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URLLC(高可靠低时延)发展史

 和老康一起学5G 2023-01-27 发布于陕西

无线通信应用中某些情况下需要极高可靠极低时延(如自动化控制和远程控制),其可靠性要求达到99.9999%速率100Mbps;而端到端延迟低于50ms

一、高可靠与低延迟无线通信中可靠性和延迟是两个不同的概念:

  • 为提高数据传输可靠性,通常添加冗余(包括潜在重传)方法完成;但这样做可靠性提高了,但增加了延迟。

  • 延迟服务是交互式通信服务,如游戏、视频电话中的用户数据可靠接受的延迟时间。

因此(更高)可靠性和(低)延迟在通信过程中是“相互对立”的一对矛盾。

二、高可靠低时延需求随着通信系统已逐渐成为其他行业的桥梁,网络中出现了许多新的需求,同时提供可靠性和低延迟的无线通信就显得异常重要,特别是在自主驾驶(V2X),机器通信(MTC/IoT)和智能工厂(CyberCav等)中的远程遥控这些领域。

三、Rel-14将高可靠和低时延需求列为专题进行研究;两种需求开始被视为同时的请求,如V2X服务的初始阶段要求(4G/LT)无线网络中支持“在某些特定用例中最大允许的延迟时间不超过100 ms,且没有任何损害可靠性”。

在Geran(2G)及NB-Iot中也寻求降低时延同时提高可靠性;如“对物联网扩展体系结构支持”目的是在不增加延迟情况下增加可靠性。

四、REL-15将高可靠和低延迟放在一起作为5G(NR)关键应用场景之一;在最初5G版本引入了“ EPC对E-UTRAN UTRAN超可靠的低时延通信”的逻辑根据。在全新5G(NR)中低时延被视为网络关键标准,其在5G核心网络为解决“可靠与时延冲突”的问题引入了“本地服务”的“边缘计算”功能,这也减轻端到端的延迟和传输网络的负荷;核心网络还改善了其QoS类标识符(QCIS)机制。

5G接入网中可在Slot的子时隙上进行(在通常情况下为一个Slot)最少为两个符号(在通常情况一个完整SLot中14个符号)的传输。如此短的传输主要针对使用延迟较低使用情况。在无线设计中引入了其他特异性以用于低时延(如PDCCH的频繁监测和特定PUCCH格式等)。

在4G无线网络中进行了许多优化以提高可靠性,其中:包括半静态CFI配置,PDSCH重复,UL SPS重复,PDCP数据包重复;粒状时间参考提供和减少系统采集时间的改进(EARFCN预处理,重新同步信号,MIB和SIB改进的解调性能及SI更新指示);此外EDT功能,HARQ反馈和UL数据压缩也可能有助于减少延迟。

五、REL-16和REL-17

Rel-16针对URLLC主要是引入了用于高可靠性通信的冗余传输。用户数据包通过两个不相交的用户面路径重复并同时传输给接收方,在接收侧只需消除冗余数据包。这样即使通过一条路径的数据包传输偶尔会失败或超过延迟要求,但可以避免服务故障。其中指定重复路径的可使用两个N3和N9隧道,也就是使用两个N3隧道的双重连接。在无线方面可以通过多种方式改进物理层以支持URLLC;其中包括新DCI格式,增强PDCCH监视能力,基于子锁的HARQ-ACK反馈,同时构建两个HARQ-ACK代码簿,PUSCH增强功能,Inter UE TX优先级/多路复用和BWP的多个活动配置的授予配置。工业物联网(IIOT)方面的垂直和LAN服务的支持也是针对降低延迟并提高可靠性的目标。

Rel-17 URLLC工作主要包含“增强工业物联网和NR的URLLC支持”。这主要涵盖了一些“针对HARQ-ACK和CSI报告的物理层反馈增强”以及“具有不同优先级的流量的内部多路复用和优先级”。

自REL-14为V2V引入NR SIDELINK(UE-UE-ue间直接通信)进一步改善了延迟的影响。在接入网中如“基于NB-iot覆盖范围载体选择”,NR的MIMO改进,NR上行链路数据压缩(UDC),NR的集成接入和回程传(IAB)的复式增强也有助于减少延迟;核心网络增强了边缘计算(EDGE)其有助于进行“边缘重定位(Edge relocation)”。

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