TN929.5超高可靠低时延通信

TN929.5超高可靠低时延通信（URLLC）作为5G的三大应用场景之一，受到了越来越广泛的关注。车联网是URLLC的主要应用之一，对信息传输的可靠性有很高的需求。为了增强传输的鲁棒性和可靠性，从空分、频分和时分的角度分别介绍了多种Multi-TRP based URLLC技术方案，对比分析了其优缺点。此外，设计了一种新的动态切换传输方式的信令指示方案，并对多种方案进行了性能仿真评估。仿真结果表明，动态切换的方式能提供显著的性能增益。

5G的新空口将支持三大应用场景，分别是增强移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）和超高可靠低时延通信（URLLC）。对于URLLC，其特点是高可靠、低时延,可靠性可高达99.999%，时延可低至在1 ms以内。URLLC的主要应用包括：工业应用和控制、交通安全和控制、远程制造、远程培训、远程手术等。
对于多发送接收节点(Multi-TRP)的传输技术，曾经在3GPP的NR Rel-15讨论初期取得了初步的进展，但由于Rel-15版本的讨论时间有限，此议题被搁置。车联网是URLLC的主要应用之一，对信息传输的可靠性有很高的需求。为了增强传输的可靠性和鲁棒性，NR Rel-16重启了对Multi-TRP传输技术的讨论[1]。基于此，本文从空分、频分和时分的角度分别介绍了多种Multi-TRP based URLLC技术方案，对比分析了其优缺点。此外，设计了动态切换传输方式的信令指示方案，并对多种方案进行了性能仿真评估。
1 URLLC场景下的多发送接收节点传输方案
1.1 Multi-TRP based URLLC方案
对于Multi-TRP的传输，可以从两个不同的TRP发送相同的传输块（TB），如图1所示。为了在接收端支持软合并，可以对这些重复的传输块使用不同的冗余版本。另外，为了进一步增强传输的可靠性，这些重复的传输块可以被重复的物理下行控制信道调度。
对于传输块的重复发送方式，在3GPP的RAN1 96次会议上，确定了采用空分（SDM）、频分（FDM）、时隙内时分（TDM）和时隙间时分（TDM）作为Multi-TRP based URLLC发送方案的候选技术[2]
(1)方案1（SDM）
在单独的时隙内配置多个传输配置指示(TCI)状态，在时频资源上重叠。
①方案1a
每个TRP发送相同传输块的一层或一组层，这一层或一组层与一个TCI和一组的解调参考信号端口相关联。此外，所有TRP的空间复用层来自一个相同的码字，此码字使用1个冗余版本（RV）。
②方案1b
每个TRP发送相同传输块的一层或一组层，这一层或一组层与一个TCI和一组的解调参考信号端口相关联。此外，每个TRP的一层或一组层对应一个独立的码字，不同的码字可以使用相同的RV或不同的RV
(2)方案2（FDM）
在单独的时隙内配置多个TCI状态，在频域资源分配上不重叠。每个不重叠的频域资源分配关联一个TCI状态。
①方案2a
一个码字使用一个RV，此码字映射到所有的频域资源分配位置上。
②方案2b
一个码字使用一个RV，不同的码字映射到每一个非重叠的频域资源分配位置上，不同码字之间的RV可以相同或不同。
(3)方案3（时隙内TDM）
在单独的时隙内配置多个TCI状态，在时域资源分配上不重叠，时域的颗粒度为微时隙（mini-slot），每个TRP发送的TB对应一个TCI和一个RV。
(4)方案4（时隙间TDM）
在多个不同的时隙之间配置多个TCI状态，每个TRP发送的TB对应一个TCI和一个RV。
对于以上4种Multi-TRP based URLLC方案，其优缺点对比如表1所示。
1.2 动态切换的方案设计
为了充分发挥各种方案的优势，上述SDM、FDM的方式可与TDM的方式互相结合，支持FDM+TDM和SDM+TDM的方式。为了获得更大的灵活度，当时域的重复次数大于1时，可对TDM、FDM+TDM和SDM+TDM这3种方式进行动态切换；当时域的重复次数等于1时，可对FDM和SDM这两种方式进行动态切换。
此外，当时域重复的次数为1时，可以是面向URLLC的Multi-TRP传输，比如SDM/FDM，也可以是传统的面向eMBB的Multi-TRP传输。相比URLLC的repetition方案，可以把面向eMBB的Multi-TRP传输称为non-repetition方案。non-repetition方案可以改进传输效率提高吞吐量，而repetition方案则可以增强传输的可靠性和鲁棒性。为了获得更大的灵活度，可以基于信道条件动态切换repetition方案和non-repetition方案。
为了实现以上repetition方案和non-repetition方案的动态切换，以及repetition方案中的TDM、FDM+TDM和SDM+TDM这3种方式的动态切换，本文设计了新的DMRS信令指示表格，如表2所示。表2中一个码字下的索引为0～7对应non-repetition方案，将其余索引分成3个组，分别对应repetition方案中的TDM、FDM+TDM和SDM+TDM这3种方案。表2中两个码字下对应的索引同样可采用类似的方法来动态切换各种方案。当DCI中TCI域所指示的TCI状态数为1时，则用Rel-15 NR中的DMRS指示表格（即旧表）；而当DCI中TCI域所指示的TCI状态数大于1时，此信令指示方案的优点是，既可以保持和Rel-15 NR一样的信令开销，又能后向兼容Rel-15 NR的用户，实现了non-repetition方案和repetition方案(包括TDM、FDM+TDM和SDM+TDM)的动态切换功能。
2 性能评估及分析
为了验证Multi-TRP based URLLC性能，本文首先使用链路级仿真评估了repetition和non-repetition方案相对于Single-TRP性能：
(1)Repetition：基于相干联合传输(NCJT)的SDM repetition
每个TRP单独传输1层的数据，2个TRP使用的MCS和资源分配配置相同，这2个TRP分别使用DMRS端口0和端口2。
(2)Non-repetition：面向eMBB的Multi-TRP传输
每个TRP单独传输1层的数据，资源分配的配置相同，这2个TRP分别使用DMRS端口0和端口2，两层的数据部重复。
单个TRP、两个TRP不做repetition和两个TRP做repetition的链路级性能比较。仿真的主要参数配置如表3所示，采用64QAM的调制方式。从图3的仿真结果可以看出，repetition方案的误块率(Block Error Rate，BLER)性能要优于其余两个方案，这是因为接收端可以做软合并。对于谱效率，两个TRP做repetition的方案相比其余两个方案在低SNR区域可以获得最高的谱效率，而在高SNR区域，两个TRP不做repetition的方案性能最好。这是由于在高SNR区域的传输性能主要依赖于复用阶数，而在低SNR区域更追求的是传输的可靠性。
室内(Indoor)场景下单小区、NCJT with repetition和NCJT without repetition的系统级仿真性能如表4所示。从表4的5%吞吐量和中断概率这两项指标可以看出，相比单小区的性能，两个TRP之间做repetition和不做repetition这两种方案都能带来很大的性能增益。在系统级仿真中，同时评估了non-repetition和repetition方案动态切换的性能，可以看出动态切换的方式能提供显著的性能增益。
本文从空分、频分和时分的角度分别介绍了多种Multi-TRP based URLLC技术方案，对比分析了其优缺点。此外，设计了动态切换传输方式的信令指示方案，并对多种方案进行了性能仿真评估。仿真结果表明，动态切换的方式能提供显著的性能增益