如何保證URLLC的“超可靠、低時延”？

5G意味著什麼?意味著更快的上傳下載速度、炫酷的VR娛樂體驗、城市物聯、無人駕駛、遠端醫療等。5G時代定義了三大場景：eMBB( Enhanced Mobile Broadband，增強型移動寬頻)、URLLC(Ultra-reliable and Low Latency Communications，超可靠低時延通訊)、mMTC(Massive Machine Type of Communication, 海量機器類通訊)，每個場景都應用於不同的領域。

eMBB是5G中滿足人們通話的最基本需求;mMTC針對的是物聯網，在4G中已經有eMTC(enhanced Machine Type of Communication, 增強型機器類通訊)、NB-IoT(Narrow Band Internet of Things, 窄帶物聯網)等物聯網技術，透過演進至mMTC;唯獨URLLC似乎是一個全新的技術。那麼，我們今天的主角：URLLC，主要應用於哪些領域?例如，無人駕駛領域、遠端手術、工業應用和控制、交通安全和控制、遠端製造、遠端培訓等領域，這些領域對於可靠性和時延的要求可是極其高，否則可能就是人命關天的事。既然URLLC應用於這些領域，則它的特點就是：超可靠、低時延。 可能就大家就會產生一個疑問?如何保證URLLC的“超可靠、低時延”呢?那麼就從如下幾個方面簡單地掰扯掰扯一下。

超可靠

對於URLLC，可靠性要求可靠到什麼程度?使用者面時延1ms內，傳送32位元組包的可靠性為99.999%。

1、 魯棒性較強的編碼和調製階數

作為一個通訊人，都明白一個道理，也就是：在數字通訊中，調製階數越高，頻譜利用率越高，相應的誤位元速率也會越高。簡單從星座圖上理解的話，調製階數的高低，決定了星座圖上的星座點的疏密，星座圖上的星座點越密，譯碼的差錯機率就越高，而調製階數越高會使得星座點越多。

如果URLLC的調製對映表與LTE或者eMBB一樣，那麼就沒啥區別了。直接上圖對比一下URLLC和eMBB的調製對映表，URLLC的64QAM(Quadrature Amplitude Modulation, 正交振幅調製)調製對映表如圖1所示，eMBB的64QAM調製對映表如圖2所示。

圖1 URLLC 64QAM調製對映表

圖2 eMBB 64QAM調製對映表

從圖1和圖2中可以看出，在相同的MCS(Modulation and Coding Scheme，調製與編碼策略)下，URLLC的調製階數偏低，例如MCS Index = 10、MCS Index = 17等。也就是說，在相同的通道條件下，相比於eMBB而言，URLLC的自適應編碼調製結果更趨保守，調製階數偏低，更低的調製階數能減少星座圖上的星座點，這樣就增強了調製解調的容錯性。此外，還可以看出，在相同的MCS下，URLLC的目標位元速率也偏低，這樣也就提高了URLLC的抗干擾能力。

2、支援重複傳輸機制

如果瞭解過NB-IoT，就應該聽說過“重複傳輸”機制，因為在NB-IoT中就已引入重複傳輸機制。重複傳輸與HARQ(Hybrid Automatic Repeat reQuest, 混合自動重傳請求)重傳概念不同，重複是指對一個資料在一個週期內連續的k個時隙上重複傳輸k次，每個時隙上只有一個傳輸時機，同時k次重複傳輸所使用符號的位置和數量都相同。而在URLLC中也引入了重複傳輸機制，這樣可以提高傳輸的可靠性，也可以帶來一定的重複增益。

低時延

對於URLLC，低時延要求低到什麼程度?使用者面上行時延目標是0.5ms,下行也是0.5ms。

1、URLLC與eMBB業務共存

在URLLC和eMBB兩種下行業務共存時，為了滿足URLLC業務的低時延需求，基站可以使用搶佔的方式優先給URLLC業務資料分配資源，優先排程URLLC業務。為什麼會出現搶佔的方式呢?舉個例子，當URLLC業務資料到達基站時，如果資源都被eMBB給佔用了，此時無法給URLLC分資源了，那麼假如正在無人駕駛呢?資源無法給URLLC業務分配，那麼車上的人可能就要GAME OVER啦!因此，URLLC業務無法等待將正常傳輸的eMBB業務資料傳輸完成之後再對URLLC業務資料進行排程。而搶佔指的是，基站另可犧牲當前時隙上所有eMBB業務佔用的資源，就算資源已經被分配了，也要保住URLLC業務的資源排程，畢竟無人駕駛上坐的都是人，生命誠可貴呀。但是，這樣也會影響eMBB使用者資料的可靠性呀，如果超過10%的資源被URLLC業務搶佔了，eMBB的誤位元速率就會變高了，這樣話，運營商可能就不高興了，這搶佔不行呀，會影響使用者投訴呀。既然基站已經知道URLLC使用者已經佔用了eMBB使用者的資源，也知道了具體搶佔的資源，所以就有DCI2_1用於提前指示使用者搶佔的資源。

2、mini-slot機制

在eMBB中，最小的時間資源單位就是1個slot(根據頻段的不同，1個slot佔用的時長也不同)，其由14個OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, 正交分頻多工)符號組成，那麼對於URLLC而言呢?14個OFDM符號的時間資源單位是否滿足URLLC低時延的需求?在5G中，擁有了一個新的時間資源單位，即：mini-slot，它就是URLLC的時間資源單位，其由2個OFDM符號組成，那麼eMBB中由14個OFDM符號組成是Slot就含有7個mini-slot，其示意圖如圖3所示。

圖3 mini-slot示意圖

相對eMBBE而言，URLLC擁有更小的時間資源，採用mini-slot進行排程，這樣就縮短了資料的傳輸和處理時延。

3、多SR併發機制

終端(手機)在進行上行業務傳輸時，需要先傳送一個SR(Scheduling Request, 排程請求)給基站，以便獲得上行空口資源才行在指定位置進行上行資料的傳輸，而SR申請資源的迴路也會消耗相應的等待時間。而在5G中是支援多個SR併發的，那麼，為了促進對URLLC業務的支援，可透過將不同的邏輯通道與不同的SR進行關聯，這樣可以為URLLC業務提供更頻繁的SR機會，這樣也可以降低上行傳輸的時延。當然，多SR併發機制並不限制用於URLLC。

4、上行免授權機制

上行免授權(非動態排程，可參考文章：5G/NR 上行免授權)就是指gNB透過啟用一次上行授權給UE，在UE不收到去啟用的情況下，將會一直使用第一次上行授權所指定資源進行上行傳輸，示意圖如圖4所示。

圖4 上行免授權示意圖

上行免授權可以使得終端不需要向基站傳送SR進行資源請求，相對於動態排程的資料傳輸，省去了排程請求和資料排程的時延。為了提供更多、更密集的傳輸機會，以便更好的適應上行資料達到，減少等待時延，上行免授權資源的週期最小可配置為1個mini-slot(2個OFDM符號)，並且週期的大小可支援靈活配置。

此外，上行免授權支援重複傳輸的靈活起始配置，在一個週期中包含的對應RV=0的傳輸機會越多，能夠提供給上行免排程傳輸的起始機會越多，這樣可降低傳輸資料的等待時延。目前定義了{0,0,0,0}、{0,3,0,3}、{0,2,3,1}共計3個不同的RV序列，用以支援在可靠性和時延上的不同需求。

URLLC 是行動通訊行業切入垂直行業的一個突破口，是 5G 區別於 2G/3 G/4G 的一個典型場景，讓我們期待它的到來。