［石靖］

1 引言

目前5G NR系統(tǒng)[1]和4G LTE[2]系統(tǒng)均支持uRLLC業(yè)務(wù)[3～4]，相較于4G系統(tǒng)，5G系統(tǒng)中支持不同的子載波間隔，即除了4G系統(tǒng)支持的15 kHz，還支持30 kHz、60 kHz和120 kHz的子載波間隔，使用較大的子載波間隔在降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延具有明顯優(yōu)勢(shì)。并且由于5G系統(tǒng)可以同時(shí)支持eMBB業(yè)務(wù)和uRLLC業(yè)務(wù)，基站側(cè)在時(shí)頻資源充足時(shí)，在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)可以同時(shí)分配用于eMBB業(yè)務(wù)和uRLLC業(yè)務(wù)的頻域資源。但是如果面臨實(shí)時(shí)到達(dá)的uRLLC業(yè)務(wù)，此時(shí)基站側(cè)已經(jīng)將時(shí)頻資源分配給了eMBB業(yè)務(wù)，5G系統(tǒng)支持使用搶占傳輸方式保證uRLLC業(yè)務(wù)及時(shí)傳輸，這是4G系統(tǒng)所不具備的功能。通過介紹5G系統(tǒng)中新引入的搶占傳輸，分析其工作原理，以及在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中基站側(cè)和終端側(cè)如何使用該技術(shù)。

2 uRLLC關(guān)鍵技術(shù)

當(dāng)前uRLLC的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括工廠自動(dòng)化、智能電網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療和虛擬現(xiàn)實(shí)等。不同于常規(guī)的公網(wǎng)業(yè)務(wù)傳輸，上述應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)于業(yè)務(wù)傳輸?shù)目煽啃院蜁r(shí)延具有更高需求[3]。5G系統(tǒng)中支持uRLLC業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)相較于4G系統(tǒng)的新技術(shù)包括：

基于更短時(shí)長的傳輸：目前5G系統(tǒng)中支持符號(hào)粒度的業(yè)務(wù)信道調(diào)度，與4G系統(tǒng)中基于微時(shí)隙粒度的傳輸類似。但是5G系統(tǒng)中支持不同的子載波間隔，即除了4G系統(tǒng)支持的15 kHz，還支持30 kHz、60 kHz和120 kHz的子載波間隔，使得符號(hào)的時(shí)域長度在使用更大的子載波間隔時(shí)具有更短的時(shí)長。因此uRLLC業(yè)務(wù)的傳輸時(shí)長相較于4G系統(tǒng)明顯降低。

免調(diào)度傳輸：5G系統(tǒng)中支持兩種免授權(quán)調(diào)度，一種類似于4G系統(tǒng)中的上行半靜態(tài)調(diào)度（UpLink Semi-Persistent Scheduling，UL SPS），即需要下行控制信息（Downlink Control Information，DCI）激活免調(diào)度傳輸，之后以周期方式傳輸上行數(shù)據(jù)節(jié)省調(diào)度請(qǐng)求過程的時(shí)延。另一種是無需DCI激活的免調(diào)度傳輸，基站配置周期性的傳輸資源，當(dāng)終端有上行業(yè)務(wù)需要發(fā)送時(shí)，直接使用這些預(yù)先配置好的資源進(jìn)行傳輸，省去了調(diào)度請(qǐng)求過程和DCI激活過程的時(shí)延，相較于4G系統(tǒng)中的UL SPS進(jìn)一步節(jié)省了激活過程的時(shí)延。

搶占傳輸：為了保證uRLLC業(yè)務(wù)的性能，基站可以通過搶占eMBB業(yè)務(wù)已經(jīng)分配到的資源強(qiáng)行分配資源給uRLLC業(yè)務(wù)?；就ㄟ^發(fā)送搶占指示信息，將搶占的資源通知給eMBB用戶，eMBB用戶解讀搶占指示信息可以避免合并錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，如果解碼錯(cuò)誤可以結(jié)合重傳保證eMBB性能。

