5G 系統中URLLC 免調度傳輸分析研究

［石靖］

1 引言

目前5G NR 系統[1]和4G LTE[2]系統均支持URLLC業務[3～4]，相較于4G系統，5G系統中支持不同的子載波間隔，即除了4G 系統支持的15 kHz，還支持30 kHz、60 kHz和120 kHz 的子載波間隔，使用較大的子載波間隔在降低網絡時延具有明顯優勢。為了支持URLLC 業務低時延高可靠特性，尤其是上行業務傳輸，通過免調度傳輸來降低調度時延，同時結合重復傳輸來保證可靠性。通過介紹5G 系統中新引入的免調度傳輸技術，分析其工作原理，為今后在實際網絡部署中基站側和終端側使用該技術提供技術支持。

2 URLLC 關鍵技術

當前URLLC 的主要應用場景包括工廠自動化、智能電網、車聯網、遠程醫療和虛擬現實等。不同于常規的公網業務傳輸，上述應用場景對于業務傳輸的可靠性和時延具有更高需求[3]。5G 系統中支持URLLC 業務的關鍵技術相較于4G 系統的新技術包括。

（1）基于更短時長的傳輸：目前5G 系統中支持符號粒度的業務信道調度，與4G 系統中基于微時隙粒度的傳輸類似。但是5G 系統中支持不同的子載波間隔，即除了4G 系統支持的15 kHz，還支持30 kHz、60 kHz 和120 kHz的子載波間隔，使得符號的時域長度在使用更大的子載波間隔時具有更短的時長。因此URLLC 業務的傳輸時長相較于4G 系統明顯降低。

（2）免調度傳輸：5G 系統中支持兩種類型的免調度傳輸，一種類似于4G 系統中的上行半靜態調度（UpLink Semi-Persistent Scheduling，UL SPS），即需要下行控制信息（Downlink Control Information，DCI）激活免調度傳輸，之后以周期方式傳輸上行數據節省調度請求過程的時延。另一種是無需DCI 激活的免調度傳輸，基站配置周期性的傳輸資源，當終端有上行業務需要發送時，直接使用這些預先配置好的資源進行傳輸，省去了調度請求過程和DCI激活過程的時延，相較于4G 系統中的UL SPS 進一步節省了激活過程的時延。

（3）搶占傳輸：為了保證URLLC 業務的性能，基站可以通過搶占eMBB 業務已經分配到的資源強行分配資源給URLLC 業務?；就ㄟ^發送搶占指示信息，將搶占的資源通知給eMBB 用戶，eMBB 用戶解讀搶占指示信息可以避免合并錯誤數據，如果解碼錯誤可以結合重傳保證eMBB 性能。

3 免調度傳輸深入分析

5G 系統中支持的兩種類型的免調度傳輸分別稱為免調度類型1（Configured Grant type1，CG type1）和免調度類型2（Configured Grant type2，CG type2）。CG type1只需要通過RRC 信令配置就可以激活；CG type2 在RRC配置資源后還需要通過DCI 激活，類似LTE UL SPS。例如圖1 所示PUSCH 傳輸，基于調度方式的上行業務信道（Physical Uplink Shared Channel，PUSCH）傳輸方式為：首先當UE 有數據到達，終端先發送調度請求（Scheduling Request，SR），基站收到SR 之后發送調度授權（Scheduling Grant，SG）獲取終端的緩存狀態，在終端上報緩存狀態報告（Buffer Status Report，BSR）之后，基站發送調度授權以調度終端發送PUSCH，當基站反饋肯定應答ACK 之后完成一次傳輸。而采用免調度傳輸，終端可以直接發送PUSCH，以節省調度請求過程中消耗的時延。

圖1 上行PUSCH 傳輸示意

CG type1 和CG type2 僅僅是激活方式的不同，在免調度傳輸節省時延和重復傳輸方式是相同的。其中CG type1 適用于周期業務且系統中PDCCH 資源受限場景，CG type2 適用場景更加廣泛，可以動態激活/去激活CG PUSCH 傳輸，更加靈活的使用資源。以下通過重復傳輸機制，保證K次重復傳輸，激活和去激活方式的深入分析，全面剖析免調度傳輸技術。

3.1 重復傳輸機制

對于URLLC PUSCH 傳輸，支持兩種重復傳輸機制，分別稱為repetition type A 和repetition type B。其中repetition type A 支持基于時隙的重復傳輸，而repetition type B 支持基于微時隙的重復傳輸，即基于正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）符號的重復傳輸。需要說明的是，通過重復傳輸提升PUSCH傳輸可靠性不僅可以應用于免調度傳輸，也可以應用于調度傳輸。

