URLLC应用场景及其关键技术（....docx

1、URLLC应用场景及其关键技术(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JannePeisa博士作了5GURLLC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。Dr.JannePe

2、isa,EricssonResearch,FinlandTitle:SGlechniquesforUltraReliablelowLatencyCOCAbstract:5Gsystemshasbeendesignedtoaddressavarietyofdifferentusecases.OneofthemostchallengingusecasesistheUltraReliableLowLatencyCommunication(URLLC),Inthistalk,thedifferentURLLC叩PliCatiOnSarereviewedandthebasic5Gtechniquesus

3、edtosupportURLLCareevaluatedBioUannehasbeenworkingatEricssonintheresearchanddevelopmentof3G,4Gand5Gsystemssince1998.Previously,hehascoordinatedEricsson,sradio-accessnetworkstandardizationactivitiesin3GPFandCUrrenHyArleIhziPri*eezwDACZkChCtArlHCCrr1卜gInArAkIA/4thzPri*cczrIEgr*czfVnar/files/2017/08/Ja

4、nne_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（10八7）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Ims,因此丢包率指标是在ImS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Ims的包的数量除以总的测试包数量，得到下行传输丢包率。Ims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：场景重点性能指标

5、空口时延可靠性5个测试厂家的配置各不相同，如TTl长度多种多样，如0.125ms、0.2mss0.25ms以及0.5ms等。子载波间隔也有所不同，包括3060KHz等，编码方式有Polar.LDPC以及TUrb。等，且均采用了自包含帧结构。测试结果：低时延高可靠Mlr4LWC自包含三GsJ7SkHzIurbcR11H1更短的子被和自包含的帧结构设计，以及采用先进编码方式.实现更短的至口时延和更高的可寡性各厂家单向空口时延均小于064ms,可im99.999%可满足11关于空口时延lms可靠性99.999%的性测试结果表明，各厂家单向空口时延均小于064m,可靠性99.999%,满足ITU要求。

6、三、JannePeisa博士讲座内容：5GURLLC技术1. 5GURLLC应用场景1.1 5G是应用场景驱动型技术5GISUSECASEDRIVENCriticalMTCMassiveMTCmw11a三wt昌ttAM11LMitncsw.B*3W*CCMT三QI.MusmLAmXAnOM&ctfwx.WMOrYYUMKMvIOWCOST4LOWENEPGYSmmloaiavoluksIAASSfviENUMKRSEEnhancedmobilebroadbandUlTRARELIABLEVERYLOWLATENCYVERYHKJHAVAIlAflIUTY5G包括三大应用场景，即增强移动宽带(e

7、MBB)、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、4K8KUHDs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IUSECASEEVOLUTIONWITHSUPP

8、ORTINGWTECHNOLOGY”一,IEnhancedMoMe1Broadband口Scmm国Mrywtara5)HMtCKteBSBJWWCAuiomotrve国筝OndMnand/&Avm*ngRQMame*r11uen*vMclorit上0AutanomoueCCrMIManufactunng士.才PTOCMBd3t*m*jn.二:Flowmva9cMonarFtomolDMMW36MIMulkSUrxMrdfw4worIXMUNeiOTQgeXLTt(TDD.FDO.LAA)IvJdRAN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

9、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：当前5G路上5G体脸eMBB到处都是屏尊.新二县拉真加眩自动驾嗖按需信息实时信息，车对车目盆腔制制造业三三自砒流量管理和远程监视云化机器人和远程控制能量和公共事业二表砥能06电线路、天然气管道等的1系统网络资源旨理和皂动化机器智育港口实时控制健康管理医生和笔者的注接监视和键索管理远程攥作技术网络多标准GttLTE(TDD、FDD、LAA)Cat-MZNB-IoTmMIMO5GNR云华的优化网络功能网络切片翻化RANVNFa动态业务制联合网络

10、切片目前关键支撑技术主要是：网络多标准、Cat-MNB-IoTs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）smMIMOs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：5GNRs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C-MTCUSECASESLATENCY&RELIABILITY图中坐标上，纵轴为端到端（E2E）时延，横轴为失败率（即可靠性）。Highreliability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

11、时延和和可靠性要求陈述如下： 远程控制：时延要求低，可靠性要求低。 工厂自动化：时延要求高，可靠性要求高。 智能管道抄表等管理：可靠性要求高，时延要求适中。 过程自动化：可靠性要求高，时延要求低。 车辆自动指弓I/ITS/触觉Intemet:时延要求高,可靠性要求降低。2016年5月相关演讲稿中提供了如下信息，更为具体和形象。但是其中也仅指明了时延指标，可靠性要求没有提供，所以还需要与上述坐标图一起对比分析。FactoryAutomation1msTMotionControl1msIntelligentTransportationSystems5msSmartGrid颔TactileInter