3 搶占傳輸深入分析

傳輸時(shí)長（transmission duration）不等的物理下行業(yè)務(wù)信道（Physical Downlink Shared Channel，PDSCH），主要應(yīng)用場(chǎng)景為下行eMBB業(yè)務(wù)和下行uRLLC業(yè)務(wù)之間動(dòng)態(tài)復(fù)用有兩種機(jī)制。一種是通過調(diào)度實(shí)現(xiàn)二者之間沒有資源重疊，例如兩者以FDM或TDM方式復(fù)用；另一種是通過搶占傳輸實(shí)現(xiàn)uRLLC業(yè)務(wù)搶占eMBB業(yè)務(wù)已經(jīng)分配的資源進(jìn)行傳輸。對(duì)于第一種方式，完全通過基站調(diào)度實(shí)現(xiàn)即可。對(duì)于第二種方式，主要應(yīng)用場(chǎng)景為uRLLC業(yè)務(wù)沒有足夠的資源并且同時(shí)eMBB業(yè)務(wù)已經(jīng)占用了大量資源，此時(shí)考慮到uRLLC業(yè)務(wù)的時(shí)延和可靠性需求，允許其搶占已經(jīng)分配了資源的eMBB業(yè)務(wù)的資源，并且發(fā)送相應(yīng)的搶占指示信息通知被搶占的eMBB業(yè)務(wù)的資源位置。

例如圖1所示，參考下行資源時(shí)域上為1個(gè)時(shí)隙（slot），頻域上為1個(gè)部分帶寬（BandWidth Part，BWP），通過在slot #n+1的前兩個(gè)正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）符號(hào)中的物理下行控制信道（Physical Downlink Control Channel，PDCCH）承載搶占指示信息（Preemption Indication，PI），通知eMBB UE在slot #n中哪些資源被搶占。

圖1 搶占傳輸示意

3.1 搶占傳輸配置

在5G系統(tǒng)中，搶占傳輸作為一種可選功能，UE是否需要監(jiān)控?fù)屨贾甘拘畔⒂苫就ㄟ^RRC信令配置確定。當(dāng)配置需要監(jiān)控?fù)屨贾甘拘畔r(shí)，基站通過搶占指示信息通知UE哪些物理下行資源被搶占。對(duì)于搶占指示信息指示的資源，UE認(rèn)為在這些資源上沒有數(shù)據(jù)傳輸。因此，如果UE沒有被配置監(jiān)控?fù)屨贾甘拘畔ⅲ瑒t不會(huì)知曉其eMBB傳輸是否被搶占資源，此時(shí)基站可以通過動(dòng)態(tài)調(diào)度實(shí)現(xiàn)eMBB與uRLLC以無資源沖突的方式復(fù)用。另外，無論基站配置該UE是基于傳輸塊（Transmission Block，TB）方式還是基于碼塊組（Code block group，CBG）方式傳輸，均可配置搶占傳輸。

3.2 參考下行資源RDR

在一個(gè)確定的時(shí)頻資源區(qū)域，標(biāo)準(zhǔn)中稱為參考下行資源（Reference Downlink Resource，RDR），通過攜帶搶占指示信息的組公共DCI（Group Common DCI，GC DCI）在RDR中指示被搶占資源。

RDR的時(shí)域區(qū)域：等于攜帶搶占指示信息的GC DCI的監(jiān)控周期，該周期由RRC信令配置，支持時(shí)隙粒度的監(jiān)控周期，不支持微時(shí)隙粒度的監(jiān)控周期，支持的具體周期取值為{1，2，或4}個(gè)slots。對(duì)于時(shí)分復(fù)用（Time Division Duplexing，TDD）系統(tǒng)，對(duì)于半靜態(tài)配置的上行符號(hào)（UL symbols）不包含在參考下行資源內(nèi)。對(duì)于配置的周期，RDR起始于前一個(gè)控制資源集（Control Resource Set，CORESET）的第一個(gè)符號(hào)，終止于當(dāng)前承載PI的CORESET之前，即當(dāng)前COREST的前一個(gè)符號(hào)。

