[5GNR] 3GPP URLLC 的進展

[摘錄自 簡均哲博士 於交大的演講]

URLLC 為 3GPP 在 5G 標準中定義的一種型態,
全名為: Ultra-Reliable and Low Latency Communications,
分成兩項: Reliable (可靠性) 以及 Low Latency (低延遲),
主要應用的範圍可以是: AR/VR, 或是車聯網的應用,

在 3GPP R15 至 R16 的演進中, 可以總結於下圖:

URLLC R15 和 R16 的技術演進

在這張圖中, 說明了 R15 和 R16 的技術差異,
其中, 相較於 R15 URLLC 的標準,
在 R16 中, 除了延遲的縮減從 10ms 到 1ms 之外,
特別著重在傳送效率以及高可靠性上, 增加其適合的應用場域.

URLLC 使用以下的技術來達成低延遲與高可靠性:

1. 更彈性的傳送架構: 引入 mini-slot 和不同優先權, 彈性配置傳送資源
2. 預先的資源保留: 為突發的傳送需求, 提供預先的傳送資源配置
3. 冗於的傳送機制: 同一筆資料來自於多個來源, 傳送多次, 來保證可靠性

透過上述技術, URLLC 可以用於以下的 Use Cases

• R15: AR/VR 的低延遲傳輸
• R16: Factory automation, Transport Industry, Electrical Power Distribution

下圖列出三個應用案例的需求:

相較 R15 專注在一個 UE, 且在單純的 URLLC 下通訊,

在 R16 中, 更重視多個 UE 之間的資源分配,
或是在 URLLC 和 eMBB (Enhanced Mobile Broadband, eMBB) 共存的環境,
可以用於像是工廠自動化這種複雜的環境,

為了解上述問題, R16 希望可以把 URLLC 和 eMBB 分開,
並賦予優先權, 使 URLLC 的傳輸可以較快被服務.
同時, 也要增加 UE 的能力, 使 UE 有較好的能力 monitor 通道的 DCI,
可以較快取得傳輸的機會,

在增加冗餘保證可靠性的改善上, URLLC 有兩種做法:
第一, 可以用較低的 code rate 來傳送, 降低封包錯誤機率,
此方法有較高的通道使用效率, 但是延遲較長
第二, 對於較短的資訊, 則用重複的方式來確保可靠性,
此方法有時造成傳送資源的浪費, 但是收到封包的延遲較低.

總結來說, URLLC 的標準, 將帶來低延遲與可靠的封包傳輸,
但是付出的代價可能是晶片的複雜度 (UE能力) 以及資源使用效率,
這也是一開始 5G 標準中將兩項標準分開的原因,
在 R16 中開始了兩項標準的整合, 容易偏好其中一組的通訊行為,
考慮到兩者應用情境的差異, 5G 開始時應是以 eMBB 為主,
URLLC 則可能在車聯網有較為特殊的應用.