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3GPP宣布完成5G標(biāo)準(zhǔn)第二版規(guī)范R16,。R16相對(duì)于R15在網(wǎng)絡(luò)能力擴(kuò)展、挖潛以及降低運(yùn)營(yíng)成本等方面做了改進(jìn),，考慮向垂直行業(yè)擴(kuò)展是R16的重頭戲,，其中URLLC是焦點(diǎn)。本案例主要對(duì)NR超低時(shí)延相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行了深入研究,，為5G垂直行業(yè)的商用提供指導(dǎo)及建議,。圖一：IMT-2020與IMT-Advanced關(guān)鍵性能對(duì)比在3GPP協(xié)議TS38.913中，對(duì)時(shí)延需求的描述區(qū)分控制面與用戶面兩方面,?？刂泼妫貉舆t是指從電池有效狀態(tài)（例如，IDLE）移動(dòng)到開(kāi)始連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸（例如,，ACTIVE）的時(shí)間,，控制面時(shí)延目標(biāo)為10ms，如下截圖：圖二：3GPP對(duì)控制面時(shí)延要求描述用戶面：在上行和下行方向上,，成功從無(wú)線協(xié)議層L2/3 SDU入口點(diǎn)通過(guò)無(wú)線接口向無(wú)線協(xié)議層L2/3 SDU出口點(diǎn)傳送應(yīng)用層分組/消息所需的時(shí)間,。針對(duì)不同的場(chǎng)景和業(yè)務(wù)類(lèi)型，具體時(shí)延要求不同,。對(duì)于URLLC：用戶面時(shí)延的目標(biāo)應(yīng)為UL 0.5ms,，DL 0.5ms；對(duì)于eMBB場(chǎng)景：用戶面時(shí)延的目標(biāo)應(yīng)為UL 4ms,，DL 4ms,。綜合上述內(nèi)容，1ms是指的空口時(shí)延,，而這1ms在空口如何來(lái)實(shí)現(xiàn)呢,？圖三：3GPP對(duì)用戶面時(shí)延要求描述對(duì)比于4G來(lái)看5G空口的實(shí)現(xiàn)，打個(gè)比方,，如果我們想郵寄一個(gè)包裹,，我們需要先通知快遞公司（發(fā)送請(qǐng)求SR），快遞公司收到消息后將安排快遞員上門(mén)收取包裹（分配資源UL Grant）,，快遞員到門(mén)口后裝上包裹就發(fā)往目的地（Data數(shù)傳），對(duì)方收到貨后我們會(huì)收到一個(gè)包裹到達(dá)的消息（HARQ）以便確認(rèn),。整個(gè)流程如下圖：對(duì)于5G TDD系統(tǒng)來(lái)說(shuō),，它是時(shí)分雙工，上行（UL）和下行（DL）不能同時(shí)進(jìn)行,，在時(shí)間維度上分別交替的進(jìn)行,。這樣在整個(gè)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生很大的時(shí)延，上述的例子中,，完成包裹的遞送需要8秒,。如果要減小時(shí)延,，直接的辦法就是減小上下行（UL/DL）之間的間隔，甚至如FDD完全分開(kāi)上下行異步進(jìn)行,。根據(jù)下面的時(shí)序圖,，TD-LTE的子載波SCS固定15kHz，UE可以在大約8ms可以完成數(shù)據(jù)的傳送,，如果對(duì)端沒(méi)有收到,，還需要進(jìn)行重傳（HARQ），那么整個(gè)時(shí)長(zhǎng)就會(huì)翻倍（實(shí)際上根據(jù)LTE的HARQ間隔要求,，UE是無(wú)法在一個(gè)10ms內(nèi)完成一個(gè)上行報(bào)文的數(shù)傳）,。5G首先采用靈活無(wú)線幀結(jié)構(gòu)，NR numerology支持15kHz,、30kHz,、60kHz、120kHz,、240kHz可變的子載波SCS,，當(dāng)SCS變大時(shí)，上下行之間的間隔就變?。l域與時(shí)域成反比）,，從下圖中可以看出，當(dāng)SCS=120kHz時(shí),，UE可以在將近1ms內(nèi)容完成上行數(shù)傳,。