RDR的頻域區(qū)域：等于激活的DL BWP，包含B個(gè)PRB。

3.3 搶占傳輸指示

搶占傳輸指示信息PI通過PDCCH承載，使用GC DCI。搶占指示信息不會(huì)包含在調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸/重傳的DCI中，即作為獨(dú)立的DCI使用。承載搶占指示信息的DCI格式為format 2_1，指示基站配置的多個(gè)服務(wù)小區(qū)的PI信息。使用基站配置的中斷傳輸無線網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)（Interrupted transmission Radio Network Temporary Identifier，INT-RNTI）加擾CRC。具有固定比特大小的PI信息（不包含CRC和padding bits），在參考下行資源中以bitmap方式指示被搶占的資源。在一個(gè)激活DL BWP中，使用14比特的bitmap指示一個(gè)或多個(gè)頻域部分（N＞=1）和/或一個(gè)或多個(gè)時(shí)域部分（M＞=1）；其中可選的{M，N}組合有兩種，分別為{14，1}或{7，2}，通過1bit RRC信令配置其中之一。搶占指示信息使用14bit，分別指示{M，N}={14，1}或{7，2}共計(jì)14個(gè)資源子塊，其中資源子塊按照先頻域后時(shí)域的順序編號(hào)，使用14比特與資源子塊一一對(duì)應(yīng)進(jìn)行指示。配置UE監(jiān)控PI指示是基于每個(gè)BWP指示的。發(fā)生搶占傳輸與發(fā)送搶占指示信息的定時(shí)關(guān)系為，在當(dāng)前RDR發(fā)生搶占傳輸，由緊鄰的后一個(gè)RDR中的CORESET內(nèi)承載的PI進(jìn)行指示。

對(duì)于載波聚合場(chǎng)景，在同一個(gè)物理上行控制信道組（Physical Uplink Control Channel group，PUCCH group），UE可以被配置在一個(gè)服務(wù)小區(qū)指示多個(gè)服務(wù)小區(qū)的PI信息，每個(gè)服務(wù)小區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)PI指示，由RRC配置每個(gè)PI指示對(duì)應(yīng)的小區(qū)。

特別的，對(duì)于TDD系統(tǒng)，如何實(shí)現(xiàn){M，N}={14，1}或{7，2}。RRC信令配置監(jiān)控PI的周期為T個(gè)slot，T=1，2，或4，包含14T個(gè)OFDM符號(hào)，去除高層配置幀結(jié)構(gòu)中的上行符號(hào)數(shù)，剩余符號(hào)數(shù)為N1。對(duì)于{14，1}，使用14比特指示14個(gè)符號(hào)組，前個(gè)符號(hào)組包含個(gè)符號(hào)，后個(gè)符號(hào)組包含個(gè)符號(hào)。對(duì)于{7，2}，使用7對(duì)比特指示7個(gè)符號(hào)組，前個(gè)符號(hào)組包含個(gè)符號(hào)，后個(gè)符號(hào)組包含個(gè)符號(hào)，其中每對(duì)比特的前1個(gè)比特指示該符號(hào)組中前個(gè)PRB，后1個(gè)比特指示該符號(hào)組中后個(gè)PRB。例如1個(gè)slot中有4個(gè)UL symbols，當(dāng)配置監(jiān)控PI周期為1個(gè)slot時(shí)，則配置為{14，1}時(shí)使用14比特的前10比特以1OS的粒度一一對(duì)應(yīng)指示10個(gè)非UL符號(hào)，后4比特保留；配置為{7，2}時(shí)使用7對(duì)比特（共計(jì)14比特）指示7個(gè)符號(hào)組，前3個(gè)符號(hào)組每組包含2個(gè)符號(hào)，后4個(gè)符號(hào)組每組包含1個(gè)符號(hào)，且每對(duì)比特分別指示該符號(hào)組前一半BWP和后一半BWP。

