5G三大应用场景中的URLLC

5G三大应用场景中的URLLC
5G三大应用场景中的URLLC
1 Urllc不是一个独立的技术，更不是一张独立的网络，他是5G所谓的新空口标准NR（New Radio）中，涉及大规模降低时延、提高可靠性的相关技术；
2 Urllc在目前的5G标准演进中，尚未有可以落地（即完成标准化仿真和认证指标确立）的技术细项，截至2018年底的R15，基本都是协议草稿和原始提案，乱得一B，别说外行了，我看得都头晕；
3 Urllc如果说相比较于之前的R14版本（LTE evolution）有些体现，主要是两点，一个是随着NR标准确立之后，一些明显能改善空口时延的特性，比如短符号周期Short Symbol，短的调度周期TTI等等，这是NR敢说自己空口时延能落到5ms以下（1ms最佳理论）的资本；另一个是发源于R14的LTE-v2x技术体系（注意这里是基于LTE的V2X，还不是NR-V2X），这个引人注目的车联网技术虽然实际没有落地，但是他要解决的问题和实际面临的部署场景，还是在他那个阶段（2016-17年）提出了不少具体的对于空中接口的增强需求，比如：
3.1 低时延，更短的调度周期；
3.2 低时延，提供直接的V to V的无线接口（广播），放弃寻址，放弃基站转发，直接实现车辆到车辆的信息互通；
3.3 低时延，提供新的调度方法，尽可能压缩因为调度所导致的时延；
3.3 高可靠性，更好的对抗多普勒频率偏移的机制，满足相对速度300km/h需求；
3.4 高可靠性，更可靠的空中接口，采用更高密度的DMRS（一种参考解调信号），会让空中接口的解调质量更高，误码率更低；
3.5 高可靠性，更好的数据重传机制，可以针对这种高速复杂电磁空间，尽可能快地把误码重传在更低的网络层次上完成；
…
4 因为去年的主标准版本R15，主要是针对eMBB设计，主要还是满足超宽带的需求，因为这个时期中，这个比较博人眼球，也比较利于5G的尽快推广和落地（所以才有美国Verizon的换标5G），所以其它关于urllc，和其最典型应用的V2X，就几乎没进展，很可惜；但是今年的R16，一定会在这方面发力的，去年的欠账都会加倍奉还；
5 至于你提到的其他方面，比如对抗恶劣环境的具体措施，标准内包含完善的评估手段提供给运营商和设备厂家做benchmark，但相对具体的标准措施，还会再晚一些，有个先后次序的问题；
6 最后说几句关于自动驾驶中，5G应该扮演何种角色的问题。这个是仁者见仁智者见智的问题，从标准角度看我们确实给出了…
computer restarting
OK for restarting-----
从现在的标准看，从LTE-V2X开始，3GPP一直是现有应用需求，再在应用需求所对应的技术边界之内找具体的实现方法的，这是个严谨的思路，也基本避免了“闭门造车”的情况出现，这个系统的方法论，一直工作的很好，毕竟网络投资是非常惊人的，慎重总是没错的；但我觉得现在的问题是，无线网络的发展终于来到了一个分水岭，3GPP在互联世界当中扮演的角色，管道化越来越严重，具体体现就是对于无线网络应用的距离感越来越强，也越来越外行了。无数例证已经可以证明这一点，3GPP和其背后的运营商和设备制造商，最终会回归“管道商”的基础定位，而无法继续兼职扮演“应用提供商”的角色。现在当下最直白的就是车联网，别说3GPP为代表的通讯界，就是汽车行业自己也没有一个明确的目标，整体感觉就是一个乱字了得，各说各道理，听起来都有点道理，但实际上未必就是最终答案。就比如老杨同志（杨学志同志），也只是一个固定通讯人对于车联网的思考，有他的价值，但肯定不全面，更显武断。
我举个栗子，NR-V2X的车联网应用建议里，上来就是车辆编队（plantooning）和远程驾驶（RC），这些企图彻底旁路目前单车智能的粗暴替代，看起来很美好，但确实很难落地，那这种应用来作为车联网的当下目标来讨论，吵过来吵过去的，没有任何意义。车联网的部署成本，包括设备成本、覆盖难度、优化难度、IOT难度…等等这些巨大的成本，可能不会被传统的无线网络模式所分担多少，毕竟标准的5G网络还是沿着住宅区和办公区进行建立和优化的。在这个基础上漫山遍野跨山跨海去覆盖各级公路体系，你当国家财政是太平洋里捞出来的，取之不尽用之不竭吗？
所以更现实的需求，还是交通整体流量信息的泛化普及、紧急路况信息的跨视距周知…等等类似弥补传感器不足的辅助性需求，最多能在单车的自动控制算法里做一个带系数的参数，数据融合之后被用作最终决策。这是最佳落地。
大一统的大心脏，通过车联网’的单点指挥全局，这种王道，现在看，真的还早。
编辑于 2019-03-12 16:47
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吃西兰花王