12、netRemoteControl5-1msProcessAutomationAutomatedGuidedVehicle2. URLLC性能指标3GPPTR38.913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。可靠性定义为在特定时延内传送X字节数据包的成功率。这里的时延是指在特定信道质量条件下（如覆盖边缘），从一端L23SDU入口到无线接口协议层的另一端的L2/3SDU出口间传送小包的时延。通常URLLC一次传送的可靠性要求为：用户面时延Ims内，传送32字节包的可靠性为1-10(-5)oLATENCY&RELIABIL

13、ITYJtOm,hon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110人(-5)的范围段。3. URLLc场景具体描述3.1 自动驾驶TIVEUSECASEEVOLUTIONPredbdiveIrUMritePanCeofvehicleCapturingsensordataforrealtimetraffic,weather,paricing,andAUT0WiFHotspotAutonomousvehiclecontrolCooperativecollisionavoidanceAUTOMOTIVEUSECASEREQUIREMENTS

14、I4.ZZtiCUmtroadIo5G“二,_dL一冽的ReducedlatencyHighthroughputLatency:5msAVMab(trty99,999%RehaMrty:99,999%Mobility:Htgh3.2工业制造MUnMUndardnetwortoCtoudop(ttzeMasuveMIMO5GMRRANvirtualizationUSECASEcommunicationCollaborativerobotsDistributedtrolsystemRemotecontrolofrobotsAugmentedrealitysupportmtraining,maint

15、enance.MANUFACTURINGREQUIREMENTSWCoverageReducedIMenCyLatencyD(Mntobelow1msRobustperformanceHighthroughputReliability:D*ntopacketloss5GNRRANVtftUai(ZatJOnof*ssthan10*MuHpslandardnetworksCat-ML1NB-IoTGtgabrtLTE(TDD,FDD.LAA)MassiveMIMO4.5G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： 10100倍以上的终端用户速率 1000倍以上的移

16、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10-10Qx5G：aNetworkfortheNETWORKEDSOCIETY3GPP5GTIMEPLANIMT-2020ITURequtrefnents3GPPrRequirementsNRStudyItemNRWlPhase1LTEevoSISetfevalatonNRWlsPhase2LTEevo5.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

17、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。5GRADIOACCESSEvolutionofexistingtechnology+Newradio-accesstechnologyRgmEvolutionofLTEEerWOrm!NRBackwardscompatibleJ,TNocompatibilityconstraints0U5G新空口设计目标包括：NR-SELECTEDDESIGNTARGETSUltra-leanForwardmpatibilityMwwnnMorfctrntnMssomnot*rcttyrltdto*r

18、司OKIol工Qg二jSaMtoRKMKlogy BasedonOFDM FlexibIeZscaIabIenumerology(sub-camerspacing.CPtTTI) Windowing/filtenngforenhancedspectralconfinement-Enablesmixingofnumerologesonthesamecarrier-CompatibilitywithLTE-M/NB-IoT,syncsignals ComplementaryDFT-precodngoptionforlowPAPRinuplinkNumtrologySymbolCyclicPrfl

19、xSlotdurationfTTI15kHz6667s476t500t(7)or1000s,4s30kHza.33”23s250l?)orSCClGOkHz1667s1.19125s(7s)or250t(14)基于OFDM,采用灵活可扩展的参数集(NUmerology,包括子载波间隔、CPsTTI等)。采用加窗和滤波技术来增强频谱限制(COnfinement)O同一载波上参数集的混合使用0与LTE-M/NB-IoT及同步信号相兼容上行采用互补的(ComPlementary)DFT预编码选项来降低PAPR参数集越高，时隙越短，时延越低5.3 5G参数集和部署NUMEROLOGYDEPLOYMEN

20、TS高频时，采用较大的子载波间隔，对较大的相位噪声的鲁棒性越强。低频时，采用较大的CPz可以处理大面积部署时的时间离散(dispersion)。高频时，降低符号长度有利于降低时延。LowerirequencyAMde-areaHIghef-frequencydeMoymentsdeploymenlswtllesstimedispersionFrequencydoman5.45G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URUC可以穿插到其他传输中URLLC与其他业务如eMBB的有效复用SLOTSTRUCTURES14symbols14symbols14