通過示例更加清楚的描述搶占傳輸指示。搶占傳輸指示信息使用14比特，其中每個(gè)比特指示“1”表示被搶占，指示“0”表示沒有被搶占。如圖2所示，根據(jù)URLLC業(yè)務(wù)占用情況，對(duì)于{M，N}={14，1}，每個(gè)資源子塊大小為{1OS，1BWP}，PI指示為“00001100000000”，對(duì)于和{M，N}={7，2}，每個(gè)資源子塊大小為{2OS，1/2 BWP}，PI也指示為“00001100000000”。再例如圖3所示URLLC業(yè)務(wù)占用情況，對(duì)于{M，N}={14，1}且PI指示為“00001111000000”，對(duì)于和{M，N}={7，2}且PI指示為“00000101000000”。

圖2 搶占傳輸示意

圖3 搶占傳輸示意

3.4 UE行為

標(biāo)準(zhǔn)中幾乎沒有限制UE接收PI后的行為，少量的規(guī)定僅有：對(duì)于基于slot粒度的監(jiān)控周期，UE沒有被調(diào)度PDSCH傳輸時(shí)無需監(jiān)控?fù)屨贾甘拘畔ⅲ籙E無需在非連續(xù)接收的slots中監(jiān)控?fù)屨贾甘拘畔?；UE無需在非激活DL BWP中監(jiān)控?fù)屨贾甘拘畔ⅰE無需考慮將一個(gè)BWP中檢測(cè)到的PI指示應(yīng)用到同一載波的另一個(gè)BWP中調(diào)度的PDSCH。PDSCH傳輸?shù)腍ARQ時(shí)序不受搶占指示影響。

3.5 應(yīng)用搶占指示

由于標(biāo)準(zhǔn)中沒有規(guī)定UE接收到搶占指示信息后如何使用PI，因此進(jìn)一步分析可行的應(yīng)用搶占指示的方式。

UE接收到PI是否重新解碼或重新生成HARQ-ACK信息，可以取決于UE能力或根據(jù)規(guī)定的時(shí)間門限值確定。當(dāng)UE不具備該能力或時(shí)間不足時(shí)，則不使用PI進(jìn)行重解碼或重新生成HARQ-ACK。當(dāng)能夠重接碼或重新生成HARQ-ACK時(shí)，可以提高系統(tǒng)傳輸效率，避免不必要的重傳。

UE在進(jìn)行HARQ合并時(shí)，可以使用PI信息將前一次傳輸?shù)腜DSCH中被搶占部分的數(shù)據(jù)丟棄再與本次重傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行HARQ合并，提升解碼性能。

當(dāng)PI與碼塊組刷新指示（Code Block Group Flushing out Information，CBGFI）都收到時(shí)，一種方式為PI優(yōu)先級(jí)更高，即無需清楚整個(gè)buffer，優(yōu)先按照PI指示丟棄被搶占的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼或HARQ合并，仍然錯(cuò)誤時(shí)再按照CBGFI指示清空buffer。另一種方式為按照CBGFI指示，忽略PI指示，這樣更快的清空buffer用于新數(shù)據(jù)傳輸。

4 結(jié)束語

本文通過分析研究5G系統(tǒng)中新引入的搶占傳輸機(jī)制，分析其工作原理，在基站側(cè)如何使用搶占指示信息通知給eMBB UE被搶占的資源，以保證URLLC業(yè)務(wù)的性能。對(duì)應(yīng)終端側(cè)如何理解搶占信息以及如何應(yīng)用搶占指示信息也給出了相關(guān)建議，為今后實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中基站側(cè)和終端側(cè)更加高效的使用搶占傳輸技術(shù)提供參考。