不拘一格
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URLLC究竟U到了什么程度？我也来强答一波。
结论先行，在我看来，URLLC空口的可靠性来自于以下几点：
1.偏保守的自适应编码调制
URLLC采用与eMBB不同的低频谱效率编码调制映射表，简单来说，相同的信道条件下，URLLC的自适应编码调制结果更趋保守，比如相同的MCS，eMBB的调制方式可能为64QAM，而URLLC就可能为16QAM甚至QPSK，更低的调制方式带来了更粗犷的星座粒度，增强了物理层调制解调的容错性，提升了可靠性。调制方式相同的情形下，URLLC的编码效率也更低，通过加入更多的冗余，增强了编解码过程的纠错与合并能力，提升了可靠性。此外，URLLC对调制编码方式MCS的升阶迟钝而降阶敏感、动态调整TA测量与TAC调整周期，支持受限的传输模式等，都对可靠性产生或多或少的增益。
2.URLLC承载高于eMBB专有传输的优先级
URLLC的调度优先级高于eMBB的专有传输，当两者空口时频域资源发生冲突时，优先保证URLLC业务的传输，并通过特殊的下行控制指示（DCI2-1）通知用户设备（UE）。这种资源抢占机制使URLLC数据以相当高的优先级发送，在不得已的情况下，牺牲eMBB的传输也要保障URLLC数据稳定发送，提升可靠性。
除了空口抢占，对无线带宽的半静态复用也可以作为保障URLLC高可靠的手段之一，在配置中直接预留好一定的时频域资源划拨给URLLC，就算URLLC工作的占空比低导致预留资源空闲，也不会将这部分带宽提供给eMBB，充分考虑URLLC业务的突发特性，使其能够在Minislot级别的时间粒度上高速响应调度需求。
另外，5G中URLLC作为一种特殊承载，通常采用独立的基带切片进行部署，与eMBB隔离，从软硬件资源上保证URLLC业务的调度不受挤压，最大程度保障应用可靠性。
3.高密度分布的导频
eMBB场景中支持单符号或双符号的前置解调参考信号（Front-Load DMRS），支持2符号的附加解调参考信号（Additional DMRS），可以在一个调度间隙（TTI/Slot）中同时存在3个符号的DMRS，帮助物理层解调。DMRS作为一种辅助解调的参考信号，本身会占用一定的空口资源，部署的多了，自然会导致可用带宽下降。之所以会配置如此多的DMRS，是因为信道的时变特性，一个调度间隙有14个可用符号，前面的DMRS无法准确地体现后面符号的信道特征，不利于物理层解调，因此就有了一个调度间隙中后面符号嵌入的附加DMRS，协助后方符号的解调处理。
对于URLLC，通过配置密度更大的DMRS导频，来保证其可靠性。以2符号（可变）组成的Minislot为例，给每个Minislot的第一个符号都配置DMRS，本符号交织的PDSCH资源自不必说，对一个Minislot级别的调度而言，感知影响解调的信道特征变化的时间延迟，缩短为一个符号，提了物理层解调的能力，保证可靠性。
4.传输的重复机制
在LTE的eMTC中，已经引入了重复的机制，重复与重传不同，没有（混合）前向纠错机制（HARQ/ARQ）的参与，每次重复也就没有RV版本的差异，重复是对同一份数据多次的传输，通过这种方式，保证收端可以正确接受。URLLC场景也引入重复机制，这种传输方式非常适合URLLC高可靠、小数据包的应用特性，能够在重复中尽最大可能完成数据的正确收发。
5.URLLC应用频点低
电磁波的频点越低，那么波长就越长，衍射散射反射能力越高，空口对信道恶化的容忍能力就越好，否则反之。5G的频点可以在数百MHZ到数GHZ之间部署，URLLC为了追求更大的可靠性，考虑配置在更低的频段中，获取更加平坦的信道衰落特征，在相同的外部环境中，拿到低频点带来的空口可靠性增益。低频点还可以提升覆盖范围，毕竟不停的在小区间切换带来的不可控因素也是URLLC不能容忍的。
但是，更低的频点，意味着时间更长的调度间隙，这在一定程度上会带来时延的增加，对于URLLC的时延和可靠性，不仅在频点高低部署上是一对矛盾体，在其他很多方面都需要权衡舍得的过程，这是无法避免的。
6.无线资源频选
5G应用带来了更大的带宽，以Sub-3.5G常见频段为例，可能拥有超过270个RB，跨越100MHZ的带宽，信道（包括干扰、衰落、信噪比）在频域上的差异会比LTE体现得更加显著，那么是否可以通过频选的方式，把最干净、信道条件最好的RB资源留给URLLC呢？答案是肯定的，这种手段从一定程度上会保证URLLC的可靠性，代价就是基带处理的复杂度上升，对于URLLC这种时延敏感的应用模型可能存在负面影响，不过总有办法可以通过在线、离线计算分离的方式进行实现，总体来说是可以考虑的。
