, RV)第一次傳送r.v.=0，若有需要重傳，通常會依序再傳r.v.=2、r.v.=3及r.v.=1的部分，若傳送四次合併之後仍無法正確解碼，才會全部捨棄再從頭重傳一遍，其相關(guān)概念如圖5所示。LTE中的HARQ結(jié)合Soft Combining都是以Incremental Redundancy為主。因此，F(xiàn)EC及Soft Combining提供的低誤碼率，將可以大幅減少傳統(tǒng)ARQ所必須重傳的次數(shù)。
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