2019 年 1 月,福州。
由北京 301 医院肝胆胰肿瘤外科主任刘荣主刀的一场手术正在进行中。但奇怪的是,手术对象却在 50 公里以外。
原来,这是一场利用 5G 网络远程操控机械臂进行的手术,刘荣医生远程对一只小猪进行了切除肝小叶手术。手术持续了将近一个小时,并取得了成功。
据了解,本次远程手术由华为、中国联通福建分公司、北京 301 医院等共同展开,是全球全球第一例 5G 远程手术。由于 5G 网络的提速以及稳定性,很大程度的降低了手术的风险。据悉,此次手术的远程操作,几乎完成同步,延时只有 0.1 秒左右。
那么这个 5G 的超低延迟到底是什么来路呢?超低延迟是 5G 三大主要应用场景之一。电信大流量卡2015 年 6 月,国际电信联盟无线通信部门(ITU-R)5G 工作组第 22 次会议正式将 5G 命名为 IMT-2020,并发布了 IMT-2020 愿景以及时间表,同时将 5G 分为 3 个主要的应用场景:
eMBB(Enhanced Mobile Broadband,增强型移动宽带)URLLC(Ultra-reliable and Low Latency Communications,高可靠和低延迟通信)mMTC(Massive Machine Type Communication,大规模机器类型通信)URLLC 就是上方远程手术的主要功臣,那么 URLLC 是什么?URLLC 顾名思电信大流量卡义是高可靠低延迟通信,特点是高可靠、超低时延、极高的可用性。
介绍 URLLC 之前,要先说一下 5G NR(新空口),没有 5G NR 的开发和实施,URLLC 就不可能实现。
5G NR 是什么?
先举个例子:
老婆:我想买一盒眼影。
我:买!多少钱?我给你转账!
当老婆和你商量一件事的时候,是通过对话的形式来的。在这个过程中,你老婆表达了「想买眼影」这个意思,你表达了「支持」的态度,你们表达的意思,可以认为是「信息」。
那么这个对话是如何成立的呢?首先你们俩说的都是中文(编码),其次你俩都遵循了合理的语法结构(调制),再者你俩都用声带振动发声、用耳朵等听觉感官接收(波形、天线)。因此,所谓「空口」,就电信大流量卡是说如何通过电磁波来承载所需要发送的信息的一系列规范。而所谓「新空口」,就是比较新的空口,其新旧是相对于 4 G LTE 而言的。新空口或 5G (New Radio) 可能不是最原始的表述,不过,3GPP 第 15 版引入了 5G 新空口(NR)移动通信标准的正式定义。所以,之于 5G,NR 等同于移动通信行业使用 LTE 来描述 4G 技术或 UMTS 来描述 3G 技术。早在 2016 年 4 月,3GPP 就正式启动 5G 新空口的标准化工作,目标是实现 5G 新空口在 2020 年的商用部署。
与此前制定 3G 和 4G 国际标准不同的是,3GPP 对于 5G 国际标准的制定所采取的是电信大流量卡分阶段的方式:
第一阶段,于 2018 年 6 月冻结 3GPP Release 15,其中仅对部分 5G 新空口的功能进行标准化;第二阶段,于 2019 年冻结 3GPP Release 16,其中的 5G 新空口功能将可全部满足 ITU-R 所提出的 IMT-2020(5G)需求。此外,3GPP 的 5G 技术标准可能还将在 2020 年之后作进一步的后续演进,在 3GPP Release 17/18 等之中增加 5G 系统新的特性及功能。
3GPP RAN1 将 URLLC 标准划分为低时延和高可靠两部分。
