5g新空口下embb与urllc业务复用技术的研究

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1、5G新空口下eMBB与URLLC业务复用技术的研究杨士霄1，高月红1，张欣1，李明菊2（1北京邮电大学，北京100876）（2宇龙计算机通信科技（深圳）有限公司，深圳518057）摘要5G标准规范体系的演进将致力于解决不同应用场景中的多样化、差异化性能指标，适用频谱资源的缺乏要求5G新空口频段能够同时承载超高速率、超低时延业务。根据3GPP研究计划与进展，5G研究初期以eMBB为主，直到成熟期完善URLLC的标准化。本文主要从物理层设计的角度出发对eMBB与URLLCKPI及相关技术进行了讨论与研究。为了实现不同参数集配置的

2、两种业务模型在同一频段上共存，本文分析了4种应用场景下eMBB与URLLC的两种基本复用方法，旨在减少资源浪费，提升系统的频谱效率。关键词URLLC；eMBB；业务复用；动态资源分配中图分类号文献标识码文章编号从信息交互对象不同的角度出发，2015年ITU正式定义了未来5G网络应用将涵盖的三大场景：增强移动带宽(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)、超可靠低时延(URLLC)。2020年以后，5G不同应用场景所带来的业务多样化、差异化对移动通信的挑战将尤为显著。其中，eMBB业务主要包括3D/超高清视频等大流量移动宽带型业

3、务，强调人与人之间的极致通信体验。URLLC业务则主要涵盖无人驾驶、工业自动化等业务，需要低时延、高可靠连接。而mMTC主要是针对物联网中大规模机器类通信场景。在此背景下，5G网络将致力于满足超高速率、超低时延、高速移动、高能效以及超高流量与连接数密度等多维能力指标。5GNR（NewRadio,新空口）设计的其中一个重要目标就是使三大场景下的不同模型的业务能够有效地复用到同一频段上。从3GPP5G无线网演进策略来看，到5G发展中期（2021-2022年），eMBB与URLLC业务都应较为成熟，而NB-loT/eMTC为mMT

4、C的主力承载网，少量新型mMTC业务由5GNR承载。本文则着眼于eMBB业务与URLLC业务的多种复用场景以及在同一载频上高效共存的方案。1URLLC/eMBB的应用与标准化进展1.1URLLC/eMBB应用现状与远景URLLC/eMBB场景为目前5GNR最为迫切需求的场景，其中又以eMBB业务为最基本需求。5G业务发展初期（2019-2020年）以热点区域、城区覆盖eMBB业务为主，主要包括热点高容量、高速率的挑战。过渡到中期（2021-2022年）5G成为eMBB业务的主要承载网，URLLC业务能够在尽量保证eMBB业务

5、频谱效率的情况下与eMBB业务共存。直到5G发展成熟期（2023-2025年），URLLC业务标准化进展已然成熟，5GNR将大规模承载URLLC业务，主要面向新兴的车辆网、工业自动化等物联网及垂直行业的应用需求。文献[3]中总结了5G技术路线与场景的演进，如图1所示。目前全球已大规模部署了统一的4G标准(LTE/LTE-Advanced)，为了持续提升用户体验并支持网络平滑演进，4G演进将在传统通信频段引入增强技术，进一步提升4G系统的速率、容量、连接数、时延等空口性指标。根据5GKPI指标可以估算出eMBB场景在6GHz以

6、下频段需要约1GHz的传输带宽，在高频段则需要14~20GHz。由图1中的演进路线可见URLLC的调度主要集中在5G低频新空口频段，该频段全新的空口设计需要灵活配置技术模块及参数来满足不同场景差异化的技术需求。图15G技术路线与场景1.2URLLC/eMBBKPI指标文献[4]中具体描述了三大业务的部署场景与性能需求，eMBB旨在实现0.1~1Gbit/s的用户体验速率以及数十吉比特每秒峰值速率，URLLC业务KPI主要涵盖用户面时延与可靠性两部分。根据RANNR设计需求，URLLC业务上行与下行用户面时延应小于0.5ms。

7、此处定义的用户面时延是在没有给定URLLC业务分组大小以及可靠性指标情况下的平均目标值。不同URLLC业务对URLLC时延有着不同的需求，尤其是自动驾驶与AR/VR等技术需要超低的用户面时延支持。另外，高可靠性要求一个大小为Xbyte（例如20byte）的URLLC业务包在1ms的用户面时延内达到99.999%的成功传输概率。可靠性保障是URLLC关键技术中的核心难题，目前针对性的研究与工作还较少。就还未达成共识的X值，目前各大公司所进行的系统级仿真中使用最为广泛的是RAN1提出的32byte。文献[5]中定义URLLC业务

8、模型为泊松流与周期性共存的混合模型，业务分组大小可选择32，50，200byte，同时定义eMBB业务模型为泊松流或者FullBuffer，业务分组大小为0.1MByte或者0.5Mbyte。当eMBB用户使用泊松业务模型时，在没有URLLC业务负载的情况下，协议规定eMBB业务应当占用2