3.1.1 Repetition type A

Repetition type A支持以slot為單位的重復傳輸方式，在連續K個slot 中重復傳輸K次，且在每個slot 中傳輸所使用的時頻資源也相同。如圖2 所示，執行K=4 次重復傳輸，且每次重復傳輸使用的時域資源相同，即每個slot 中前12 個OFDM 符號，使用的頻域資源相同，例如使用N個RB。

圖2 Repetition type A 示例

3.1.2 Repetition type B

Repetition type B支持以微時隙為單位的重復傳輸方式，其中微時隙包含若干OFDM 符號。每次重復傳輸的名義重復資源相同，但實際重復資源可能不同，當名義重復遇到時隙邊界或不可用符號會裂變為2 次實際重復。該方式相較于Repetition type A方式能夠進一步以較短的TTI 執行背靠背方式的重復傳輸，在保證可靠性前提下進一步降低時延。

基站僅指示或配置首次名義重復的時域位置，即在時域資源分配中配置起始符號S和時域占用符號數L，并配置重復傳輸次數K。剩余K-1 次名義重復的時域位置以背靠背方式依次占用上行符號資源。

當基站配置時域資源分配（Time Domain Resource Allocation，TDRA）如表1 所示且指示使用index=1 時，此時首個名義重復在slot #n 中從符號#2，即第3 個符號開始占用10 個符號，重復傳輸4 次，如圖3 所示。表1中PUSCH mapping type 和K2 分別表示PUSCH 映射類型和上行調度定時。

表1 TDRA 示意

圖3 Repetition type B 名義重復示例

由于名義重復遇到slot 邊界會裂變為2 次實際重復，即實際重復傳輸如圖4 所示。由于實際重復不會跨越時隙邊界，因此以實際重復來確定解調參考信號（DeModulation Reference Signal，DMRS）位置和冗余版本（Redundancy Version，RV）索引。但是由于實際重復是由名義重復裂變而成，為了避免不必要的頻繁跳頻，因此以名義重復來確定inter-repetition 跳頻邊界。

圖4 Repetition type B 實際重復示例

3.2 保證K 次重復傳輸

由于CG PUSCH 傳輸要想保證K次重復傳輸，需要在業務到達后第一個傳輸機會就開始傳輸。對于只有一套CG 配置而言，一旦業務到達晚于CG 配置的首個傳輸機會，就無法保證K次重復傳輸。因此，為了保證URLLC 業務傳輸的可靠性，即保證K次數重復傳輸且避免較大的等待時延，通過支持多套CG 配置來實現保證K 次重復傳輸。

多套CG 配置中的每一套資源配置都具有K 次數傳輸機會，多套資源間通過配置一個時域偏移來保證CG PUSCH 有多個傳輸起始位置，即當有業務到達就可以選擇具有最小等待時延的一套CG 資源執行K次重復傳輸。如圖5 所示，配置4 套CG 資源用于CG PUSCH 重復傳輸，其中K=4，周期P=4 個slot，4 套CG 配置的起始偏移分別為0,1,2,3 個slot。此時無論CG PUSCH 業務在任何一個slot 達到，都能找到其中一套CG 資源以最小等待時延且執行重復傳輸4 次。

圖5 多套CG 配置

3.3 激活/去激活方式

對于CG type2，激活/去激活方式在NR Release 15 版本和Release 16 版本中也有所不同。對于Release 15 版本，僅支持一套CG PUSCH，激活確認通過對DCI 中HARQ process number和Redundancy version置0來指示，去激活確認通過對DCI中HARQ process number和Redundancy version 置0 以 及 對Modulation and coding scheme 和Frequency domain resource assignment 置1 來指示。

在Release 16 中，由于支持多套CG PUSCH 傳輸，因此通過HARQ process number 來進一步指示激活/去激活哪一套CG PUSCH，即該比特域不再用于激活/去激活確認。并且去激活為了更加高效地釋放資源以及節省PDCCH 開銷，支持聯合去激活方式。即由RRC 配置聯合去激活的配置表，其中每一行對應一套或多套CG 配置，通過HARQ process number 指示該RRC 配置表格的索引，實現去激活一套或多套CG 配置。

3.4 應用免調度傳輸

應用免調度傳輸是保證URLLC 業務99.999%可靠性和1ms 空口時延的需求的重要技術之一。免調度傳輸主要為URLLC 業務中的上行業務而制定，充分保證低時延高可靠傳輸特性，并且對周期業務和非周期業務都可以適用。另外，也適用于工業物聯網（Industrial Internet Of Things，IIOT）IIOT 傳輸，對于非整數業務周期的工業應用場景也可以通過多套資源配置來保證。

4 結束語

本文通過分析研究5G 系統中新引入的免調度傳輸機制，分析其工作原理，在實現低時延傳輸的同時如何通過重復傳輸保證可靠性，以保證URLLC 上行業務的性能需求。為今后實際網絡部署中更加高效地使用免調度傳輸技術提供參考。