工業(yè)IOT對(duì)定時(shí)的要求
SA2已開始其“Study on 5GS Enhanced support of Vertical and LAN Services”。到目前為止,在SA1 TR 22.804和TR 22.821中確定并在TR 23.734中記錄為關(guān)鍵問題(關(guān)鍵問題#3)的重要要求之一是支持與時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN:Time Sensitive Networking)的某種形式的交互。SA2正在評(píng)估5G系統(tǒng)中需要的TSN適配或集成的適當(dāng)級(jí)別,以及工廠托管TSN網(wǎng)絡(luò)和5G系統(tǒng)之間是否需要支持公共時(shí)間同步、管理、配置和調(diào)度。
為了做到這一點(diǎn),協(xié)議需確認(rèn)TR 22.804第8.1條中定義的KPI是否需要支持基于TSN的數(shù)據(jù)流預(yù)留和調(diào)度,并與外部“工廠”TSN子網(wǎng)或現(xiàn)有3GPP定義的同步、優(yōu)先級(jí)和調(diào)度機(jī)制集成,通過無線(和5GS內(nèi)部接口)中的一些增強(qiáng),可以實(shí)現(xiàn)相同的性能。在后一種情況下,(潛在增強(qiáng)的)5G系統(tǒng)可以被視為TSN自適應(yīng)的“黑盒”。
使用當(dāng)前NR規(guī)范被視為L(zhǎng)1 URLLC增強(qiáng)的一部分,增強(qiáng)是否可以實(shí)現(xiàn)0.5ms時(shí)延目標(biāo)?
考慮到TR 22.804中提到的TSN網(wǎng)絡(luò)的同步性要求,就Uu接口上可實(shí)現(xiàn)的時(shí)間同步精度提供反饋。
物理層目前正在進(jìn)行EURLCC研究,包括以下目標(biāo):
更高的可靠性(高達(dá)1E-6級(jí))、更高的可用性、0.5到1ms的短時(shí)延,具體取決于使用情況(工廠自動(dòng)化、運(yùn)輸行業(yè)和配電)
SA1對(duì)TR 22.804中的垂直需求進(jìn)行了研究,并將最終需求整合到TR 22.801的第8節(jié)中。時(shí)鐘同步的具體服務(wù)需求在第8.1.6.2節(jié)中提供。在第8.1.6.2中提到的用例中,PMSE(Program Making and Special Events)不在協(xié)議無線工作組的商定工作范圍內(nèi),并且不在SA1中Rel-16的規(guī)范性需求工作范圍內(nèi)。因此,只關(guān)注需求的第一行就足夠了。

RAN2中的一個(gè)架構(gòu)視圖如下所示。

協(xié)議有幾個(gè)方面可以討論,包括gNB間同步的需要、本地時(shí)鐘和gNB之間同步的準(zhǔn)確性。建議將物理層的重點(diǎn)放在Uu口上一個(gè)gNB和一個(gè)UE之間的同步上。
兩個(gè)UE之間的目標(biāo)同步精度要求為1μs,這意味著UE和gNB之間的精度要求為500ns(對(duì)于連接到同一gNB的兩個(gè)UE)。
UE到gNB的時(shí)間同步有兩個(gè)基本方面。
1.UE-gNB距離(與傳播延遲直接相關(guān))
2.信道延遲擴(kuò)展
根據(jù)服務(wù)面積計(jì)算:
對(duì)于100平方米的區(qū)域,中心為gNB的圓形可產(chǎn)生5.7米的gNB-UE的距離。對(duì)于服務(wù)區(qū)域形狀的一些不規(guī)則性,可以考慮10m gNB-UE距離,這相當(dāng)于33ns的傳播延遲。與500ns的目標(biāo)要求相比,33ns的傳播延遲更小。在附錄中,列出了系統(tǒng)中產(chǎn)生的總定時(shí)誤差,并表明它可以在不需要TA補(bǔ)償?shù)那闆r下滿足目標(biāo)同步要求。
基于物理層評(píng)估方法的計(jì)算:
已就EURLC室內(nèi)用例的評(píng)估方法達(dá)成以下協(xié)議:TDL-D(30ns)和TDL-C(100ns)。室內(nèi)用例最適合100m2服務(wù)區(qū)的SA1要求,與500ns精度要求相比,兩種室內(nèi)評(píng)估框架中的延遲擴(kuò)展較小。
如果傳播延遲和信道延遲擴(kuò)展都顯著小于同步目標(biāo)精度,則基于UE處下行接收定時(shí)的簡(jiǎn)單解決方案應(yīng)達(dá)到目標(biāo)精度。
注意,在某些情況下,兩個(gè)UE可以連接到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的不同gNB。在這種情況下,UE和gNB之間的精度要求將小于500ns。
采用下表中的模擬設(shè)置進(jìn)行鏈路級(jí)模擬,適用于4 GHz室內(nèi)熱點(diǎn)和工廠自動(dòng)化的所有情況:

表1列出了TDL-C的歸一化功率延遲曲線。對(duì)于100ns RMS延遲,大部分能量集中在前70ns。

表2中列出的TDL-D非常接近服務(wù)水平信道,其中大部分能量位于延遲為0的第一個(gè)抽頭。

下行定時(shí)檢測(cè)的粒度取決于TRS(跟蹤參考信號(hào))的頻率跨度。對(duì)于40Mhz系統(tǒng)帶寬,定時(shí)分辨率可以達(dá)到25ns左右。也就是說,給定室內(nèi)信道模型和系統(tǒng)帶寬,UE檢測(cè)到的相對(duì)于下行的定時(shí)誤差預(yù)計(jì)不超過100ns。
下面列出了TDL-C信道模型在商定的仿真假設(shè)下的定時(shí)誤差檢測(cè)性能。注:TDL-D信道模型的性能未顯示,因?yàn)榕cTDL-C相比,它更為良性。

可以觀察到,在SNR為0dB或更高的情況下,定時(shí)誤差不超過100ns。注:此處顯示的SNR是單次TRS處理,沒有TRS功率提升。出于這個(gè)原因,SNR低于0dB的UE在實(shí)踐中可以實(shí)現(xiàn)與具有更高SNR的SNR相對(duì)應(yīng)的性能(因?yàn)閁E通過跨多個(gè)TRS實(shí)例進(jìn)行組合來實(shí)現(xiàn)更好的TRS SNR,此外,gNB可以執(zhí)行TRS功率提升)。
可以使用以下組件估計(jì)總體定時(shí)精度:
Signalling granularity:如果假設(shè)SIBXX可以像LTE R15 HRLLC那樣以0.25us的粒度廣播時(shí)間參考信息,則會(huì)出現(xiàn)額外的125ns同步錯(cuò)誤。
Propagation delay:如前面所述,可以假設(shè)感興趣用例的傳播延遲小于33ns。
UE determination of time-of-arrival:如仿真結(jié)果所示,UE可以估計(jì)第一條路徑的到達(dá)時(shí)間,精度優(yōu)于100ns。
在單載波假設(shè)下,進(jìn)一步考慮傳播延遲,總誤差容限為(125ns+100ns+33ns),在沒有任何TA補(bǔ)償?shù)那闆r下滿足目標(biāo)同步精度。
與LTE R15 HRLLC相比,可以引入更好的時(shí)間參考信息粒度,并且可以進(jìn)一步提高誤差容限。