5G URLLC关键技术分析

5G URLLC关键技术分析

  URLLC关键技术

  URLLC在3GPP标准化进程中包括低时延技术、高可靠技术以及URLLC与eMBB复用三个方面的研究。R15研究之初即成立工作项目,来研究子载波间隔、灵活帧结构以及短时隙调度等时延降低技术。截至R16,3GPP先后完成了URLLC用例的性能评估工作、物理层各信道的增强以及URLLC与eMBB上行复用等技术的研究及标准化,但仍然有很多优化工作预计留至R17来研究。

  为了实现uRLLC场景的低时延需求,3GPP在R15阶段提出以下解决方案:

  (1)支持灵活的帧结构。5G的NR(New Radio)支持LTE系统15KHz的载波间隔,还支持更多的间隔方案包括30KHz、60KHz、120KHz、240KHz,越高的载波间隔带来越低延迟性能;同时5GNR支持调整帧的结构,相较于LTE系统固定的一个子帧包括2个时隙,NR可以灵活的在1、2、4个时隙中切换以及可以灵活配置上下行配比,使得延迟大幅降低。

  (2)支持更小的调度周期—迷你时隙。时隙是最小的调度周期单位,LTE系统中包括时隙有14个符号组成,但是在NR中支持迷你时隙,迷你时隙可以支持2符号、3符号和4符号长度,更短的时隙可以降低反馈时延。

  (3) 灵活的PDCCH配置。搜索空间由一组候选PDCCH(Physical Downlink Control Channel)组成,搜索空间可以配置搜索类型、周期、时隙偏移、时隙数量、CORESET、DCI格式等参数。通过配置合理的PDCCH的监听周期和偏移值以及PDCCH在 一个时隙内的监听图样,可以实现较为密集的PDCCH 监听机会,一个时隙内具有多个PDCCH监测时刻,可以应对URLLC需求突发的业务场景,满足低时延的要求。

  (4)URLLC高优先级传输。URLLC低延迟场景的数据特点主要是突发性强但是数据量不大,所以NR支持URLLC采用抢占方式占据信道资源。在基站分配物理资源给eMBB业务时,就已经将eMBB业务的资源也同时分配给了URLLC业务,当URLLC抢占物理资源时,NR将抢占结果通知给UE,用以保证URLLC的低延迟要求。

  (5)采用边缘计算技术。5G网络可以将UPF用户面功能下沉到用户侧,边缘计算服务器与UPF共站部署,UPF识别到业务流的目的地址是本地,就分流到本地的边缘计算服务器进行业务处理,减少了业务的冗余传输路径,降低时延。

  在R16阶段,3GPP又进一步提出URLLC低时延增强解决方案:

  (1)免授权配置:基站预先配置周期性资源,UE不需向基站申请。UE预先向基站申请PUSCH(Physical Uplink Share Channel物理上行共享信道)使用的资源并配置好相应的参数。当有上行资源时,直接使用这些资源进行传输,省去了向基站发送调度请求、申请资源以及接收基站反馈的时间,保证了URLLC的低延迟要求。

  (2)HARQ反馈增强:在R15阶段,UE在一个时隙中在PUCCH上只能传输一次HARQ-ACK(Hybrid Automatic Repeat Request)。当UE为了降低时延需要在同一个时隙的PUCCH再次上发HARQ-ACK时,是不允许的。在R16阶段,允许在一个时隙内部的多个PUCCH信道上反馈HARQ-ACK,为了支持这种设计,R16终端要求UE至少支持两种HARQ编码方式且物理层可以识别。

  (3)支持时间敏感网络TSN和5G网络融合:实现时间敏感传输,保证时钟同步保。在PBCH中广播或在RRC层中发送高精度的参考时间,保障主时钟和终端时钟的精确时间同步,实现时间敏感传输。因为TSN技术是基础以太网传输技术发展的,所以TSN需要封装以太网帧头,但这样会降低传输效率,所以还需要压缩以太网帧头以提高数据传输效率,降低时延。

  URLLC主要应用场景

  5GURLLC场景最大的特点是低时延、高可靠性,URLLC场景的使用范围很大,在不同的场景对时延、可靠性和带宽的要求是不同的。具体来说包括电力自动化“三遥”场景、车联网场景和工业制造场景。

  1 电力自动化场景

  差动保护是电力网络的自我保护手段,将输电线两端的电气量进行比较以判断故障范围,实现故障的精准隔离,避免停电影响范围扩大。电网通信以光纤为主,但35kv以下配网未实现光纤覆盖,且部署场景复杂多样,需要无线网络作为通信载体。5G的URLLC场景非常适用于在电力自动化场景部署。

  2 工业制造场景

  工业制造的对技术性能要求很高,而高端制造业对车间设备的延迟和稳定性有着非常高的需求。5GURLLC的低时延和高可靠性非常适合在工作制造场场景应用,制造设备通过5G接入企业云或者现场控制系统,采集现场环境数据和生产数据,实时分析生产状况。(子午物联ziwuiot.com)实现整条生产线的无人化和无线化。

  3 车联网场景

  车联网由于特殊性,对于系统的安全可靠和超低延迟有着非常高的要求,5G的URLLC场景非常适合在车联网场景部署。车联网当前阶段主要车路协同技术,即在道路旁的基础施部署智能采集设备包括智能灯杆、智能交通灯,通过5G网络与车载电脑交互信息,大幅增加车辆对周围事务的感知能力,提高驾驶安全性,有效解决城市拥堵问题。

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