NRURLLC物理层技术解析

### NR URLLC物理层技术解析 #### 1. 短处理时间 在NR中，针对两种情况规定了设备应管理的最小调度时间： - 接收下行数据传输结束到发送相应HARQ反馈之间的处理时间，记为d1。 - 接收上行授权结束到发送相应上行数据传输之间的处理时间，记为d2。 这些延迟的长度取决于一组调度因素： 1. 用于物理下行共享信道（PDSCH）数据传输的解调参考信号（DMRS）符号数量。 2. 物理下行控制信道（PDCCH）和PDSCH符号在下行分配中是否重叠。 3. 第一个物理上行共享信道（PUSCH）符号中DMRS和数据是否混合。 4. 下行分配中的正交频分复用（OFDM）符号（OS）数量。 5. 设备处理能力。 设备处理能力因素反映了设备的处理速度，其中能力2针对低延迟服务（如URLLC），而能力1是基本处理速度。d1和d2的定义表达式为能力1和2对应的最小处理定时参数N1和N2（见表1）与调度相关延迟之和。需要注意的是，对于120kHz子载波间隔（SCS），在版本15中未定义能力2，因此采用能力1的值。 | SCS | Capability 1 | | Capability 2 | | | --- | --- | --- | --- | --- | | | N1 [OFDM symbols] | N2 [OFDM symbols] | N1 [OFDM symbols] | N2 [OFDM symbols] | | | 1 DMRS | >1 DMRS | 1 DMRS | >1 DMRS | | 15 kHz | 8 | 13 (14 if in OS #12) | 10 | 3 | | | | | | 5 | | 30 kHz | 10 | 13 | 12 | 4.5 | | | | | | 5.5 | | 60 kHz | 17 | 20 | 23 | 9 (FR1) | | | | | | 11 (FR1) | | 120 kHz | 20 | 24 | 36 | 20 (Cap. 1) | | | | | | 24 (Cap. 1) | | | | | | 36 (Cap. 1) | d1（以OS为单位）的计算公式为： d1 = N1 + d1,1 其中： \[ d_{1,1} = \begin{cases} 7 - i & [Mapping type A; i < 7] \\ 3 & [Mapping type B; Capability 1; allocation 4 OFDM symbols] \\ 3 + d & [Mapping type B; Capability 1; allocation 2 OFDM symbols] \\ d & [Mapping type B; Capability 2; allocation 2 or 4 OFDM symbols] \\ 0 & [Otherwise] \end{cases} \] 这里i是PDSCH分配中最后一个符号的索引，d是PDCCH和PDSCH重叠符号的数量。从表达式可以看出，下行和上行控制的放置会影响处理延迟，目的是为设备处理并行任务提供额外的时间。 d2（以OS为单位）的计算公式为： d2 = N2 + d2,1 其中： \[ d_{2,1} = \begin{cases} 0 & [Only DMRS in first PUSCH symbol] \\ 1 & [Otherwise] \end{cases} \] 这样设备在开始解码之前可以有一个额外的符号来根据DMRS进行信道估计。 假设设备具有能力2处理能力，我们可以计算一些有趣的URLLC配置的处理延迟，见表2。这里假设PDSCH中配置了1个DMRS，对于4和2符号的下行传输，PDCCH和PDSCH重叠1个符号，并且第一个PUSCH符号中DMRS与数据混合。可以注意到，处理延迟并不会随着更短的分配而减少，这可能与预期相反。 | Allocation | d1 [OFDM symbols] | | d2 [OFDM symbols] | | | --- | --- | --- | --- | --- | | | 15 kHz SCS | 120 kHz SCS (Cap. 1 values) | 15 kHz SCS | 120 kHz SCS (Cap. 1 values) | | Slot [14 symbols] | 3 | 20 | 6 | 37 | | 7 symbols | 3 | 20 | 6 | 37 | | 4 symbols | 4 | 21 | 6 | 37 | | 2 symbols | 4 | 21 | 6 | 37 | 网络会在下行控制信息（DCI）中明确向设备指示上行定时，用于下行HARQ反馈或上行数据。 #### 2. 下行多天线技术 提高下行信号质量有多种方法： - **设备端多天线**：为设备配备多个交叉极化天线接收相同传输是最明显的方法之一。对信号进行相干处理可使接收端具有方向性，从而抑制噪声和干扰，提高信号质量。可以合理预期，更多针对蜂窝机器类型通信（cMTC）服务的高端NR URLLC设备至少会有4个接收天线，即2对交叉极化元件。 - **基站端波束赋形**：即使不为设备配备更多天线，也可以利用基站（gNB）侧的大型阵列进行强大的波束赋形。随着频率的增加，天线元件变小，因此可以实现具有许多元件的合理尺寸阵列。由于天线元件的大小与波长成正比（通常在λ/2范围内），载波频率加倍会使阵列尺寸减半，如果保持相同的阵列尺寸，则可以容纳两倍数量的元件。同时，天线的最大定向增益预计会随元件数量增加而增加。因此，在NR中使用的较高载波频率下，通常可以实现更高的定向增益。 由于NR中的设备特定DMRS插入在下行传输中，波束赋形对设备来说是透明的，无需额外指示。DMRS与数据以相同方式进行波束赋形，当设备基于参考信号进行解调时，波束赋形会自动处理。 gNB可以通过两种基本方式为天线阵列选择波束： - **数字波束赋形**：基于预编码矩阵。设备被配置为接收导频符号，并尝试使用码本中的一组预配置预编码器。设备在预编码矩阵指示（PMI）报告中指出码本中给出最高质量的索引。使用预编码器使gNB能够同时向不同设备使用多个波束，还能实现具有多个数据层的多输入多输出（MIMO）传输。对于URLLC，虽然不追求高频谱效率，但基于预编码器的波束赋形仍然是一个不错的选择，因为它比基于波束网格的波束赋形更快、更精确。然而，其缺点是需要大量的导频和测量报告，并且在条件变化时存在使用错误预编码器的风险。 - **模拟波束赋形**：基于传输权重。在模拟设置中，波束是经过数模（D/A）转换后形成的主瓣，通常通过在网格中扫描一组波束并