5G URLLC 是 ToB 的关键

Posted 2021-07-06 范桂飓

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• URLLC 的典型业务需求
• URLLC 的典型业务需求和流量模型
• URLLC 实现超低时延的关键技术
• URLLC 实现超高可靠性的关键技术

URLLC 的典型业务需求

URLLC 的典型业务需求和流量模型

URLLC 实现超低时延的关键技术

• 上行免授权：指 5G 基站 gNB 通过激活一次上行授权给 UE，在 UE 不收到去激活的情况下，将会一直使用第一次上行授权所指定资源进行上行传输。上行免授权调度通过一次授权，可以多次使用资源，减少了信令交互的时延。其有两种传输类型：

  • type 1：由半静态无线资源控制 RRC 通过高层信令进行配置。
  • type2：由态下行控制信息 DCI 进行指示上行免授权的激活和去激活。

• Mini-slot（微时隙）：5G NR 可以通过增大子载波间隔（SCS）可减小时隙长度，缩短调度周期，但这种方式系统调度周期仍然需要与时隙周期耦合。因此定义了 Mini-slot 进一步缩小调度周期，Mini-Slot 的起始位置是可变的，且持续时间比典型的 14 个符号的时隙更短，原则上可以最小一个 OFDM 符号，实际在 R15 中定义下行的支持 2/4/7 个持续符号的配置。上行支持 1/…/13 个持续符号配置。

• URLLC 抢占 eMBB：在资源调度中，规定 URLLC 业务可以抢占 eMBB 的资源，也可以使得低时延业务可以更快的传输，降低时延。 R15 规定了下行的抢占。

• DCI Format for URLLC：重新对于调度 URLLC 的 DCI Format 进行设计，DCI Format 的最小长度相对于 R15 中的 fallback DCI 将缩短 10~16 bit，而最大长度将于 R15 中的 fallback DCI。

• PUCCH 增强：主要关注进一步优化时延。在 R15 中，在 1 个 slot 中只有 1 个用于 HARQ-ACK 的 PUCCH 可以进行传输。而在 R16 中考虑 1 个 slot 中可有多个 PUCCH 可用于 HARQ-ACK 反馈。此外在 R16 中考虑对 1 个 UE 可以同时构建 2 个或 2 个以上的 HARQ-ACK 码本，以支持不同的业务传输。

• PUSCH 增强：为了增强无线传输的可靠性，R15 定义了 slot 级别的重复传输，但这不利于降低时延，R16 中增强支持 Mini-slot 级别的重复，同时支持多套免授权配置。弥补 R15 的不足，R15 支持了上行的 URLLC 抢占。

• TSN：R16 引入了 TSN（时延敏感网络），通过将 5G 系统作为一个网桥，透明集成在 TSN 网络中，实现 5G 系统的时延确定性。

URLLC 实现超高可靠性的关键技术

• URLLC 高可靠映射表：5G 支持根据不同的可靠性目标，配置不同的 CQI 和 MCS 映射表格，以下是 99% 可靠性的 MCS 映射表。CQI 和 MCS 映射表格原理是根据传输业务的 BLER 设定调制阶数，通过降低调制阶数来获得空口传输的可靠性，但其代价是降低了频谱效率。
  

• 数据重复传输：在上下行信道上进行 slot 的重复传输，可以放宽时延要求的条件下提升传输的可靠性。R15 仅能进行 slot 的重复，R16 增强为 Mini-slot 的重复传输，降低了对时延的影响。

• UE 间的上行复用：UE 可以基于 UL Cancelation 指示取消对应的上行传输。URLLC 的 UE 还可以通过动态 Power Boosting 的方式提升功率，提高上行传输的可靠性。

• PDCP 复制：前面介绍的都是在单链路上提高可靠性的技术。为了提升可靠性，还可以采用多个载波的方式提高可靠性。这种情况下通过 PDCP 在不同载波的复制，能够提高可靠性，并保持低时延。R15 支持 1 个 PDCP 到 2 个 RLC 的复制，R16 增加到 4 个。
  

无线网络的超高可靠设计，5G 网络在应用中还面临其它的可靠性风险，比如 gNB 与核心网的传输链路中断，这在某些环境下是常常发生的，比如：矿山、港口等，而这些行业的应用对于可靠性又有异乎寻常的要求，尤其是在承载的是生产业务的情况下，业务终端将会导致比较大的损失。因此 URLLC 还提供了以下冗余手段实现可靠性，以及在出现故障时保持业务的可用性：

• 端到端用户面冗余：即在 UE 和用户网络之间建立两条独立的 PDU Session，用于 URLLC 业务的传输。这适用于无线环境可能无法满足传输要求的场景。

• N3/N9 接口冗余：即为 PDU Session 建立两条独立的 N3/N9 隧道，适合无线满足要求，但是回传网络可能容易出现故障的场景。

• 单业务双终端冗余：在一个业务中通过两个终端两个 PDU Session 实现冗余传输，适合到无线和回传网络都可能无法满足要求的场景。

• N4 链路中断会话保持：对于下沉 UPF 的场景，由于传输链路导致 N4 接口断链，可在 UPF 中实现会话保持功能，保持业务的持续，这时原本建立会话的业务不会中断，但是新的业务无法建立。

• N4 断链新用户可接入：对于部署了下沉 5GC 的场景，因为用户签约数据在大网 5GC 上，通过 UDM 数据在两套 5GC 之间保持同步，当与大网 5GC 的链路中断时，可以在备用 5GC 上实现新业务的接入，提高网络整体可靠性。