5G URLLC重要技术性科学研究汇报

2021-04-16 20:20 jianzhan

5G URLLC重要技术性科学研究汇报


5G URLLC重要技术性科学研究汇报 全世界的聪慧大城市发展趋势都在进到新的环节,5G做为聪慧大城市发展趋势的新模块,促进大城市进到新的文明行为价段,伴随着无线网络挪动通讯系统软件带宽和工作能力的提升,朝向本人和制造行业的挪动运用迅速发展趋势,挪动通讯有关产业链绿色生态将慢慢转变,5G不但是更高速度,更大带宽、更强工作能力的空口技术性,更是朝向聪慧大城市的智能化互联网。

全世界的聪慧大城市发展趋势都在进到新的环节,5G做为聪慧大城市发展趋势的新模块,促进大城市进到新的文明行为价段,伴随着无线网络挪动通讯系统软件带宽和工作能力的提升,朝向本人和制造行业的挪动运用迅速发展趋势,挪动通讯有关产业链绿色生态将慢慢转变,5G不但是更高速度,更大带宽、更强工作能力的空口技术性,更是朝向聪慧大城市的智能化互联网。

5G现阶段包含3大典型情景:提高型挪动光纤宽带eMBB、低延迟时间高靠谱性URLLC、大经营规模设备通讯mMTC。3个典型的情景可以助推了很多的运用技术性包含:高清视頻、物连接网络、无人机、AR/VR等。带宽提升巨大的提高了数据信息传送速度,极有将会对数据信息解决有关制造行业带来1次改革。在5G互联网的推动基本建设下,大城市内的各个竖直制造行业行业都将被更改。当今工业生产生产制造、车连接网络和智能化电网对5G的要求10分急切,而URLLC技术性情景则十分合适运用于以上行业,也因而3GPP在5G科学研究初期即提出1些低延迟时间的技术性讨论,在R16环节关键科学研究了URLLC情景的技术性计划方案。

5G互联网构架

以便考虑对不一样运用情景和运用要求。5G的互联网设计方案是根据延展性灵巧、灵便复用的设计方案理念,5G引进SDN/NFV技术性,将硬软件服务平台进1步虚似化调解耦,最底层应用统1的NFVI基本设备,运用SDN操纵器完成內部資源灵便生产调度。传统式网元被区划为更细粒度的作用控制模块,称之为互联网作用(NF,Network Function),互联网作用之间选用轻量API插口通讯,完成系统软件的高效率化、灵便化、对外开放化。

5G互联网分成接入网、传送网和关键网3层。在接入网,5G互联网选用了新的构架、新的设计方案、新的频段和新的天线技术性。新的构架是指全新升级的互联网构架将以客户为管理中心,紧紧围绕客户开展互联网的基本建设,另外将传统式的BBU(Building Base band Unite)分成CU(Centralized Unit)和DU(Distributed Unit)两个网元机器设备,另外RRU(Remote Radio Unit)和馈线、天线构成了新的AAU(Active Antenna Unit)。说白了CU是集中化操纵的机器设备,关键解决SDAP、RRC和PDCP层,即关键开展QoS流解决、无线网络資源操纵和顶层数据信息的缩小、对齐数据加密等作用,处在无线网络空口的层3的部位。DU是分散化操纵模块,关键解决RLC、MAC和高层物理学层协议书,即关键开展无线网络路由协议品质操纵、逻辑性信道和物理学信道投射和基带作用。处在空口的层2部位。AAU是有源天线模块,将传统式的RRU和天线馈线合拼关键是解决射频数据信号。另外主要参数和帧的构造更为灵便,左右行配比能够依据具体要求调剂。5G互联网拥有更高的频段,当今关键应用了sub6G频段,以后更扩宽至26Ghz的毫米波频段,更高的频段拥有相对性更为丰富多彩的频谱資源带来了更大的带宽。另外选用了新的三d MIMO天线,1般为64T64R乃至128T128R的天线阵列,相较为以前4T4R的天线大幅提高了传送高效率。

