5G高可靠性低時延如何破局？

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面向場景的適配是5G應用發展的核心。

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文 | 通訊產業報(網) 黨博文

近日，在IMT-2020（5G）推進組的指導下，中信科移動順利完成“5G 增強技術研發試驗uRLLC關鍵技術”的測試，這也是IMT-2020（5G）推進組今年第一次啟動uRLLC（高可靠性低時延）試驗工作。

值得關注的是，此次測試試驗主要內容涵蓋兩部分，一是在現有eMBB幀結構下增加uRLLC功能，驗證uRLLC相關功能是否正常執行，包括排程粒度由時隙級調整至符號級以減小時延，使用資料主動重複傳輸技術配合高聚合PDCCH、高可靠低位元速率CQI/MCS表的應用以保證傳輸的可靠性；二是驗證增加uRLLC功能後，對網路效能，如空口時延、空口傳輸可靠性帶來的增益。

作為第五代行動通訊標準，5G的願景是實現萬物互聯，不再像之前的幾代行動通訊標準僅在速率上做提升，因此，面向場景的適配才是5G發展的核心方向。在5G揚帆啟航之年，uRLLC測試試驗工作的的啟動，引發了業界的諸多關注。

R16凍結推進uRLLC駛入快車道

通訊技術十年一代，萬物互聯的5G時代則綜合考慮了峰值速率、使用者體驗速率、頻譜效率、移動性、時延、連線密度、網路能效、話務密度等技術指標，繁複的效能指標下，也明確了5G的發展並非只是滿足個人業務的演變訴求。

因此，5G劃分了三大應用場景，eMBB（增強移動頻寬）、mMTC（海量連線）與uRLLC（高可靠性低時延）。

其中，mMTC主要針對一些物聯網典型場景，而eMBB則是在以超高畫質流媒體為代表的相關業務，uRLLC則是聚焦在需要5G高效低時延特點業務，如車聯網、自動化業務等。

據悉，uRLLC是蜂窩通訊的特殊用例，包括適用於低時延和高可靠性應用的一組功能。在5G建網初期，與eMBB和mMTC被頻繁提及有所不同，uRLLC的發展程序似乎一直不溫不火，業界普遍認為，5G引入機器對機器（M2M）通訊和海量機器類通訊（mMTC）的新範例，自治系統將控制、通訊、測量、儲存和分析海量資料。

然而，uRLLC的目標正是使其特性和網路功能能夠在極端的可靠性標準下執行，並且使關鍵基礎設施和計算機之間的往返延遲小於1毫秒。

因此，在去年六月，5G的第二版國際標準（Rel-16）正式凍結，R16標準增強了對高可靠性、低時延的uRLLC業務場景的支援。其中，uRLLC的應用場景要求達到十毫秒以下的端到端時延，可靠性也將要求達到六個九等。

可以說，R16標準完成後，5G從人與人的連線，擴大到了人與物的連線、物與物的連線，萬物互聯成為可能，而面向工業、醫療、無人駕駛等有高可靠性低時延傳輸需求的行業，uRLLC具有極大的市場潛力及應用價值。

價值場景在哪裡？

目前業界共識，行業中的uRLLC需求，主要分為兩個大類，即小包控制類的uRLLC業務和大上行影片類的uRLLC業務，前者的業務的主要特點為資料包較小，頻寬要求較低，但對時延、可靠性要求較高，典型場景有智慧製造業中的機器間協同自動控制、智慧電網中的差動保護等；後者業務的主要特點為上行資料包較大，頻寬要求高，同時下行控制信令對時延、可靠性要求較高，以智慧港口中的龍門吊、橋吊遠端控制、智慧醫療中的遠端手術為代表。

以5G智慧工廠為例，作為小包控制類uRLLC業務的典型場景，5G智慧工廠將大幅改善勞動條件，減少生產線人工干預，提高生產過程可控性，提高企業的生產效率和產品質量。

然而，對於工業領域來說，高可靠性低時延的通訊系統可以說是至關重要。工業領域的裝置投入巨大，無論是機床、生產線，還是機械裝置，生產過程中的故障導致的停工，往往會影響整條生產線，甚至整個產品交付週期。

因此，5G uRLLC的引入，透過在自動化機械裝置相應部件上加裝5G通訊模組，讓終端裝置實時回傳採集資料或影象，控制端依據收到的狀態資訊進行分析決策並反饋給終端裝置，以典型的閉環模式將控制過程週期降低至ms級別，並提高可靠性。

在智慧醫療領域則是大上行影片類uRLLC業務的典型場景。

眾所周知，傳統的醫療行業通常採用有線連線方式進行資料傳輸，建設和維護成本高、移動性差，而5G網路具備超高頻寬和毫秒級的傳輸時延，使影象、音訊的傳輸再也不用擔心卡頓的問題，可有效滿足醫療救治過程中對安全可靠性和快速實行的要求。

以遠端機器人手術為例，該方案是依託機器人、定位和感測技術，實現自動化或半自動化的手術操作，而延遲或錯誤的操作將造成嚴重的後果，甚至危及生命，並且，遠端手術需要實時回傳患者端、探頭等影像，因此需要大頻寬以流暢傳輸影片流，這也正是uRLLC的核心優勢。

但需要指出的是，不同行業不同型別業務對網路能力的要求存在較大差異，而為滿足行業對於 uRLLC場景的迫切需求，產業各方應積極行動，加快大上行、極致時延、超低可靠等相關技術和產品的研發。

哪些挑戰待解？

今年是5G應用的快速普及之年，當前，我國5G產業、網路建設、使用者規模等方面具有一定的領先優勢，但5G應用發展仍面臨終端、網路供給能力不足、應用標準缺乏等問題，因此在今年7月，十部門聯合釋出了《5G應用“揚帆”行動計劃（2021—2023年）》，旨在不斷強化高質量技術產業供給，進而推動5G融入千行百業。

當前，面向uRLLC場景主要體現在速率、時延、可靠性三個維度。因此，透過提供分級上行、分級時延、分級可靠性等方面的網路能力，才能更好滿足行業對“大上行、極致時延、超高可靠性”的需求。

因此，針對行業應用對上行容量及上行覆蓋的不同需求，可以透過5G專屬幀結構、SUL上行增強和上行載波聚合等關鍵技術，輔助多型別的組網方式共同提升上行能力。

針對行業應用對傳輸時延提出的不同需求，可以在空口時延及傳輸時延兩方面使用 Mini-slot、uRLLC搶佔、智簡基站分流等時延降低技術，分級分檔滿足行業對於時延的要求。

“面向行業需求的不斷增長，產業上下游需要提前在技術及規劃上做好準備。”

業內人士指出，透過各種標準技術與實現手段的靈活組合，5G網路可以充分滿足各行各業的需求，推動數字化經濟的快速發展。

建網不是目的，應用才是核心。誠然，5G在各領域應用的技術特徵、需求場景、專業門檻差異性很大，必須有效發揮行業領域與資訊通訊產業的力量，形成合力、聯合推進，形成IT（資訊科技）、CT（通訊技術）、OT（運營技術）深度融合的新生態才能提升5G應用效果。

因此，uRLLC若要邁向高質量發展，還需參與行業數字化的各方共同努力，

明確行業對高可靠性低時延業務的需求，完善使能技術體系，不斷提升5G網路的大上行、極致時延、超高可靠效能力，並且加速推動行業應用的快速落地，形成新一代資訊科技綜合運用的正向迴圈。

編

輯：博文

指導：新文

總編評論：換軌通訊發展模式勢在必行