[论文解读] Introduction to Ultra Reliable and Low Latency Communications in 5G.

Hyoungju Ji, Sunho Park+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2017

Advanced Wireless Communication Technologies参考文献 5被引用 40

一句话总结

本文全面概述了5G网络中超可靠低延迟通信（uRLLC）的物理层设计挑战，重点分析了超低时延与超可靠性之间相互冲突的需求。文章介绍了先进帧结构、多路复用方案以及可靠性增强技术等使能技术，以满足uRLLC在关键任务应用中的严格要求。

ABSTRACT

New wave of the technology revolution, often referred to as the fourth industrial revolution, is changing the way we live, work, and communicate with each other. These days, we are witnessing the emergence of unprecedented services and applications requiring lower latency, better reliability massive connection density, and improved energy efficiency. In accordance with this trend and change, international telecommunication union (ITU) defined three representative service categories, viz., enhanced mobile broadband (eMBB), massive machine-type communication (mMTC), and ultra-reliable and low latency communication (uRLLC). Among three service categories, physical-layer design of the uRLLC service is arguably the most challenging and problematic. This is mainly because uRLLC should satisfy two conflicting requirements: low latency and ultra-high reliability. In this article, we provide the state-of-the-art overview of uRLLC communications with an emphasis on technical challenges and solutions. We highlight key requirements of uRLLC service and then discuss the physical-layer issues and enabling technologies including packet and frame structure, multiplexing schemes, and reliability improvement techniques.

研究动机与目标

• 分析5G网络中uRLLC服务物理层系统设计面临的技术挑战。
• 识别低时延与超高可靠性之间的冲突需求，作为uRLLC系统设计的核心挑战。
• 调研帧结构、多路复用和可靠性技术等使能技术，以应对上述挑战。
• 提供uRLLC的最新研究综述，重点关注物理层创新。

提出的方法

• 本文分析uRLLC需求，并将其映射到物理层设计约束上。
• 评估专为亚毫秒级时延设计的先进分组与帧结构。
• 分析支持低时延和高可靠性传输的多路复用方案。
• 回顾混合ARQ、信道编码和重传策略等可靠性增强技术。
• 讨论多种物理层技术的集成，以满足uRLLC的严格性能目标。
• 基于其在降低时延和提升可靠性方面的作用，对uRLLC使能技术进行系统性分类。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何通过物理层设计同时满足uRLLC的超低时延与超高可靠性双重需求？
• RQ2 何种帧结构与分组结构最能有效降低uRLLC系统的时延？
• RQ3 哪些多路复用与接入方案最能支持uRLLC的可靠性与时延约束？
• RQ4 哪些可靠性增强技术最适合5G网络中的uRLLC？
• RQ5 使能技术如何协同应对uRLLC中时延与可靠性之间的冲突需求？

主要发现

• 由于低时延与超高可靠性之间的冲突，uRLLC在三种5G服务类别中对物理层设计提出了最具挑战性的要求。
• 采用短传输时间间隔的先进帧结构对于实现uRLLC的亚毫秒级时延至关重要。
• 如免授权接入和小时隙传输等多路复用方案可降低信令开销与时延。
• 混合ARQ和强大信道编码等可靠性增强技术在严格时延约束下显著提升了链路可靠性。
• 多种物理层技术的集成对于实现uRLLC目标性能（99.999%可靠性与1 ms时延）至关重要。
• 本文确立了通过帧结构、多路复用与可靠性机制的协同设计，uRLLC是可行的。