随着无线网络用户以及流量红利的消退，运营商在网络演进规划中，单纯提升已有用户的现有业务体验已无法满足未来发展的需要。而在无线网络更新迭代的过程中，与行业应用相结合，利用无线网络提升行业生产力以及服务能力的诉求也愈发强烈。在典型的eMBB、mMTC以及URLLC场景下，5G网络将可以充分满足不同特征应用的网络服务需求。
URLLC场景主要包含了对网络时延以及可靠性有超常规需求的应用，典型业务主要分布于工厂、电力以及交通等垂直行业领域。而即使是单一的垂直行业，行业内不同的应用也具有不同的网络需求。因此，网络对URLLC技术升级的同时，也需要运营商综合考虑运用NodeEngine、网络切片等关键技术，制定多样化的网络部署方案，以适配不同的行业和应用。
ITU定义的5G网络URLLC场景下的时延与可靠性指标为：
- 时延：用户终端与基站设备单向的用户面通信需要达到极限时延1ms的能力；
- 可靠性：城区宏站场景下，32byte的层2 SDU数据包在覆盖边缘的信道质量下，1ms内成功传输的概率为99.999%。
无线低时延关键技术
无线低时延不是整个互联网的时延，是指手机到基站的无线空口时延，主要包括灵活的帧结构、迷你时隙、信道复用等关键技术。
- 灵活的帧结构：5G NR（New Radio）支持LTE系统15kHz的载波间隔，还支持更多的间隔方案，包括30kHz、60kHz、120kHz、240kHz，越高的载波间隔带来越低延迟性能；同时5G NR支持调整帧的结构，相较于LTE系统固定的一个子帧包括2个时隙，NR可以灵活地在1、2、4个时隙中切换以及可以灵活配置上下行配比，使得延迟大幅降低。
- 更小的调度周期——Mini-slot：时隙是最小的调度周期单位，LTE系统中的一个传输时隙由14个符号组成，但是在NR中支持迷你时隙，迷你时隙可以支持2符号、3符号和4符号长度，更短的时隙可以降低反馈时延（见图1）。
- URLLC与eMBB复用：URLLC低延迟场景的数据特点主要是突发性强但数据量不大，所以NR支持URLLC采用抢占方式占据信道资源。 在基站分配物理资源给eMBB业务时，就已经将eMBB业务的资源也同时分配给了URLLC业务，当URLLC抢占物理资源时，NR将抢占结果通知给UE，用以保证URLLC的低延迟要求。
- 免授权配置：基站预先配置周期性资源，UE无需向基站申请。UE预先向基站申请PUSCH使用的资源并配置好相应的参数；当有上行资源时，直接使用这些资源进行传输，省去向基站发送调度请求、申请资源以及接收基站反馈的时间，保证了URLLC的低延迟要求。
- HARQ反馈增强：在R15阶段，UE在一个时隙中在PUCCH上只能传输一次HARQ-ACK。当UE为了降低时延需要在同一个时隙的PUCCH再次上发HARQ-ACK时，是不允许的。在R16阶段，允许在一个时隙内部的多个PUCCH信道上反馈HARQ-ACK，为了支持这种设计，R16终端要求UE至少支持两种HARQ编码方式且物理层可以识别。
- 边缘计算技术：5G网络可以将UPF用户面功能下沉到用户侧，边缘计算服务器与UPF共站部署，UPF识别到业务流的目的地址是本地，就分流到本地的边缘计算服务器进行业务处理，减少了业务的冗余传输路径，降低时延。
- 时间敏感网络TSN和5G网络融合：实现时间敏感传输，保证时钟同步保。在PBCH中广播或在RRC层中发送高精度的参考时间，保障主时钟和终端时钟的精确时间同步，实现时间敏感传输。因为TSN技术是基础以太网传输技术发展的，需要封装以太网帧头，但这样会降低传输效率，所以还需要压缩以太网帧头以提高数据传输效率，降低时延。
图1 迷你时隙示例
无线高可靠关键技术
无线高可靠技术主要包括以下几个方面：
- 优化MCS/CQI表格：LTE系统的MCS\CQI不能满足NR对于系统可靠性以及传输速率的要求，于是NR在CQI表格中增加了两个更低的码率，相对应的，基站增加了两个MCS低频选项，UE和基站之间可以选择更低的码率保障可靠性。
- 数据包重复传输：LTE系统提出了在MAC和RLC层的HARQ重传机制，但是这种可靠性是以牺牲时延为代价的，NR提出在PDCP层复制数据，在不同的PDCP信道上传输同样的数据提升可靠性。
- 高聚合等级的PDCCH：CCE是PDCCH的基本单位，LTE的PDCCH最多包含8个CCE，NR最多可以包含16个CCE，更多的资源可以降低传输的编码速率，保障传输可靠性。
- 冗余传输方案：UE之间建立冗余的PDU会话和N3接口的冗余传输基于N3接口的冗余传输。首先，NG-RAN复制上行数据包，然后通过两条冗余的链路（N3接口）通道发送给UPF，其中每条N3通道与一个PDU会话关联，建立两条独立的N3通道传输数据，基站、SMF和UPF将会为两条链路提供不同的路由（见图2）。
- 在迷你时隙层面上重复传输：R15版本的重传机制都是在时隙的调度基础上，R16阶段进一步支持迷你时隙级别的重传，重传次数最大可达到16次。
图2 冗余传输方案
URLLC无线部署方案
URLLC业务可以部署在FDD、TDD以及毫米波频段上，对于不同频段的5G网络定位以及URLLC功能部署的初步考虑如下。
FDD制式的5G网络在服务URLLC业务时，考虑全面升级URLLC关键技术，以满足行业需求为目标，定向突破行业应用。FDD制式的5G网络将是具备天然优势的组网选择。比如，FDD制式的2.1GHz频段是5G的重耕频段，主要用于提升5G的全网覆盖并补充网络容量。FDD网络制式的天然优势将更有利于承载极低时延、极高可靠性需求的业务，因此，该频段存在满足极限指标需求的URLLC应用的能力，也将是点状覆盖区域下URLLC特性全面升级的主要频段。
TDD制式的5G网络以选择性升级URLLC技术特性为原则，以增强5G网络可靠性以及优化网络业务时延为目标。TDD制式的2.6GHz和3.5GHz频段是运营商5G的首发频段，也是实现城区连续覆盖的主力频段，主要面向普通消费者用户以及部分行业用户。受限于TDD的网络制式以及固定的帧结构配置影响，TDD频段网络的时延指标提升难度大于FDD制式网络，且网络容量以下行为主。因此，对于提供连续覆盖的TDD频段网络，无线侧URLLC技术升级将以提升运营商5G网络品牌竞争力、优化业务体验为目标，按覆盖区域内的业务需求升级网络。
毫米波频段是未来发展的新频段资源。虽然毫米波频段采用TDD制式，但由于支持更大的子载波间隔配置，且非连续覆盖的毫米波频段网络具备帧结构灵活配置的能力，所以毫米波频段网络满足URLLC业务低时延要求的能力将高于5G目前使用TDD制式频段的网络。
5G网络提供了突破原有移动通信行业局限的可能性，真正实现无线通信和垂直行业领域的深入融合。运营商需要深入挖掘行业需求，与自身网络建设和运维管理的优势相结合，提供真正匹配行业用户需求的端到端解决方案，充分发掘5G网络的新价值。同时，在开拓URLLC新业务的道路上，需要行业上下游合作伙伴的共同努力和协作。
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