NRURLLC技术解析与性能评估

### NR URLLC技术解析与性能评估 #### 1. NR URLLC关键技术介绍 ##### 1.1 HARQ操作 NR支持的HARQ操作是异步的，这意味着设备必须通过DCI中的进程ID（PID）来确定使用哪个缓冲区。激活后，配置的上行授权资源将从0开始编号，直到RRC配置的最大值，之后编号重新从0开始。这样，gNB和设备都能知道给定PID对应的是哪一次传输。当触发重传时，即使可以指示配置资源进行重传，设备也会通过DCI进行动态调度。 ##### 1.2 重复传输 可以在配置授权（CG）上配置传输块（TB）的重复传输，对于mini - slot资源也是如此。不过，上行重复传输仅在时隙级别进行，即相同的资源将在K个连续时隙中用于发送TB。与基于HARQ的重传相比，这能在更短时间内提高可靠性。对于最低延迟，需要在时隙内的mini - slot资源上进行重复传输，但NR Release - 15不支持这一点。在上行CG的K次重复传输中，会应用RV模式，根据重复次数n选择RV序列的第(mod(n - 1,4)+1)个值。可配置的RV序列有{0,2,3,1}、{0,3,0,3}和{0,0,0,0}，K序列可以在配置的RV序列中的RV为0时的任何时刻开始。这意味着当配置了变化的RV序列时，需要额外的对齐延迟来等待重复序列的开始。 ##### 1.3 上行功率控制 PUSCH传输功率的计算公式为： \[p_{PUSCH} = \min\{p_{cmax}; p_0 + \alpha \cdot PL + 10 \log_{10}(2^m \cdot M_{rb}) + DTF + \delta\}\] 其中，\(p_{cmax}\)是每个载波允许的最大功率，\(p_0\)和\(\alpha\)是可配置参数，\(PL\)是路径损耗估计值，\(m\)是参数（子载波间隔\(SCS = 2^m \cdot 15kHz\)），\(M_{rb}\)是上行分配，\(DTF\)根据MCS计算得出，\(\delta\)是闭环参数。开环组件（\(p_0 + \alpha \cdot PL\)）由设备配置和处理，而闭环组件\(\delta\)在DCI中指示。PUCCH功率控制与PUSCH相同，但PUCCH的\(\alpha\)固定为1。 ##### 1.4 CSI测量与报告 为了让gNB知道在下行链路中为设备使用哪种MCS，了解信道条件至关重要。设备在导频探测信号CSI - RS上测量信道质量，然后在CSI报告中报告CQI，作为UCI的一部分，与HARQ A/N和SR一起。报告基于对配置的CSI - RS资源的测量，可以通过DCI指示以周期性（在PUCCH上）、半静态（在配置的PUCCH或PUSCH资源上）或非周期性（在PUSCH上）的方式触发。 CQI的值与MCS相关，当报告相应的CQI时，使用特定MCS的预期误块率（BLER）处于目标水平。在LTE中，预期BLER水平设置为10%。在NR中，为了满足URLLC的需求，设备可以配置两个不同的BLER水平：10%的错误映射到CQI表1（最高64 QAM）或CQI表11.2（最高256 QAM），\(10^{-5}\)的错误映射到CQI表11.3。配置是半静态的，通过RRC进行，而不是动态指示。因此，报告的CQI和使用的MCS表可能不匹配，这需要gNB在两者之间进行转换。 当只使用一个天线端口和一个配置的CSI - RS资源时，CSI报告仅包含CQI。使用更多天线端口和CSI - RS资源时，报告还可以包括带有预编码矩阵指示符（PMI）的码本索引、秩指示符、层指示符以及指示首选波束的CSI - RS指示符。报告可以针对简单多端口天线的类型I单面板、由多个端口组成的复合天线的类型I多面板码本或用于多用户MIMO的更高粒度的类型II码本进行。 | CQI index | Modulation | Code rate x 1024 | Efficiency | | --- | --- | --- | --- | | 0 | out of range | | | | 1 | QPSK | 30 | 0.0586 | | 2 | QPSK | 50 | 0.0977 | | 3 | QPSK | 78 | 0.1523 | | 4 | QPSK | 120 | 0.2344 | | 5 | QPSK | 193 | 0.3770 | | 6 | QPSK | 308 | 0.6016 | | 7 | QPSK | 449 | 0.8770 | | 8 | QPSK | 602 | 1.1758 | | 9 | 16 QAM | 378 | 1.4766 | | 10 | 16 QAM | 490 | 1.9141 | | 11 | 16 QAM | 616 | 2.4063 | | 12 | 64 QAM | 466 | 2.7305 | | 13 | 64 QAM | 567 | 3.3223 | | 14 | 64 QAM | 666 | 3.9023 | | 15 | 64 QAM | 772 | 4.5234 | ##### 1.5 PDCP复制 与LTE一样，为了通过两条传输路径的冗余提高可靠性，可以在PDCP层对数据进行复制。该过程通过RRC为拆分无线承载设置，并通过添加额外的逻辑信道定义一个连接到PDCP的额外RLC实体。在PDCP层，以PDCP PDU形式的传入数据包被复制并发送到两个RLC实体：主小区组（MCG）和辅小区组（SCG）。如果MCG和SCG属于同一个MAC实体，则复制在两个不同的载波上进行，即载波聚合（CA）；如果它们属于不同的MAC实体，则复制在两个不同的小区上进行，即双连接（DC）。在CA的情况下，使用逻辑信道映射限制来防止数据包在同一载波上发送。在接收端，数据包一直分离到PDCP层，在那里进行重复检查，以便只有一个PDCP PDU被传递到数据缓冲区。 ```mermaid graph LR classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; SDAP --> PDCP PDCP --> RLC1(RLC):::process PDCP --> RLC2(RLC):::process RLC1 --> MAC1(MAC):::process RLC2 --> MAC2(MAC):::process MAC1 --> PHY1(PHY):::process MAC2 --> PHY2(PHY):::process PHY1 --> CellA(Cell A / Carrier A):::process PHY2 --> CellB(Cell B / Carrier B):::process subgraph Receiving direction LR CellA --> PHY3(PHY):::process CellB --> PHY4(PHY):::process PHY3 --> MAC3(MAC):::process PHY4 --> MAC4(MAC):::process MAC3 --> RLC3(RLC):::process MAC4 --> RLC4(RLC):::process RLC3 --> PDCP2(PDCP) ```