大概先想了这几点，其实提升URLLC可靠性的手段还有很多，这算是抛砖引玉，后面我也会继续补充。
最后，URLLC的U到底有多U？
99.999%的接入终端在99.999%的时间内以99.999%可靠性进行通信。
这，是一个梦想。
发布于 2019-04-02 13:22
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赤道羽绒服
敬畏工作和生活
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前面两位答主已经从协议标准层面上做了阐述。我从网络覆盖和环境的角度来说说这个“U”是有多困难。
无线是不可靠的
无线网络天生就被认定是不可靠的，所以在网络传输协议设计的时候会充分考虑空口重传，所谓的“空口重传”就是无线网络层单独考虑一套重传机制，比如使用TCP/IP进行网络报文传输时，除了TCP的重传外，空口链路也有一套重传机制，以保障报文的成功传输。无论是NR还是LTE都会有这一套机制。无线网络的不可靠源于无线环境的不稳定。
1.传输链路的影响
从基站到终端，无线链路受到慢衰落和快衰落的影响。慢衰落可以在链路预算增加余量来考虑抵消，但终端大部分都是移动的，遇到信号突变的情况经常遇到，这个对移动终端的超低时延往往是致命的。而且现在这个阶段对多基站无切换组网还没有实质的进展，切换带来的影响也要考虑在内。
至于问题中问到的低时延相对采取的策略和一些评估手段，目前来看，大部分的NR商用网络规划中都没有拿URLLC来做规划指标的，现在来看商用网络中，还是eMBB这个层面的应用，故大多数NR网络覆盖规划还是老一套以边缘速率和平均速率的衡量为主。
2.干扰的影响
无线网络是一个“开放”的网络，尽管NR应用MASSIVE MIMO技术，波束应用比起4G时代有了很大的创新，但是波束之间的干扰，基站之间的干扰，终端之间的干扰，不同系统之间的干扰依然是很头痛的问题。

未来的低时延网络我认为应该是在低频段网络中单独划出一段频率，做全网的超级小区，解决覆盖、切换等问题。
发布于 2020-04-06 09:44
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开元大叔叔
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信息技术行业 从业人员
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前面文章介绍过，5G的初期定义的应用场景包括了3类，这里也重申一下：
eMBB：即为enhanced mobile broadband，提供高速率长的数据传输，可以看做是当前LTE网络的升级换代系统。
mMTC：即massive Machine Type Communications ，也就是物联网技术，用户数量庞大，延迟要求不高，数据量通常不大，但是要求电池的寿命比较长，覆盖的强壮性比较好。
URLLC：即Ultra-reliable low latency communication ，要求极低延迟，极高可靠性。延迟需要小于1ms，可靠性为99.99%甚至更高。
从长远看，三类场景中mMTC与URLLC才是蜂窝通信的未来，光靠eMBB的话这个产业已经是日薄西山了。而且5G作为平台，还可能开发出其他更为精彩的应用场景。
URLLC的用途很多，主要有下面列出的几种。随着各垂直行业的参与，期待更多的相关应用也在人们的想象过程中出现：
VR/AR：即虚拟现实与增强现实，这类业务应用需要极低的延迟，URLLC在这类应用中将扮演非常重要的角色以增强最终用户的业务感知。
自动驾驶汽车：自驾汽车将使用CV2X进行相互通信，这一功能在4G中也存在，但延迟是其主要的问题。而5G将通过提供非常低的延迟和非常高的可靠性来提供网络基础设施。R15中定义了一些基本的V2X的协议，而在R16版中，我们看到了CV2X的一些增强功能。
自动工厂与自动库房。
那么URLLC是如何做到低延迟且高可靠性的呢？这需要底层的多个方面的共同合作。本文就根据资料及3GPP R15、R16规范的基础做个小结供大家参考。
首先是5G定义了丰富的帧结构，具体可参见本号文章，本文不再赘述：
当前尘埃初定的5G空口基本帧结构和物理层骨架
5G NR 物理层协议结构小结（准冻结部分）
5G无线帧结构与空口物理层资源
在4G LTE网络中使用1ms作为TTI，对于某些业务来说延迟稍大，同时n+4的HARQ反馈周期也进一步增大了延迟。为了在4G的基础上改善延迟需要做的可以有如下思路：
.使用更短的TTI；
.在短于4ms的时间内发送HARQ反馈信息。