面向URLLC场景的无线网络能力白皮书_23页_1mb

“智简5G”系列白皮书：面向URLLC场景的无线网络能力

核心内容概述

本白皮书由中国移动通信有限公司研究院、中移（上海）产业研究院、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、联发科技股份有限公司等多家单位联合编写，旨在分析5G网络在URLLC（超可靠低时延通信）场景下的行业需求、无线网络能力体系及使能技术，并提出技术路标，推动URLLC技术体系的完善与落地。

主要观点

• 5G URLLC的发展背景：2020年是5G SA商用元年，也是5G技术与行业深度融合的关键一年。Rel-16标准的冻结增强了对URLLC业务的支持，使其能够满足工业、医疗、无人驾驶等高可靠低时延场景的需求。
• 行业需求分类：URLLC需求主要分为两大类：小包控制类和大上行视频类。前者如智能制造、智能电网，后者如智慧港口、智慧医疗。
• 无线网络能力体系：为满足不同行业的差异化需求，5G网络需提供分级上行能力、分级时延能力、分级可靠性能力，以支持从低速到高速、从高时延到极致时延、从低可靠性到超高可靠性的多样化业务。
• 无线使能技术：通过一系列技术手段，如3U1D1S帧结构、上行载波聚合、SUL技术、Mini-slot、免调度、URLLC抢占、重复传输、PDCP复制等，实现对URLLC业务的全面支持。
• 技术路标：中国移动提出了分阶段的技术发展路径，以加快大上行、极致时延、超高可靠等URLLC关键技术的商用进程。

关键信息

1. 行业需求

1.1 小包控制类URLLC需求

• 典型场景：
  • 智能制造：机器间协同自动控制、机器人外挂I/O无线化、运动控制（数控机床）。
  • 智能电网：差动保护。
• 需求特征：
  • 时延要求：<10ms、<4ms、<0.5ms。
  • 可靠性要求：99.999%~99.9999%。
  • 带宽要求：<10Mbps、<1Mbps。

1.2 大上行视频类URLLC需求

• 典型场景：
  • 智慧港口：龙门吊/桥吊远程控制。
  • 智慧医疗：远程超声、远程手术。
• 需求特征：
  • 时延要求：<48ms、<20ms、<5ms。
  • 可靠性要求：99.9%~99.9999%。
  • 上行带宽要求：30~200Mbps、10~20Mbps、20Mbps。

2. 无线网络能力体系

• 分级上行能力：上行速率可分级为<300Mbps、300~500Mbps、500~700Mbps、≥700Mbps。
• 分级时延能力：往返时延可分级为>25ms、15~25ms、5~15ms、≤5ms。
• 分级可靠性能力：可靠性可分级为≤90%、90%~99%、99%~99.999%、99.9999%及以上。

3. 无线使能技术体系

3.1 大上行使能技术

• 3U1D1S帧结构：提升上行速率和容量，单载波上行峰值可达747Mbps。
• 上行载波聚合（CA）：提升上行性能，2.6GHz+4.9GHz跨频段聚合可达500Mbps。
• SUL技术：通过解耦上下行频率，提升上行边缘速率和峰值性能。

3.2 极致时延使能技术

• 空口时延降低方案：
  • Mini-slot：缩短调度颗粒度，降低调度/反馈时延。
  • 免调度：直接在预分配资源上传输，无需调度过程。
  • 增强设备能力：提升PDSCH/PUSCH处理效率，降低用户面时延。
  • URLLC抢占：保障URLLC业务优先级，占用冲突资源。
• 传输时延降低方案：
  • 基站分流：本地流量直接转发，降低回传链路时延，端到端时延可降至20ms以内。

3.3 超级可靠使能技术

• 控制信道增强：通过增大聚合等级、支持长格式PUCCH等，提升控制信道可靠性。
• 低码率传输：定义低码率MCS/CQI表，降低码率以提升可靠性。
• 重复传输（Repetition）：在多个时隙重复发送数据，提升传输容错性。
• PDCP复制（Duplication）：建立冗余传输路径，提升数据传输可靠性。

4. 无线技术路标

• 大上行技术路标：分阶段引入3U1D、CA、SUL等技术，提升上行容量与速率。
• 极致时延技术路标：分阶段引入Mini-slot、免调度、URLLC抢占、基站分流等技术，实现分级时延能力。
• 超高可靠技术路标：分阶段引入控制信道增强、低码率传输、重复传输、PDCP复制等技术，提升网络可靠性。

5. 总结与展望

• 5G网络在URLLC场景下需提供“大上行、极致时延、超高可靠”能力，以满足不同行业需求。
• 通过灵活组合标准技术与实现手段，5G网络能够支持多样化的URLLC应用。
• 中国移动呼吁产业界共同努力，完善URLLC技术体系，推动其在各行业的快速落地与成熟应用，助力5G全面赋能行业数字化、自动化、智能化转型。

参考文献

[1] GTI, 《GTI URLC Evaluation White Paper(phase1)》，2019.
[2] GTI, 《GTI URLLC Evaluation White Paper(phase2)》，2020.
[3] ACIA, 《Network Operation and Spectrum Models》，2020.
[4] IMT-2020，《运营商5G行业虚拟专网无线能力体系白皮书》，2020.
[5] 中国移动研究院，华为，《5G大上行能力在行业数字化中的价值白皮书》，2020.
[6] 仪综所，中国移动，华为，《5G工业应用白皮书》，2020.
[7] 中国移动研究院，《中国移动5G行业无线专网研究报告》，2019.
[8] 王东，张龙，《基于运营商专网的5G智慧港口解决方案》，2019.
[9] 中国信息通信研究院，《5G端到端切片SLA行业需求研究》，2020.
[10] 投资家研究院，《新基建视角下的5G发展及场景落地》，2020.
[11] 中国移动，《5G应用场景白皮书》，2019.
[12] 华为，《5G智慧港口白皮书》，2020.