5G传送网涵盖的范围较为普遍,从AAU到DU的前传,DUCU之间的中传到CU传送到关键网的后传一部分都属于传送承载网。5G总流量激增对传送网带来了极大的挑戰,对此我国挪动提出了切成片排序互联网SPN(Slicing Packet Network)的承载网技术性【1】。

SPN选用ITU-T的分层实体模型,可以对以太网、IP、CBR业务流程综合性承载。

SPN分成切成片传输层、切成片安全通道层和切成片排序层,另外还包含数字时钟同歩和管理方法控制模块。

切成片传输层是根据802.3以太网技术性和OIF Flex E的物理学层技术性,出示了物理学层面上的带宽。切成片安全通道层曾则是根据SE技术性对以太网插口、光纤資源等开展时隙化分割解决,根据TDM基本原理开展管路硬分割,分割是在L1层面上的硬防护。切成片排序层则是在业务流程勤奋行派发、封裝和传送,能够出示L2\L3VPN等转发工作能力;出示业务流程鉴别、排序、QoS确保解决,根据SR-TP技术性出示朝向联接的业务流程承载安全通道。

5G关键网根据SDN和NFV技术性,取得成功完成了硬软件解耦,各网元之间根据TCP/IP通讯,插口根据s协议书完成【2】。5G的关键网构架相较为于以前的4G关键网拥有下列的关键特点:

(1)操纵面与客户面分离出来。

(2)网元作用虚似化。NFV技术性运用于关键网,让硬软件解耦,网元变成了1个个手机软件作用控制模块。

(3)虚似网元之间根据插口通讯。不一样网元之间选用轻量级的Restful/Http协议书。

(4)SBA(Software Based on Architecture)的互联网构架。各个虚似网元之间藕合度低,别的业务流程能够根据插口迅速浏览虚似网元,能够依据具体业务流程要求调剂全部互联网构架。

(5)接入网和关键网弱关系性。5G关键网与接入网沒有强关系,UE能够根据各种各样互联网接入5G关键网,就算非3GPP互联网,还可以根据N3IWF网元接入到5G关键网。

(6)虚似网元展现无情况。即储存資源与测算資源解耦,操纵面功关键交由AMF和SMF,而储存的数据信息关键放在UDR和UDSF,完成测算与储存解耦。

下图为5G关键网构架示用意。

5G关键网的关键网元以下:

(1)AMF(接入和挪动性管理方法作用):负责客户的接入和挪动性管理方法;

(2)SMF(对话管理方法作用):负责客户的对话管理方法; 

(3)UPF(客户面作用):负责客户面解决;

(4)AUSF(验证服务器作用):负责对客户的 3GPP和非3GPP接入开展验证;

(5)PCF(对策操纵操纵):负责客户的对策操纵,包含对话的对策、挪动性对策;

(6)UDM(统1数据信息管理方法):负责客户的签约数据信息管理方法;

(7)NSSF(互联网切成片挑选作用):负责挑选客户业务流程选用的互联网切成片;

(8)NRF(互联网作用申请注册作用):负责互联网作用的申请注册、发现和挑选;

(9)NEF(互联网工作能力对外开放作用):负责将5G互联网的工作能力对外开放给外界系统软件;

(10)AF(运用作用):与关键网互通来为客户出示业务流程第3方运用。

URLLC重要技术性

URLLC在3GPP规范化过程中包含低延迟技术性、高靠谱技术性和URLLC与eMBB复用3个层面的科学研究。R15科学研究之初即创立工作中新项目,来科学研究子载波间距、灵便帧构造和短时隙生产调度等延迟减少技术性。截至R16,3GPP前后进行了URLLC测试用例的特性评定工作中、物理学层各信道的提高和URLLC与eMBB上行复用等技术性的科学研究及规范化,但依然有许多提升工作中预计留至R17来科学研究。

以便完成uRLLC情景的低延迟要求,3GPP在R15环节提出下列处理计划方案:

