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无线通信
2021/4/3 21:10

S^2:超低时延,超高可靠,是怎么实现的?

S2微沙龙  nf

如今,5G新空口(NR)系统的大规模商业部署,不仅满足了人类日益增长的通信需求,更是通过支持日新月异的创新应用潜移默化地改变人类的生活方式。在应用场景方面,5G支持了增强移动宽带(eMBB)、海量机器类型通信(mMTC)和超高可靠低时延通信(URLLC)三大类应用场景。

作为三大应用场景之一的URLLC(Ultra Reliable Low LatencyCommunication),主要应用于电力自动化、车联网、工业制造等。这类应用场景对通信的及时性和可靠性都提出了较高的要求。比如无人驾驶,如果时延较长,网络无法在极短时间内对数据进行响应,就有可能发生严重的交通事故,甚至危害人身安全。并且这类场景对网络可靠性的要求也很高,不像手机上网,如果网络不稳定,最多引起用户的不满。然而,这超低时延超高可靠的通信究竟是怎么实现的呢?下面小编对物理层采用的技术进行简述。

01 持低时延高可靠的第一步——NR Rel-15

3GPP于2018年发布了NR第一个Rel-15标准版本。在这一版本,URLLC主要应用于虚拟现实(VR)/增强现实(AR)等领域,需提供低至1ms的时延和高达99.999%的可靠性。

为实现低时延,NR采用的主要技术包括:

1)支持灵活的帧结构:与4G LTE只支持15kHz的子载波间隔,每个子帧固定长度1ms相比,5G NR支持多种子载波间隔。越高的子载波间隔每个时隙的传输时间越短,带来越低的延迟性能。并且对于TDD,NR支持更加灵活的上下行配置,可动态指示符号的上下行方向,大幅降低了上下行切换的时延。

2)引入更小的时间资源单位,支持符号级别的调度。数据信道映射类型B支持起始符号位置灵活配置,分配符号数量少,时延短。短格式的PUCCH仅占1~2个符号。

3)支持灵活的PDCCH配置:通过配置合理的PDCCH的监听周期和偏移值,可以实现较为密集的PDCCH 监听机会,可以应对URLLC需求突发的业务场景,满足低时延要求。

4)上行采用免调度授权的机制,终端可不需要通过基站上行授权直接发送数据。

5)定义终端对下行数据接收和上行数据发送的快速处理能力。

6)支持URLLC业务对eMBB业务的抢占:基站可以在已经分配的,用于eMBB业务数据的时频资源选择部分或全部资源传输URLLC业务数据,在选择的用于传输URLLC业务数据的时频资源上停止发送eMBB业务。

 为保证高可靠性,NR采用的方案有:

1)支持PDSCH、PUSCH的时隙聚合,PDCCH大的聚合等级,长格式的PUCCH重复传输,从而降低码率,提高可靠性。

2)设计支持低误码的CQI/MCS表格。

02 NR Rel-16对URLLC的增强

为满足工厂自动化(运动控制、控制到控制通信)、传输业(远程驾驶)和电力分配(智能电网)等应用场景的性能需求,NR Rel-16的URLLC增强支持0.5~1ms更低的时延和99.9999%的更高可靠性。为实现这一目标,Rel-16主要从以下几个方面进行了增强和特性补充。

1)PDCCH增强:

定义新的DCI格式:通过可配置的信息域大小,支持更小的DCI大小,提升可靠性。

PDCCH检测能力提升:基于span定义PDCCH盲检测次数上限和用于信道估计的不重叠CCE个数上限,一个时隙总的盲检测能力增大,保证时延和可靠性。

2)UCI反馈增强:

时隙内支持基于子时隙的多个可承载HARQ-ACK的PUCCH传输,减小HARQ-ACK反馈时延。

针对不同业务的HARQ码本独立反馈,减小反馈时延

3)PUSCH增强:

设计PUSCH重复类型B,针对一个传输块,基站发送一个上行授权或者上行免授权指示一个或多个名义PUSCH传输。终端在一个时隙中传输一个或者多个实际PUSCH副本,或者在连续多个可用的时隙中传输两个或者多个实际PUSCH副本,减小上行业务传输时延并提高可靠性。

4)上行免授权调度增强:

支持多套激活的上行免授权调度配置,使上行业务调度更及时。

5)下行半持续调度增强:

支持多套激活的下行半持续调度配置,使下行业务调度更及时。

6)上行终端间多业务复用

引入UL取消指示,URLLC上行业务到达可以取消另一个用户已经调度的eMBB业务,从而URLLC上行业务可以及时调度。

上行功率控制增强:一个用户的URLLC业务与另一个用于已经调度的eMBB业务传输冲突时,提高URLLC业务的上行发射功率,保证可靠性。

7)上行终端内多业务复用:

引入业务优先级指示。引入不同业务优先级间上行信道抢占规则,使得高优先级的业务先传输。

03 URLLC在NR Rel-17的进一步演进

目前NR Rel-17的相关标准正在讨论和制定中,对URLLC的进一步增强主要包括以下目标。最终标准如何,还将拭目以待。

1)研究、识别和规定所需的物理层反馈增强

·HARQ-ACK反馈增强

目前正在讨论的增强的主要内容有:

对TDD如何避免半持续调度的PDSCH的HARQ-ACK反馈由于PUCCH和下行或者灵活符号碰撞而导致的丢弃

对于下行半持续调度,没有承载业务的PDSCH的HARQ-ACK反馈不进行传输

对于下行半持续调度,承载业务的PDSCH的HARQ-ACK反馈载荷降低或不传输

PUCCH重复增强,支持基于子时隙的重复

传输取消的HARQ

基于子时隙PUCCH配置的Type 1 HARQ 码本

HARQ反馈的PUCCH载波切换

·可支持更精确MCS选择的CSI反馈增强

2)非授权频谱的受控环境中URLLC的上行增强

·针对基于帧的(Frame Based Equipment,FBE)先听后发(Listen Before Talk,LBT)机制,支持终端发起的连续占用时间COT

·协调上行免授权调度在NR-U中的增强和Rel-16中URLLC的增强,以应用于非授权频谱

3)基于Rel-16,进一步研究UE内具有不同优先级的业务的多路复用和优先传输

·规定不同优先级的业务HARQ-ACK/SR/CSI和PUSCH的复用行为,包括UCI在PUCCH和PUSCH上传输

·规定一个服务小区的一个BWP上具有不同优先级的重叠的动态调度的PUSCH和免授权调度的PUSCH的物理层优先传输,包括低优先级的PUSCH的相关取消行为

4)支持时间同步的增强功能,包括传播时延补偿增强等

URLLC是移动通信行业切入垂直行业的一个突破口。当前的5G网络仍然以支持eMBB业务为主,对于全面支持URLLC业务仍然有差距。小编也将持续关注URLLC的演进与增强,期待URLLC通过自动驾驶、工厂自动化和智能电网业务带来对整个社会巨大的变化。对于本文的不当之处,敬请读者批评指正。

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