除了靈活子載波間隔，5G協(xié)議還提出了自包含時(shí)隙（self-contained slot）,，進(jìn)一步的減小了時(shí)延,。以SCS=30kHz為例，1個(gè)時(shí)隙中有14個(gè)符號(hào),，14個(gè)符號(hào)可以自定義上下行,，如下圖所示，那么UE可以在0.5ms內(nèi)完成上行數(shù)據(jù)的數(shù)傳,。圖七：自包含時(shí)隙結(jié)構(gòu)示意圖另外,，在資源利用與調(diào)度過(guò)程中，還可以采用“下行搶占性調(diào)度”與“上行免授權(quán)調(diào)度”兩種調(diào)度方案,，從下行與上行兩個(gè)方向來(lái)保障低時(shí)延的需求,。下行搶占性調(diào)度：由于無(wú)線空口資源的有限性，當(dāng)某時(shí)刻沒(méi)有空余資源時(shí),，數(shù)據(jù)需要等待到下一個(gè)時(shí)刻才能被調(diào)度發(fā)送,，這樣就會(huì)增加時(shí)延。對(duì)于URLLC下行業(yè)務(wù),，如果某時(shí)刻沒(méi)有時(shí)頻資源,，那么URLLC業(yè)務(wù)將搶占eMMB業(yè)務(wù)的資源,。 基站在下行調(diào)度過(guò)程中，可以給eMBB用戶發(fā)送搶占指示（PI）,，以指示eMBB用戶的資源塊中包含URLLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù),，基站將那些被打孔的資源分配給URLLC傳輸（eMBB用戶在解碼數(shù)據(jù)時(shí)不考慮被打孔的資源），以便URLLC數(shù)據(jù)包可以盡快在空口發(fā)送,，而不用等到有空余資源時(shí)再發(fā)送URLLC數(shù)據(jù),。上行免授權(quán)調(diào)度：上行傳輸時(shí)的免授權(quán)調(diào)度資源（configure grant，簡(jiǎn)稱CG）由基站配置給UE,，這些資源是周期性的,，UE不需要請(qǐng)求調(diào)度（SR和UL Grant）， 就可以直接使用這些CG資源在PUSCH（上行共享信道）上發(fā)送數(shù)據(jù),，減少了信令流程步驟,，縮小了時(shí)延。圖九：上行免調(diào)度流程（虛線中為減少步驟）基于以上技術(shù),，R15協(xié)議落地產(chǎn)品解決方案,，基本可以同時(shí)滿足3ms的空口時(shí)延和99.999%的可靠性，但是對(duì)于工廠自動(dòng)化場(chǎng)景,，滿足0.5ms-1ms的空口時(shí)延的同時(shí),，需要實(shí)現(xiàn)99.9999%的可靠性，眾多廠家的系統(tǒng)仿真顯示目前R15的技術(shù)基本上是無(wú)法滿足的,，必須通過(guò)R16的一些增強(qiáng)技術(shù)來(lái)提升URLLC場(chǎng)景的空口時(shí)延性能,。參考3GPP協(xié)議TS38.824中部分描述，主要增強(qiáng)技術(shù)包括：PDCCH控制信道增強(qiáng),、PUSCH上行共享信道時(shí)隙內(nèi)重復(fù),、上行控制信號(hào)增強(qiáng)、UE間eMBB和URLLC復(fù)用增強(qiáng)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)更低時(shí)延,。對(duì)于完整業(yè)務(wù)應(yīng)用來(lái)說(shuō),，空口時(shí)延減少只是其中一部分，如果要減小終端到應(yīng)用服務(wù)器的E2E時(shí)延,，最重要的還是要把核心網(wǎng)的UPF下沉到邊緣,，縮短UPF與應(yīng)用服務(wù)器的距離，可以大大縮小傳輸時(shí)延,。如下圖所示,，一般核心層設(shè)備都是部署在省公司機(jī)房，對(duì)于工業(yè)園區(qū)的一些地方城市的企業(yè),，他們的應(yīng)用服務(wù)器在本地的園區(qū)。如果沒(méi)有UPF的下層（MEC邊緣計(jì)算）,，必然會(huì)導(dǎo)致路由的迂回,，增加了傳輸路徑和時(shí)延,。因?yàn)橛辛薝PF本地部署，直接與本地的服務(wù)器發(fā)送信息,，減小路徑與時(shí)延,。
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