URLLC應用場景及其關(guān)鍵技術(shù)

第第頁URLLC應用場景及其關(guān)鍵技術(shù)URLLC應用場景及其關(guān)鍵技術(shù)一、

概述工信部5G技術(shù)研發(fā)試驗第二階段“技術(shù)方案驗證”中，低時延高可靠(URLLC)是一個重要的測試場景。2017年中國國際信息通信展的第二屆5G創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇上，IMT-2020(5G)推進組發(fā)布了第二階段測試結(jié)果。那么，URLLC測試結(jié)果如何解讀和連接，其應用場景和關(guān)鍵技術(shù)又有哪些哪？2017/9/18~20在芬蘭赫爾辛基舉行的IEEE通信和網(wǎng)絡標準化工作會議上，愛立信主任級研究專家JannePeisa博士作了“5GURLLC通信技術(shù)”的講座，本文借助其演講文稿，對URLLC應用場景、指標需求以及關(guān)鍵技術(shù)進行分析。二、

二階段URLLC測試結(jié)果低時延高可靠測試要求在大量數(shù)據(jù)包的基礎上(>10^7)統(tǒng)計空口傳送時延和丟包率，以確定時延和可靠性指標。根據(jù)ITU要求，空口時延應小于1ms，因此丟包率指標是在1ms時延的基礎上進行統(tǒng)計的。比如，用戶面下行傳輸丟包率的計算公式是，以成功傳輸并滿足用戶面下行單向時延小于1ms的包的數(shù)量除以總的測試包數(shù)量，得到下行傳輸丟包率。1ms的空口時延大致包括下行傳輸、上行傳輸、緩存、UE處理、BTS處理、傳輸鏈路時延等階段。測試規(guī)范中建議采用思博倫儀表進行收發(fā)包測試和統(tǒng)計。設備規(guī)范中所要求的性能指標為：5個測試廠家的配置各不相同，如TTI長度多種多樣，如0.125ms、0.2ms、0.25ms以及0.5ms等。子載波間隔也有所不同，包括30/60KHz等，編碼方式有Polar、LDPC以及Turbo等，且均采用了自包含幀結(jié)構(gòu)。測試結(jié)果表明，各廠家單向空口時延均小于0.64m，可靠性>99.999%，滿足ITU要求。三、

JannePeisa博士講座內(nèi)容：5GURLLC技術(shù)1．

5GURLLC應用場景1.1

5G是應用場景驅(qū)動型技術(shù)5G包括三大應用場景，即增強移動寬帶(eMBB)、海量大連接(mMTC)以及重要大連接(cMTC)。其中，cMTC也稱為低時延高可靠類業(yè)務，而URLLC的稱呼也更流行。eMBB包括以下各類場景及應用：家庭、企業(yè)、場館、移動/固定/無線、非SIM設備、智能手機、VR/AR、4K/8KUHD、廣播等。mMTC特點是低成本、低能耗、小數(shù)據(jù)量、大量連接數(shù)。它包括以下各類場景及應用：智能抄表、智能農(nóng)業(yè)、物流、追蹤、車隊管理等。URLLC特點是高可靠、低時延、極高的可用性。它包括以下各類場景及應用：工業(yè)應用和控制、交通安全和控制、遠程制造、遠程培訓、遠程手術(shù)等。1.2

用戶場景與其支撐技術(shù)協(xié)同演進各場景所對應的應用和相關(guān)技術(shù)也在不斷演進中，圖中對當前、5G路上、5G體驗等階段的場景和技術(shù)進行分析對比。以eMBB、自動駕駛、制造業(yè)、能量和公共事業(yè)、健康管理為例，分析了當前、演進(5G路上)以及未來(5G體驗)的業(yè)務特點及相關(guān)技術(shù)。列表翻譯如下：目前關(guān)鍵支撐技術(shù)主要是：網(wǎng)絡多標準、Cat-M/NB-IoT、云華的優(yōu)化網(wǎng)絡功能和VNF編排等。5G演進路上涉及的相關(guān)技術(shù)有：G比特LTE(TDD、FDD、LAA)、mMIMO、網(wǎng)絡切片、動態(tài)業(yè)務編排、預防性分析等。5G時代的關(guān)鍵技術(shù)有：5GNR、虛擬化RAN、聯(lián)合網(wǎng)絡切片、分布云、實時機器學習/AI等。1.3

URLLC應用場景圖中坐標上，縱軸為端到端(E2E)時延，橫軸為失敗率(即可靠性)?？煽啃远x如下，一定時延范圍內(nèi)，由于包傳送錯誤、丟失或者太遲而未成功傳送的包的失敗率。圖中給定的幾種業(yè)務的時延和和可靠性要求陳述如下：遠程控制：時延要求低，可靠性要求低。工廠自動化：時延要求高，可靠性要求高。智能管道抄表等管理：可靠性要求高，時延要求適中。過程自動化：可靠性要求高，時延要求低。車輛自動指引/ITS/觸覺Internet：時延要求高，可靠性要求降低。2016年5月相關(guān)演講稿中提供了如下信息，更為具體和形象。但是其中也僅指明了時延指標，可靠性要求沒有提供，所以還需要與上述坐標圖一起對比分析。2．

