3GPP在R15版中引入以满足ITU-R M.2083要求的URLLC-超可靠低延迟通信(ultra reliable low latency communications)是5G(NR)主要应用之一。作为支持物联网端点密集传感器网格所需的基础功能,URLLC是制造、能源传输、运输和医疗保健领域许多独特用例的主要推动力。由于需要支持低至5ms的端到端延迟,单个接口的延迟预算可低至1ms;也就意味着必须在上行链路和下行链路传输过程的每一步进行优化。
尽管这一要求超出了3GPP规范的范围,但减少数据处理响应时间的需求也导致了高度分布式边缘计算策略的出现。
一、3GPP规范标准
3GPP TS38.912对5G(NR)接入技术进行了研究为标准轨道规范奠定了基础,例如TS 38.201-202和TS 38.2011-215。这些文件详细介绍了5G帧中采用的物理信道和调制技术。其中许多技术要么直接解决低延迟通信,要么定义支持低延迟数据和其他流量特征共存的方法,通常称为多数字命理学。5G中有5个固定的OFDM(子载波间隔)参数,第1个支持与当前的4G/LTE无线电共存,所有这些都可以在发射机处混合以提高灵活性。使用参数集(u)的经典定义,子载波间隔参数可以直接与部署事件相关。例如使用15kHz间隔的700MHz宏蜂窝可实现广泛覆盖,或者使用120kHz间隔的28GHz毫米波微蜂窝可提供增强的移动宽带(eMBB)。
图1.5G(NR)无线网络参数集
二、5G低时延实现
为解决低延迟通信问题,5G允许可变传输时间间隔 (TTI)可以从1ms(LTE 中固定的(兼容)设置)缩小到约140us,具体取决于频谱效率(eMBB)或低延迟 (URLLC)是目标。也可以根据流量类型设置最大重传次数(例如URLLC为2,eMBB为4)。另外,作为鼓励NR允许在同一频率上复用不同的TTI,因此可以共享频谱,而不会因延迟敏感的流量而等待较慢的传输结束。用于启用 MIMO天线阵列的技术还支持降低延迟方面的进步,特别是自包含的集成子帧,其中来自RF天线的传输和来自用户设备的确认发生在同一子帧上。
三、mini slot引入
在TS 38.912中描述了对NR帧结构的另一项修改,它对URLLC的交付做出了重大贡献。每个传输时隙(Ts)包括14个OFDM符号,每个OFDM符号代表一个采用正交相移键控(QPSK/4-QAM)或16、64或128个正交幅度调制(QAM)星座的单独比特流。5G规范使用更宽的子载波和更高的QAM调制阶数,允许我们从单个OFDM符号的子集(例如2或4个)创建一个mini slot。这提供了以精细的调度粒度为关键流量提供服务的能力,以减少传输延迟。传输速度越低,子载波间隔就越小,我们可以创建的每个时隙的迷你时隙就越少。虽然对毫米波的依赖可能会让5G反对者质疑minislot的价值,但大多数早期的URLLC应用将起源于受控的企业制造环境,在这些环境中更高频段的使用将更容易,因此更普遍。
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