專欄文章

前期介紹了3GPP對於低延遲通訊的支援，而在前期中提到像是工廠自動化、遠端遙控、車連網等應用除了需低延遲的傳輸外，還需具備高可靠度的傳輸，3GPP於Rel.15版本制定的新無線介面—New Radio (NR)中也考量了高可靠度通訊的支援，本篇針對高可靠度資料傳輸設計作概括的介紹。

ITU針對5G 高可靠度低延遲通訊(URLLC)訂下無線端1ms延遲，並同時具備錯誤率低於10^-5的指標，過去的通訊系統中，靠著混合式自動重送請求(Hybrid Automatic Repeat Request, HARQ)機制，未正確接收的封包可藉由重傳即可有效提升傳輸可靠度；然而在有延遲需求指標下，需在有限時間(有限重傳次數下)達成可靠度指標，因此在實體層的設計上需做增強，以下介紹Rel.15 NR中高可靠度資料傳輸相關設計：

Micro-Diversity (Rank-1 MIMO)

在多天線系統下於訊號良好時可以多路複用(multiplexing)的傳輸方式提升傳輸速度，反之可以分集(diversity)的傳輸方式提升傳輸可靠度，因此對於高可靠度通訊，可採用rank-1 MIMO的傳輸方式，以享有空間分集的增益。

Specific MCS table for URLLC

為顧及傳輸效率，對於eMBB業務的傳輸，NR以塊錯誤率(Block error rate, BLER)10^-1為目標設計調變編碼機制(Modulation and Coding Scheme, MCS)的對應表。考量某些情境下僅允許以一次傳輸達成高可靠度低延遲的指標，因此在NR中也引入了以塊錯誤率10^-5為目標設計的MCS table，意即在同樣的訊號品質下採用保守的調變編碼策略，來提高傳輸的可靠度。

Blind repetitions (i.e. K-repetition)

一般HARQ機制下，接收端會透過通知傳送端封包是否正確接收，傳送端依據通知再重新傳送封包，為減少一來一回所需的時間，NR也引入了K-repetition機制，在不等待接收端的通知下連續傳送K次相同的封包。這樣的機制在上行的部分也設給與UL Grant-free Transmission搭配使用，以達成低延遲高可靠度通訊，基地台可配置“repK”與“repK-RV”參數，前者為連續重複傳送的次數，支援到up to 8次；後者為指示連續重複傳送所用的冗餘版本(Redundancy Version, RV)順序，支援(0,2,3,1)、(0,3,0,3)，以及(0,0,0,0)三種。

PDCP layer data duplication

除了在實體層的增強外，NR也引入了上層封包複製(Higher-layer packet duplication)的解決方案，透過封包資料匯聚通訊協定(Packet Data Convergence Protocol, PDCP)上的封包複製，於不同載波/細胞上傳送相同資料增加傳輸可靠度。

圖、NR PDCP duplication

為達到低於10^-5的封包錯誤率指標，Rel.15 NR在實體層的資料傳輸上設計了不少機制可提升可靠度，然而除了資料傳輸的增強，也需確保實體層控制信道的可靠度，相關介紹將於下篇揭曉。

參考資料

[1] 3GPP TS 38.214 (Rel.15) 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Physical layer procedures for data.

[2] Li, Zexian & Uusitalo, Mikko & Shariatmadari, Hamidreza & Singh, Bikramjit. (2018). 5G URLLC: Design Challenges and System Concepts. 1-6. 10.1109/ISWCS.2018.8491078.

[3] “New Service & Applications with 5G Ultra-Reliable Low Latency Communications”, 5G America white paper, November 2018.