URLLC性能指標3GPPTR38.913對URLLC的時延和可靠性方面的指標進行了定義。對于URLLC，用戶面上行時延目標是0.5ms,下行也是0.5ms?？煽啃远x為在特定時延內(nèi)傳送X字節(jié)數(shù)據(jù)包的成功率。這里的時延是指在特定信道質(zhì)量條件下(如覆蓋邊緣)，從一端L2/3SDU入口到無線接口協(xié)議層的另一端的L2/3SDU出口間傳送小包的時延。通常URLLC一次傳送的可靠性要求為：用戶面時延1ms內(nèi)，傳送32字節(jié)包的可靠性為1~10^(-5)。注：圖中2個五角星表示時延和可靠性。時延用縱坐標表示，約為0.5ms，可靠性則采用橫坐標表示，對應1~10^(-5)的范圍段。3．

URLLC場景具體描述3.1

自動駕駛3.2

工業(yè)制造4．5G性能提升5G網(wǎng)絡可以采用一種體系加州支持多種產(chǎn)業(yè)形態(tài)。其帶來的性能增益為：10~100倍以上的終端用戶速率1000倍以上的移動數(shù)據(jù)量5倍以上的時延降低100倍以上的終端數(shù)增加設備成本顯著降低10年以上的電池容量20dB以上的覆蓋增強5．URLLC相關(guān)的5G新空口關(guān)鍵技術(shù)5.15G新空口設計目標5G無線接入基于現(xiàn)有技術(shù)的演進以及新的無線接入技術(shù)。LTE演進需要考慮后向兼容性，而NR則無此要求，而這可以采用緊耦合方式進行連接。5G可以采用靈活的頻譜，比如授權(quán)頻譜、授權(quán)共享頻譜、非授權(quán)頻譜，可以采用FDD和TDD模式。5G新空口設計目標包括：超簡潔(Ultra-lean)：與用戶數(shù)據(jù)傳送無直接關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡傳輸?shù)淖钚』跋蚣嫒荻噙B接多業(yè)務：網(wǎng)絡切片面向波束低時延：Mini-slot，one-slot5.25G新空口波形基于OFDM，采用靈活可擴展的參數(shù)集(Numerology，包括子載波間隔、CP、TTI等)。采用加窗和濾波技術(shù)來增強頻譜限制(confinement)o

同一載波上參數(shù)集的混合使用o

與LTE-M/NB-IoT及同步信號相兼容上行采用互補的(complementary)DFT預編碼選項來降低PAPR參數(shù)集越高，時隙越短，時延越低5.35G參數(shù)集和部署高頻時，采用較大的子載波間隔，對較大的相位噪聲的魯棒性越強。低頻時，采用較大的CP，可以處理大面積部署時的時間離散(dispersion)。高頻時，降低符號長度有利于降低時延。5.45G時隙結(jié)構(gòu)每個時隙中典型包括7個或者14個符號。采用mini-slot的可能性：適用于URLLC可以穿插到其他傳輸中URLLC與其他業(yè)務如eMBB的有效復用5.5快速上行接入基于調(diào)度請求的上行接入o

由于NR中的處理非?？?，所以可以降低時延和turn-around時間。無需調(diào)度許可(Grant)的上行接入o

直接地接入信道在上行提供可配置的傳輸機會避免采用調(diào)度請求和調(diào)度許可可以避免明確的時間同步(alignment)如同步接入。o

提供類似于下行的上行時延注：關(guān)于上下行接入時延，2016年講座稿中有些具體的對比信息，摘錄如下：5.6

5G新空口中與低時延相關(guān)的技術(shù)總結(jié)通用：o

參數(shù)集越高，時隙長度越短o

采用mini-slot進行低時延傳送o

快速處理快速解碼以便迅速的turn-around采用快速HARQ和快速動態(tài)調(diào)度FDD：可專用于URLLCTDDo

UL-DL配置的頻繁轉(zhuǎn)換：時隙長度和轉(zhuǎn)換開銷之間的權(quán)衡o

快速的處理/turn-around6．5G新空口RAN時延舉例時延取決于新空口的配置：參數(shù)集時隙結(jié)構(gòu)上行接入方法表中時延是假定最壞情況下確保的timing，但假定新空口采用快速處理。7．低時延下的高可靠性技術(shù)采用所有分集級別o

多天線：在所有天線振子/站上的分集編碼。o

頻率：采用寬帶進行發(fā)送。采用魯棒性強的編碼和調(diào)制階數(shù)(MCS選擇)選擇非常低的碼率和低的調(diào)制星座圖，以便在給定SINR下，提供非常低的BLER。魯棒性強的信道（狀態(tài)）估計o

采用超級魯棒性信道估算，尤其在SINR較低時o

信道估算錯誤的余量不同頻率(RAT)上的多連接o

站內(nèi)或者站間：移動中連接永遠存在8．如何實現(xiàn)高可靠性單時隙傳送使用低碼率來獲得較低的錯誤—>低效且需要強壯的控制多時隙傳送在頻域和時域中重復傳送—>低效，但是要求低（lessdemanding）。重傳(基于HARQ)o

按需重傳o

重傳越多，越可能使用較高的碼率–>高效9．高可靠性的開銷10．

總結(jié)5G將支持低時延高可靠類業(yè)務。采用靈活參數(shù)集、mini-slot、無需grant的即時上行、快速調(diào)度來獲得低時延。采用