|
URLLC应用场景及其关键技术
一、 概述
工信部5G技术研发试验第二阶段 “技术方案验证”中，低时延高可靠(URLLC)是一个重要的测试场景。2017年中国国际信息通信展的第二届5G创新发展高峰论坛上，IMT-2020(5G)推进组发布了第二阶段测试结果
那么，URLLC测试结果如何解读和连接，其应用场景和关键技术又有哪些哪
2017/9/18~20在芬兰赫尔辛基举行的IEEE通信和网络标准化工作会议上，爱立信主任级研究专家Janne Peisa博士作了 “5G URLLC通信技术”的讲座，本文借助其演讲文稿，对URLLC应用场景、指标需求以及关键技术进行分析。
[img][/img]
http://cscn2017.ieee-cscn.org/files/2017/08/Janne_Peisa_Ericsson_CSCN2017.pdf
二、 二阶段URLLC测试结果
低时延高可靠测试要求在大量数据包的基础上(>10^7)统计空口传送时延和丢包率，以确定时延和可靠性指标。根据ITU要求，空口时延应小于1ms，因此丢包率指标是在1ms时延的基础上进行统计的。比如，用户面下行传输丢包率的计算公式是，以成功传输并满足用户面下行单向时延小于1ms的包的数量除以总的测试包数量，得到下行传输丢包率。1ms的空口时延大致包括下行传输、上行传输、缓存、UE处理、BTS处理、传输链路时延等阶段。
测试规范中建议采用思博伦仪表进行收发包测试和统计。
设备规范中所要求的性能指标为：
5个测试厂家的配置各不相同，如TTI长度多种多样，如0.125ms、0.2ms、0.25ms以及0.5ms等。子载波间隔也有所不同，包括30/60KHz等，编码方式有Polar、LDPC以及Turbo等，且均采用了自包含帧结构。
测试结果表明，各厂家单向空口时延均小于0.64m，可靠性>99.999%，满足ITU要求。
三、 Janne Peisa博士讲座内容：5G URLLC技术
[img][/img]1． 5G URLLC应用场景
1.1 5G是应用场景驱动型技术
5G包括三大应用场景，即增强移动宽带(eMBB)、海量大连接(mMTC)以及重要大连接(cMTC)。其中，cMTC也称为低时延高可靠类业务，而URLLC的称呼也更流行。
eMBB包括以下各类场景及应用：家庭、企业、场馆、移动/固定/无线、非SIM设备、智能手机、VR/AR、4K/8K UHD、广播等。
mMTC特点是低成本、低能耗、小数据量、大量连接数。它包括以下各类场景及应用：智能抄表、智能农业、物流、追踪、车队管理等。
URLLC特点是高可靠、低时延、极高的可用性。它包括以下各类场景及应用：工业应用和控制、交通安全和控制、远程制造、远程培训、远程手术等。
1.2 用户场景与其支撑技术协同演进
各场景所对应的应用和相关技术也在不断演进中，图中对当前、5G路上、5G体验等阶段的场景和技术进行分析对比。
以eMBB、自动驾驶、制造业、能量和公共事业、健康管理为例，分析了当前、演进(5G路上)以及未来(5G体验)的业务特点及相关技术。列表翻译如下：
目前关键支撑技术主要是：网络多标准、Cat-M/NB-IoT、云华的优化网络功能和VNF编排等。
5G演进路上涉及的相关技术有：G比特LTE(TDD、FDD、LAA)、mMIMO、网络切片、动态业务编排、预防性分析等。
5G时代的关键技术有：5G NR、虚拟化RAN、联合网络切片、分布云、实时机器学习/AI等。
1.3 URLLC应用场景
图中坐标上，纵轴为端到端(E2E)时延，横轴为失败率(即可靠性)。
可靠性定义如下，一定时延范围内，由于包传送错误、丢失或者太迟而未成功传送的包的失败率。
图中给定的几种业务的时延和和可靠性要求陈述如下：
2． URLLC性能指标
3GPP TR38.913对URLLC的时延和可靠性方面的指标进行了定义。
对于URLLC，用户面上行时延目标是0.5ms,下行也是0.5ms。
