5G高可靠性低时延如何破局？

面向场景的适配是5G应用发展的核心。

文 | 通信产业报(网) 党博文

近日，在IMT-2020(5G)推进组的指导下，中信科移动顺利完成“5G 增强技术研发试验uRLLC关键技术”的测试，这也是IMT-2020(5G)推进组今年第一次启动uRLLC（高可靠性低时延）试验工作。

值得关注的是，此次测试试验主要内容涵盖两部分，一是在现有eMBB帧结构下增加uRLLC功能，验证uRLLC相关功能是否正常运行，包括调度粒度由时隙级调整至符号级以减小时延，使用数据主动重复传输技术配合高聚合PDCCH、高可靠低码率CQI/MCS表的应用以保证传输的可靠性；二是验证增加uRLLC功能后，对网络性能，如空口时延、空口传输可靠性带来的增益。

作为第五代移动通信标准，5G的愿景是实现万物互联，不再像之前的几代移动通信标准仅在速率上做提升，因此，面向场景的适配才是5G发展的核心方向。在5G扬帆启航之年，uRLLC测试试验工作的的启动，引发了业界的诸多关注。

R16冻结推进uRLLC驶入快车道

通信技术十年一代，万物互联的5G时代则综合考虑了峰值速率、用户体验速率、频谱效率、移动性、时延、连接密度、网络能效、话务密度等技术指标，繁复的性能指标下，也明确了5G的发展并非只是满足个人业务的演变诉求。因此，5G划分了三大应用场景，eMBB（增强移动带宽）、mMTC（海量连接）与uRLLC（高可靠性低时延）。

其中，mMTC主要针对一些物联网典型场景，而eMBB则是在以超高清流媒体为代表的相关业务，uRLLC则是聚焦在需要5G高效低时延特点业务，如车联网、自动化业务等。

据悉，uRLLC是蜂窝通信的特殊用例，包括适用于低时延和高可靠性应用的一组功能。在5G建网初期，与eMBB和mMTC被频繁提及有所不同，uRLLC的发展进程似乎一直不温不火，业界普遍认为，5G引入机器对机器（M2M）通信和海量机器类通信（mMTC）的新范例，自治系统将控制、通信、测量、存储和分析海量数据。

然而，uRLLC的目标正是使其特性和网络功能能够在极端的可靠性标准下运行，并且使关键基础设施和计算机之间的往返延迟小于1毫秒。

因此，在去年六月，5G的第二版国际标准（Rel-16）正式冻结，R16标准增强了对高可靠性、低时延的uRLLC业务场景的支持。其中，uRLLC的应用场景要求达到十毫秒以下的端到端时延，可靠性也将要求达到六个九等。

可以说，R16标准完成后，5G从人与人的连接，扩大到了人与物的连接、物与物的连接，万物互联成为可能，而面向工业、医疗、无人驾驶等有高可靠性低时延传输需求的行业，uRLLC具有极大的市场潜力及应用价值。

价值场景在哪里？

目前业界共识，行业中的uRLLC需求，主要分为两个大类，即小包控制类的uRLLC业务和大上行视频类的uRLLC业务，前者的业务的主要特点为数据包较小，带宽要求较低，但对时延、可靠性要求较高，典型场景有智能制造业中的机器间协同自动控制、智能电网中的差动保护等；后者业务的主要特点为上行数据包较大，带宽要求高，同时下行控制信令对时延、可靠性要求较高，以智慧港口中的龙门吊、桥吊远程控制、智慧医疗中的远程手术为代表。

以5G智能工厂为例，作为小包控制类uRLLC业务的典型场景，5G智能工厂将大幅改善劳动条件，减少生产线人工干预，提高生产过程可控性，提高企业的生产效率和产品质量。

然而，对于工业领域来说，高可靠性低时延的通信系统可以说是至关重要。工业领域的设备投入巨大，无论是机床、生产线，还是机械设备，生产过程中的故障导致的停工，往往会影响整条生产线，甚至整个产品交付周期。

因此，5G uRLLC的引入，通过在自动化机械设备相应部件上加装5G通信模块，让终端设备实时回传采集数据或图像，控制端依据收到的状态信息进行分析决策并反馈给终端设备，以典型的闭环模式将控制过程周期降低至ms级别，并提高可靠性。

在智慧医疗领域则是大上行视频类uRLLC业务的典型场景。

众所周知，传统的医疗行业通常采用有线连接方式进行数据传输，建设和维护成本高、移动性差，而5G网络具备超高带宽和毫秒级的传输时延，使图像、音频的传输再也不用担心卡顿的问题，可有效满足医疗救治过程中对安全可靠性和快速实行的要求。

以远程机器人手术为例，该方案是依托机器人、定位和传感技术，实现自动化或半自动化的手术操作，而延迟或错误的操作将造成严重的后果，甚至危及生命，并且，远程手术需要实时回传患者端、探头等影像，因此需要大带宽以流畅传输视频流，这也正是uRLLC的核心优势。

但需要指出的是，不同行业不同类型业务对网络能力的要求存在较大差异，而为满足行业对于 uRLLC场景的迫切需求，产业各方应积极行动，加快大上行、极致时延、超低可靠等相关技术和产品的研发。

哪些挑战待解？

今年是5G应用的快速普及之年，当前，我国5G产业、网络建设、用户规模等方面具有一定的领先优势，但5G应用发展仍面临终端、网络供给能力不足、应用标准缺乏等问题，因此在今年7月，十部门联合发布了《5G应用“扬帆”行动计划（2021—2023年）》，旨在不断强化高质量技术产业供给，进而推动5G融入千行百业。

当前，面向uRLLC场景主要体现在速率、时延、可靠性三个维度。因此，通过提供分级上行、分级时延、分级可靠性等方面的网络能力，才能更好满足行业对“大上行、极致时延、超高可靠性”的需求。

因此，针对行业应用对上行容量及上行覆盖的不同需求，可以通过5G专属帧结构、SUL上行增强和上行载波聚合等关键技术，辅助多类型的组网方式共同提升上行能力。

针对行业应用对传输时延提出的不同需求，可以在空口时延及传输时延两方面使用 Mini-slot、uRLLC抢占、智简基站分流等时延降低技术，分级分档满足行业对于时延的要求。

“面向行业需求的不断增长，产业上下游需要提前在技术及规划上做好准备。”业内人士指出，通过各种标准技术与实现手段的灵活组合，5G网络可以充分满足各行各业的需求，推动数字化经济的快速发展。

建网不是目的，应用才是核心。诚然，5G在各领域应用的技术特征、需求场景、专业门槛差异性很大，必须有效发挥行业领域与信息通信产业的力量，形成合力、联合推进，形成IT(信息技术)、CT(通信技术)、OT(运营技术)深度融合的新生态才能提升5G应用效果。

因此，uRLLC若要迈向高质量发展，还需参与行业数字化的各方共同努力，明确行业对高可靠性低时延业务的需求，完善使能技术体系，不断提升5G网络的大上行、极致时延、超高可靠性能力，并且加速推动行业应用的快速落地，形成新一代信息技术综合运用的正向循环。

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