21、symbolswtel8SMEfficientmultiplexingofURLLCserviceswithegeMBBtraffic Typicalslotsof7or14symbols Possibilityofmini-slots-Suitableforlowlatencytrasmisskx(URLLC)-Canbepuncturedintoothertransmissions5.5快速上行接入FASTUPLINKACCESSScheduling-requestbaseduplinkaccessImprovedIatenaesandtunaroundtimesduetoveryfast

22、processinginNR)Grant-freeuplinkaccessDirectaccesstochannelProvidenfiguredtransmissionopportunitiesinuplinkAvoidsneedforschedulingrequestandschedulinggrantPreferablyavoidingexplicittimealignment(TA).Le.asynchronousaccessProvidessimilarlatenciesinuplinkasindo丽Iink基于调度请求的上行接入O由于NR中的处理非常快，所以可以降低时延和turn-

23、around时间。无需调度许可(Grarlt)的上行接入O直接地接入信道在上行提供可配置的传输机会避免采用调度请求和调度许可可以避免明确的时间同步(alignment)如同步接入。O提供类似于下行的上行时延FDDLATENCYSUMMARY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:SuMrmdurationSchedulingOptionprocessing500usDynamaC15ms2mSOOusInswitUpteAAccessIm11m250uDynamc075rm1E250usI11s4d11tUpicfcAccm05ms05g125usDyiwnc0

24、375toOSms125us.lnuntUtArAAccess025ma025rml.Dynamc018m9025ms625SImuntUpk*Accs0125ms0125mFDDUplinkSubfram*durationScMduMngOptionOptimisticProWinqPtsi11w*ticProcMn500usno1rm1ms250usrVo05ms05m125usNa025ms025msFDDDownlink5.65G新空口中与低时延相关的技术总结FastHARQFastdynamicschedulingFODgMllckminkslotsfMtproc*tsroundNR

25、TECHNIQUESFoRLOWLATENCYGeneral- HighCiumerologiesforshorterslotlengths- Mini-slotstoreglowlatencytransmissions- FastprocessingFastdecodingforquicktum-aroundEnablesfastHARQandfastdynamicscheduling FDD-CanbespecificallytorURLLC TDD-FrequentchangeofUL-DLallocationsneeded通用：O参数集越高，时隙长度越短O采用mini-slot进行低时

26、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URUCTDDOUL-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-around6.5G新空口RAN时延举例由助M三ib11r5ol30kHz.2s(nwo)500s*n,214sEXAMPLENRRANLATENCIESLatenciesdependonNRconfigurations- numerology- slotstructure- uplinkaccessschemeLatenciesassumedwithworst-casetiming(uwhatcan

27、beguaranteedbutassuminfastNRDrocessina时延取决于新空口的配置：参数集时隙结构上行接入方法表中时延是假定最坏情况下确保的timing,但假定新空口采用快速处理。7.低时延下的高可靠性技术TECHNIQUESFORHIGHRELIABILITYATLOWLATENCYSlNRExploitalldiversitylevels-Multi*antenna:diversitycodingoverallantennaelements/sites-FrequencysendoverRobustcodingandmodulation(MCSselection)()-Se

28、lectaverylowcoderateandlowmodulationConsteliabonorderForagivenSINR1theMCSshouldprovideverylowBLER- Robustchannel(state)estimation()- Extrarobustchannelestimation,inparticularforIoWSINR- MarginforchannelestimationerrorMuiti-Connectivitvondifferentfruanond。生(RATs采用所有分集级别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

29、发送。采用鲁棒性强的编码和调制阶数（MCS选择）选择非常低的码率和低的调制星座图，以便在给定SlNR下，提供非常低的BLERo鲁棒性强的信道（状态）估计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不同频率（RAT）上的多连接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HOWTOREACHRELIABILITY单时隙传送使用低码率来获得较低的错误一低效且需要强壮的控制 多时隙传送在频域和时域中重复传送一低效，但是要求低(IeSSdemanding)o 重传(基于HARQ)0按需重传 重传越多，越可能使用较高的码率-高效9.高可靠性的开销LTeMBLTEURLLC2

30、ymb.1rmrq-LT三URLLCZaymb5rmrqLTEURLLC7aymb.5rmrq.LTEURLLC14ymb.5mrqNwsdeAuuoueonbuadsYY105G将支持低时延IwJ可罪类业务。快速调度来获得低时延。采用灵活参数集、mini-slot,无需grant的即时上行、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TTI长度子栽波间隔编码方式帧结构厂商一0.125ns60kHz自包含厂商二0.25as30kHzLDPC码自包含厂商三C.5DS(IBini-slotf)30kHzLDPC码自包含厂商四0.25of30kHzPoIar+LDPC自包含根据前面分析,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0.40.5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。