注：图中2个五角星表示时延和可靠性。时延用纵坐标表示，约为0.5ms，可靠性则采用横坐标表示，对应1~10^(-5)的范围段。
3． URLLC场景具体描述
3.1 自动驾驶[img=0,1][/img][img=0,1][/img]
3.2 工业制造
[img][/img]
4．5G性能提升
5G网络可以采用一种体系加州支持多种产业形态。其带来的性能增益为：
10~100倍以上的终端用户速率 1000倍以上的移动数据量 5倍以上的时延降低 100倍以上的终端数增加 设备成本显著降低 10年以上的电池容量 20dB以上的覆盖增强
[img][/img]
[img][/img]
5．URLLC相关的5G新空口关键技术
5.1 5G新空口设计目标
5G无线接入基于现有技术的演进以及新的无线接入技术。
LTE演进需要考虑后向兼容性，而NR则无此要求，而这可以采用紧耦合方式进行连接。
5G可以采用灵活的频谱，比如授权频谱、授权共享频谱、非授权频谱，可以采用FDD和TDD模式。
5G新空口设计目标包括：
[img][/img]
5.2 5G新空口波形
[img=0,1][/img]
o 同一载波上参数集的混合使用 o 与LTE-M/NB-IoT及同步信号相兼容 5.3 5G参数集和部署
[img][/img]
[img=0,1][/img]
5.4 5G时隙结构
每个时隙中典型包括7个或者14个符号。
采用mini-slot的可能性：
- 适用于URLLC
- 可以穿插到其他传输中
- URLLC与其他业务如eMBB的有效复用
[img][/img]
5.5 快速上行接入
[img][/img]
o 由于NR中的处理非常快，所以可以降低时延和turn-around时间。
o 直接地接入信道
o 提供类似于下行的上行时延
注：关于上下行接入时延，2016年讲座稿中有些具体的对比信息，摘录如下：
5.6 5G新空口中与低时延相关的技术总结
[img][/img]
o 参数集越高，时隙长度越短 o 采用mini-slot进行低时延传送 o 快速处理
快速解码以便迅速的turn-around 采用快速HARQ和快速动态调度 FDD：可专用于URLLC TDD
o UL-DL配置的频繁转换：时隙长度和转换开销之间的权衡 o 快速的处理/turn-around
6．5G新空口RAN时延举例
[img][/img]
时延取决于新空口的配置：
7．低时延下的高可靠性技术
[img=0,1][/img]
o 多天线：在所有天线振子/站上的分集编码。
o 频率：采用宽带进行发送。
选择非常低的码率和低的调制星座图，以便在给定SINR下，提供非常低的BLER。 o 采用超级鲁棒性信道估算，尤其在SINR较低时
o 信道估算错误的余量
o 站内或者站间：移动中连接永远存在
8．如何实现高可靠性
[img=0,1][/img]
使用低码率来获得较低的错误 —> 低效且需要强壮的控制 在频域和时域中重复传送 —> 低效，但是要求低（less demanding）。 o 按需重传 o 重传越多，越可能使用较高的码率 –>高效 9．高可靠性的开销
[img][/img]
[img][/img]
10． 总结
5G将支持低时延高可靠类业务。
采用灵活参数集、mini-slot、无需grant的即时上行、快速调度来获得低时延。 采用多连接、分集合强壮的物理设计来获得高可靠性。
四、 工信部URLLC测试结果简单分析
根据前面分析，子载波间隔越大，时隙越短，时延越低。对比30KHz和60KHz，60KHz下时延较低，下行平均0.277ms，上行平均0.319ms。而采用30KHz时则在0.4~0.5之间。
同样30KHz子载波间隔条件下，厂家三采用了Mini-slot，即使TTI长度较大，其时延也相对较低。
| 
/2 
发表于 2017-10-18 22:15:00