(1)适用灵便的帧构造。5G的NR(New Radio)适用LTE系统软件15KHz的载波间距,还适用更多的间距计划方案包含30KHz、60KHz、120KHz、240KHz,越高的载波间距带来越低延迟时间特性;另外5GNR适用调剂帧的构造,相较于LTE系统软件固定不动的1个子帧包含2个时隙,NR能够灵便的在1、2、4个时隙中切换和能够灵便配备左右行配比,使得延迟时间大幅减少。

(2)适用更小的生产调度周期 迷你时隙。时隙是最少的生产调度周期企业,LTE系统软件中包含时隙有14个标记构成,可是在NR中适用迷你时隙,迷你时隙能够适用2标记、3标记和4标记长度,更短的时隙能够减少意见反馈延迟。

(3)灵便的PDCCH配备。检索室内空间由1组候选PDCCH(Physical Downlink Control Channel)构成,检索室内空间能够配备检索种类、周期、时隙偏位、时隙数量、CORESET、DCI文件格式等主要参数。根据配备有效的PDCCH的监视周期和偏位值和PDCCH在 1个时隙内的监视图样,能够完成较为聚集的PDCCH 监视机遇,1个时隙内具备好几个PDCCH监测時刻,能够解决URLLC要求突发的业务流程情景,考虑低延迟的规定。【5】

(4)URLLC高优先选择级传送。 URLLC低延迟时间情景的数据信息特性关键是突发性强可是数据信息量不大,因此NR适用URLLC选用占领方法占有信道資源。在基站分派物理学資源给eMBB业务流程时,就早已将eMBB业务流程的資源也另外分派给了URLLC业务流程,当URLLC占领物理学資源时,NR将占领結果通告给UE,用以确保URLLC的低延迟时间规定。

(5)选用边沿测算技术性。5G互联网能够将UPF客户面作用下沉到客户侧,边沿测算服务器与UPF共站布署,UPF鉴别到业务流程流的目地详细地址是当地,就分流到当地的边沿测算服务器开展业务流程解决,降低了业务流程的冗余传送相对路径,减少延迟。

在R16环节,3GPP又进1步提出URLLC低延迟提高处理计划方案:

(1)免受权配备:基站预先配备周期性資源,UE不需向基站申请办理。UE预先向基站申请办理PUSCH(Physical Uplink Share Channel物理学上行共享资源信道)应用的資源并配备好相应的主要参数。当有上行資源时,立即应用这些資源开展传送,省去了向基站推送生产调度恳求、申请办理資源和接受基站意见反馈的時间,确保了URLLC的低延迟时间规定。

(2)HARQ意见反馈提高:在R15环节,UE在1个时隙中在PUCCH上只能传送1次HARQ-ACK(Hybrid Automatic Repeat Request)。当UE以便减少延迟必须在同1个时隙的PUCCH再度上发HARQ-ACK时,是不容许的。在R16环节,容许在1个时隙內部的好几个PUCCH信道上意见反馈HARQ-ACK,以便适用这类设计方案,R16终端设备规定UE最少适用两种HARQ编号方法且物理学层能够鉴别。

(3)适用時间比较敏感互联网TSN和5G互联网结合:完成時间比较敏感传送,确保数字时钟同歩保。在PBCH中广播节目或在RRC层中推送高精度的参照時间,确保主数字时钟和终端设备数字时钟的精准時间同歩,完成時间比较敏感传送。由于TSN技术性是基本以太网传送技术性发展趋势的,因此TSN必须封裝以太网帧头,但这样会减少传送高效率,因此还必须缩小以太网帧头以提升数据信息传送高效率,减少延迟。

以便完成高靠谱性的规定,3GPP在R15环节提出下列处理计划方案:

(1)物理学层面上,提升了MCS\CQI报表。LTE系统软件的MCS\CQI是不可以考虑NR针对系统软件靠谱性和传送速度的规定,因而NR在CQI(channel quality indication)报表中提升了两个更低的视频码率,相对性应的基站提升了两个MCS(Modulation and Coding Scheme)低频选项, UE和基站之间能够挑选更低的视频码率确保靠谱性。

