5G/NR 如何保证URLLC的“超可靠、低时延”？

5G意味着什么？意味着更快的上传下载速度、炫酷的VR娱乐体验、城市物联、无人驾驶、远程医疗等。5G时代定义了三大场景：eMBB( Enhanced Mobile Broadband，增强型移动宽带)、URLLC(Ultra-reliable and Low Latency Communications，超可靠低时延通信)、mMTC(MassiveMachine Type of Communication, 海量机器类通信)，每个场景都应用于不同的领域。

eMBB是5G中满足人们通话的最基本需求；mMTC针对的是物联网，在4G中已经有eMTC(enhanced Machine Type of Communication, 增强型机器类通信)、NB-IoT(Narrow BandInternet of Things, 窄带物联网)等物联网技术，通过演进至mMTC；唯独URLLC似乎是一个全新的技术。那么，我们今天的主角：URLLC，主要应用于哪些领域？例如，无人驾驶领域、远程手术、工业应用和控制、交通安全和控制、远程制造、远程培训等领域，这些领域对于可靠性和时延的要求可是极其高，否则可能就是人命关天的事。既然URLLC应用于这些领域，则它的特点就是：超可靠、低时延。 可能就大家就会产生一个疑问？如何保证URLLC的“超可靠、低时延”呢？那么就从如下几个方面简单地掰扯掰扯一下。

                                                 超可靠

对于URLLC，可靠性要求可靠到什么程度？用户面时延1ms内，传送32字节包的可靠性为99.999%。

1、 鲁棒性较强的编码和调制阶数

作为一个通信人，都明白一个道理，也就是：在数字通信中，调制阶数越高，频谱利用率越高，相应的误码率也会越高。简单从星座图上理解的话，调制阶数的高低，决定了星座图上的星座点的疏密，星座图上的星座点越密，译码的差错概率就越高，而调制阶数越高会使得星座点越多。

      如果URLLC的调制映射表与LTE或者eMBB一样，那么就没啥区别了。直接上图对比一下URLLC和eMBB的调制映射表，URLLC的64QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 正交振幅调制)调制映射表如图1所示，eMBB的64QAM调制映射表如图2所示。

                                    

                                                                    图1 URLLC 64QAM调制映射表

 

                                     

                                                                          图2 eMBB 64QAM调制映射表

从图1和图2中可以看出，在相同的MCS(Modulation and Coding Scheme，调制与编码策略)下，URLLC的调制阶数偏低，例如MCS Index = 10、MCS Index = 17等。也就是说，在相同的信道条件下，相比于eMBB而言，URLLC的自适应编码调制结果更趋保守，调制阶数偏低，更低的调制阶数能减少星座图上的星座点，这样就增强了调制解调的容错性。此外，还可以看出，在相同的MCS下，URLLC的目标码率也偏低，这样也就提高了URLLC的抗干扰能力。

2、支持重复传输机制

如果了解过NB-IoT，就应该听说过“重复传输”机制，因为在NB-IoT中就已引入重复传输机制。重复传输与HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest, 混合自动重传请求)重传概念不同，重复是指对一个数据在一个周期内连续的k个时隙上重复传输k次，每个时隙上只有一个传输时机，同时k次重复传输所使用符号的位置和数量都相同。而在URLLC中也引入了重复传输机制，这样可以提高传输的可靠性，也可以带来一定的重复增益。

                                                   低时延

对于URLLC，低时延要求低到什么程度？用户面上行时延目标是0.5ms,下行也是0.5ms。

1、URLLC与eMBB业务共存

在URLLC和eMBB两种下行业务共存时，为了满足URLLC业务的低时延需求，基站可以使用抢占的方式优先给URLLC业务数据分配资源，优先调度URLLC业务。为什么会出现抢占的方式呢？举个栗子，当URLLC业务数据到达基站时，如果资源都被eMBB给占用了，此时无法给URLLC分资源了，那么假如正在无人驾驶呢？资源无法给URLLC业务分配，那么车上的人可能就要GAME OVER啦！因此，URLLC业务无法等待将正常传输的eMBB业务数据传输完成之后再对URLLC业务数据进行调度。而抢占指的是，基站另可牺牲当前时隙上所有eMBB业务占用的资源，就算资源已经被分配了，也要保住URLLC业务的资源调度，毕竟无人驾驶上坐的都是人，生命诚可贵呀。但是，这样也会影响eMBB用户数据的可靠性呀，如果超过10%的资源被URLLC业务抢占了，eMBB的误码率就会变高了，这样话，运营商可能就不高兴了，这抢占不行呀，会影响用户投诉呀。既然基站已经知道URLLC用户已经占用了eMBB用户的资源，也知道了具体抢占的资源，所以就有DCI2_1用于提前指示用户抢占的资源。

2、mini-slot机制

在eMBB中，最小的时间资源单位就是1个slot(根据频段的不同，1个slot占用的时长也不同)，其由14个OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交频分复用)符号组成，那么对于URLLC而言呢？14个OFDM符号的时间资源单位是否满足URLLC低时延的需求？在5G中，拥有了一个新的时间资源单位，即：mini-slot，它就是URLLC的时间资源单位，其由2个OFDM符号组成，那么eMBB中由14个OFDM符号组成是Slot就含有7个mini-slot，其示意图如图3所示。

 

                                                                                   

                                                                                          图3 mini-slot示意图

相对eMBBE而言，URLLC拥有更小的时间资源，采用miniSlot进行调度，这样就缩短了数据的传输和处理时延。

3、多SR并发机制

终端(手机)在进行上行业务传输时，需要先发送一个SR(Scheduling Request, 调度请求)给基站，以便获得上行空口资源才行在指定位置进行上行数据的传输，而SR申请资源的回路也会消耗相应的等待时间。而在5G中是支持多个SR并发的，那么，为了促进对URLLC业务的支持，可通过将不同的逻辑信道与不同的SR进行关联，这样可以为URLLC业务提供更频繁的SR机会，这样也可以降低上行传输的时延。当然，多SR并发机制并不限制用于URLLC。

4、上行免授权机制

上行免授权(非动态调度，可参考文章：上行免授权就是指gNB通过**一次上行授权给UE，在UE不收到去**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，示意图如图4所示。

                                                    

                                                                                  图4 上行免授权示意图

上行免授权可以使得终端不需要向基站发送SR进行资源请求，相对于动态调度的数据传输，省去了调度请求和数据调度的时延。为了提供更多、更密集的传输机会，以便更好的适应上行数据达到，减少等待时延，上行免授权资源的周期最小可配置为1个mini-slot(2个OFDM符号)，并且周期的大小可支持灵活配置。

此外，上行免授权支持重复传输的灵活起始配置，在一个周期中包含的对应RV=0的传输机会越多，能够提供给上行免调度传输的起始机会越多，这样可降低传输数据的等待时延。目前定义了{0,0,0,0}、{0,3,0,3}、{0,2,3,1}共计3个不同的RV序列，用以支持在可靠性和时延上的不同需求。

URLLC 是移动通信行业切入垂直行业的一个突破口，是 5G 区别于 2G/3 G/4G 的一个典型场景，让我们期待它的到来。

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