对于低时延技术标准,3GPP 并无单独的专题讨论,低时延技术在物理层主要涉及到 slo电信大流量卡t/帧结构、调度和 HARQ 过程等几部分,这些专题的讨论涵盖了 URLLC 标准的低时延部分。对于高可靠技术标准,在 RAN76 次全会之后开始启动实现高可靠技术的讨论,在 RAN78 次全会之后将对讨论的高可靠技术进行选择和总结,开始标准的制定,并将在 RAN80 次全会时完成高可靠的标准制定,完成时间为 2018 年 6 月。Ps: 北京时间 2018 年 6 月 14 日,3GPP 全会(TSG#80)批准了第五代移动通信技术标准(5G NR)独立组网功能冻结。加之 2017 年 12 月完成的非独立组网 NR 标准,5G 已经完成第一阶段全功能标准化工作,进入了产业全面冲刺新阶段。
此电信大流量卡次 SA 功能冻结,不仅使 5G NR 具备了独立部署的能力,也带来全新的端到端新架构,赋能企业级客户和垂直行业的智慧化发展,为运营商和产业合作伙伴带来新的商业模式,开启一个全连接的新时代。
URLLC 应用场景
说回 URLLC。 URLLC 它主要包括以下几类场景及应用: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。URLLC 在无人驾驶业务方面拥有很大潜力。此外,URLLC 对于安防行业也十分重要。工业自动化控制需要时延大约为 10ms,这一要求在 4G 时代难以实现。而在无人驾驶方面,对时延的要求则更高,传输时延需要低至 1ms,而且对安全可靠的要求极高。 对于 uRLL电信大流量卡C 型应用场景来说,它可以应用到自动驾驶技术之中。在自动驾驶技术中,通信技术的及时性可以明显的体现出来,同时通信技术的可靠性也可以明显的体现出来。尽管 5G 技术能够应用的场景非常多,但 uRLLC 型应用场景是所有应用场景之中优点最多的。
我国 5G 技术最大的优势体现在两方面,一方面是通信技术的高传输性,一方面是通信技术的可靠性。与 4G 相比较,5G 的下载速度是 4G 的几十倍,在下载过程中它的连续性也比较好,在数据传输过程中,5G 能够实现「三个特性」,其中一个特性是即时性,一个特性是可靠性,还有一个特性是高效性,这在一定程度上促进 5G 场景的实现。说完应用场景说一下 URLLC 的电信大流量卡技术特点。
URLLC 技术特点
5G URLLC 的主要技术特点如下:
在时延和可靠性方面,相比之前的蜂窝移动通信技术,5G URLLC 有了极大程度的提升。5G URLLC 技术,实现了基站与终端间,上下行均为 0.5 毫秒的用户面时延。该时延是指:成功传送应用层 IP 数据包/消息所花费的时间,具体是从发送方 5G 无线协议层入口点,经由 5G 无线传输,到接收方 5G 无线协议层出口点的时间。
其中,时延来自于上行链路和下行链路两个方向,5G URLLC 实现低时延的主要技术包括:① 引入更小的时间资源单位,如 mini-slot;② 上行接入采用免调度许可的机制,终端可直接接入信道;③ 支持电信大流量卡异步过程,以节省上行时间同步开销;④ 采用快速自动请求重传(HARQ)和快速动态调度等。
目前,5G URLLC 的可靠性指标为:用户面时延 1ms 内,一次传送 32 字节包的可靠性为 99.999%。
此外,如果时延允许,5G URLLC 还可以采用重传机制,进一步提高成功率。在提升系统的可靠性能方面,5G URLLC 采用的技术包括:① 采用更鲁棒的多天线发射分集机制;② 采用鲁棒性强的编码和调制阶数(MCS 选择),以降低误码率;③ 采用超级鲁棒性信道状态估计。
此外,5G URLLC 还支持基于 IEEE 1588 v2 的同步技术。在「运动控制场」景下,5G URLLC 可以在由 50 电信大流量卡个到 100 个设备所组成的通信组中,通过无线接口实现亚微秒级别的高精度时间同步。
总结
URLLC 是移动通信行业切入垂直行业的一个突破口,是 5G 区别于 2G/3 G/4G 的一个典型场景,URLLC「高可靠低时延」对于自动驾驶、工业应用和控制 、远程制造、远程培训、远程手术以及其他高度延迟敏感型业务的广泛应用非常关键。
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