(2)数据信息包反复传送:LTE系统软件提出了在MAC和RLC层的HARQ重传体制,可是这类靠谱性全是以放弃延迟为成本的,NR提出在PDCP层拷贝数据信息,在不一样的PDCP信道提交输一样的数据信息提高靠谱性。

(3)高汇聚级别的PDCCH:CCE是PDCCH的基础企业,LTE的PDCCH数最多包括8个CCE,在N15环节,NR数最多能够包括16个CCE,更多的資源能够减少传送的编号速度,确保传送靠谱性。

在R16环节,3GPP又进1步提出URLLC高靠谱性提高处理计划方案:

(1)冗余传送计划方案,UE之间创建冗余的PDU对话和N3插口的冗余传送根据N3插口的冗余传送。最先, NG-RAN拷贝上行数据信息包,随后根据两条冗余的路由协议(N3插口)安全通道推送给UPF,在其中每条N3安全通道与1个PDU对话关系,创建两条单独的N3安全通道传送数据信息,基站、SMF和UPF可能为两条路由协议出示不一样的路由器。

(2)在迷你时隙层面上反复传送。R15版本号的重传体制全是在时隙的生产调度基本上,R16环节进1步适用了迷你时隙级別其他重传,重传次数最大可做到16次。

(3)现阶段仍在PUCCH、PUSCH、HARQ提高层面再次科学研究

综合性R15和R16,当今URLLC情景关键运用在于工业生产全自动化、车连接网络、智能化电网和AR/VR。尽管3GPP在R15环节和R16极端化了许多URLLC重要技术性计划方案,可是仍有技术性提高难题和车连接网络和工业生产情景下的运用,遗留下在R17及之后的版本号中再次处理。

URLLC关键运用情景

5GURLLC情景最大的特性是低延迟、高靠谱性,URLLC情景的应用范畴很大,在不一样的情景对延迟、靠谱性和带宽的规定是不一样的。实际来讲包含电力工程全自动化 3遥 情景、车连接网络情景和工业生产生产制造情景。【6】

1 电力工程全自动化情景

差动维护是电力工程互联网的自身维护方式,将输电线两边的电气设备量开展较为以分辨常见故障范畴,完成常见故障的精确防护,防止停电危害范畴扩张。电网通讯以光纤为主,但35kv下列配网未完成光纤遮盖,且布署情景繁杂多样,必须无线网络互联网做为通讯载体。5G的URLLC情景十分可用于在电力工程全自动化情景布署。

2 工业生产生产制造情景

工业生产生产制造的对技术性特性规定很高,而高档生产制造业对车间机器设备的延迟时间和平稳性拥有十分高的要求。5GURLLC的低延迟和高靠谱性十分合适在工作中生产制造场情景运用,生产制造机器设备根据5G接入公司云或当场操纵系统软件,收集当场自然环境数据信息和生产制造数据信息,即时剖析生产制造情况。完成整条生产制造线的无人化和无线网络化。

3 车连接网络情景

车连接网络因为独特性,针对系统软件的安全性靠谱和超低延迟时间拥有十分高的规定,5G的URLLC情景十分合适在车连接网络情景布署。车连接网络当今环节关键车路协作技术性,即在路面旁的基本施布署智能化收集机器设备包含智能化灯杆、智能化交通出行灯,根据5G互联网与车载电脑上互动信息内容,大幅提升车辆对周边事务管理的认知工作能力,提升驾驶安全性性,合理处理大城市拥挤难题。

参照参考文献

【1】切成片排序互联网重要技术性科学研究. 程伟强,王敏学,袁程磊

【2】5G关键网重要技术性科学研究. 聂衡,赵慧玲,毛聪杰

【3】3GPP中URLLC规范科学研究进展张轶. 夏亮,徐晓东,胡臻平

【4】URLLC重要技术性及规范演进. 高雪娟

【5】新空口超靠谱、低延迟演进系统软件科学研究. 闫志宇,郝煜

【6】URLLC运用情景及将来发展趋势科学研究. 李静,董秋丽,廖敏

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