文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.190632
中文引用格式： 王瑜新，邱剛，魯照華，等. 5G中Multi-TRP based URLLC傳輸方案設計[J].電子技術應用，2019，45(8)：10-13.
英文引用格式： Wang Yuxin，Qiu Gang，Lu Zhaohua，et al. The design of Multi-TRP based URLLC transmission scheme in 5G[J]. Application of Electronic Technique，2019，45(8)：10-13.
0 引言
5G的新空口將支持三大應用場景，分別是增強移動寬帶（eMBB）、海量機器類通信（mMTC）和超高可靠低時延通信（URLLC）。對于URLLC，其特點是高可靠、低時延,可靠性可高達99.999%，時延可低至在1 ms以內。URLLC的主要應用包括：工業應用和控制、交通安全和控制、遠程制造、遠程培訓、遠程手術等。
對于多發送接收節點(Multi-TRP)的傳輸技術，曾經在3GPP的NR Rel-15討論初期取得了初步的進展，但由于Rel-15版本的討論時間有限，此議題被擱置。車聯網是URLLC的主要應用之一，對信息傳輸的可靠性有很高的需求。為了增強傳輸的可靠性和魯棒性，NR Rel-16重啟了對Multi-TRP傳輸技術的討論[1]。基于此，本文從空分、頻分和時分的角度分別介紹了多種Multi-TRP based URLLC技術方案，對比分析了其優缺點。此外，設計了動態切換傳輸方式的信令指示方案，并對多種方案進行了性能仿真評估。
1 URLLC場景下的多發送接收節點傳輸方案
1.1 Multi-TRP based URLLC方案
對于Multi-TRP的傳輸，可以從兩個不同的TRP發送相同的傳輸塊（TB），如圖1所示。為了在接收端支持軟合并，可以對這些重復的傳輸塊使用不同的冗余版本。另外，為了進一步增強傳輸的可靠性，這些重復的傳輸塊可以被重復的物理下行控制信道調度。
對于傳輸塊的重復發送方式，在3GPP的RAN1 96次會議上，確定了采用空分（SDM）、頻分（FDM）、時隙內時分（TDM）和時隙間時分（TDM）作為Multi-TRP based URLLC發送方案的候選技術[2]，發送信號流程框圖如圖2所示。
(1)方案1（SDM）
在單獨的時隙內配置多個傳輸配置指示(TCI)狀態，在時頻資源上重疊。
①方案1a
每個TRP發送相同傳輸塊的一層或一組層，這一層或一組層與一個TCI和一組的解調參考信號端口相關聯。此外，所有TRP的空間復用層來自一個相同的碼字，此碼字使用1個冗余版本（RV）。
②方案1b
每個TRP發送相同傳輸塊的一層或一組層，這一層或一組層與一個TCI和一組的解調參考信號端口相關聯。此外，每個TRP的一層或一組層對應一個獨立的碼字，不同的碼字可以使用相同的RV或不同的RV。
(2)方案2（FDM）
在單獨的時隙內配置多個TCI狀態，在頻域資源分配上不重疊。每個不重疊的頻域資源分配關聯一個TCI狀態。
①方案2a
一個碼字使用一個RV，此碼字映射到所有的頻域資源分配位置上。
②方案2b
一個碼字使用一個RV，不同的碼字映射到每一個非重疊的頻域資源分配位置上，不同碼字之間的RV可以相同或不同。
(3)方案3（時隙內TDM）
在單獨的時隙內配置多個TCI狀態，在時域資源分配上不重疊，時域的顆粒度為微時隙（mini-slot），每個TRP發送的TB對應一個TCI和一個RV。
(4)方案4（時隙間TDM）
在多個不同的時隙之間配置多個TCI狀態，每個TRP發送的TB對應一個TCI和一個RV。
對于以上4種Multi-TRP based URLLC方案，其優缺點對比如表1所示。
1.2 動態切換的方案設計
為了充分發揮各種方案的優勢，上述SDM、FDM的方式可與TDM的方式互相結合，支持FDM+TDM和SDM+TDM的方式。為了獲得更大的靈活度，當時域的重復次數大于1時，可對TDM、FDM+TDM和SDM+TDM這3種方式進行動態切換；當時域的重復次數等于1時，可對FDM和SDM這兩種方式進行動態切換。
此外，當時域重復的次數為1時，可以是面向URLLC的Multi-TRP傳輸，比如SDM/FDM，也可以是傳統的面向eMBB的Multi-TRP傳輸。相比URLLC的repetition方案，可以把面向eMBB的Multi-TRP傳輸稱為non-repetition方案。non-repetition方案可以改進傳輸效率提高吞吐量，而repetition方案則可以增強傳輸的可靠性和魯棒性。為了獲得更大的靈活度，可以基于信道條件動態切換repetition方案和non-repetition方案。
為了實現以上repetition方案和non-repetition方案的動態切換，以及repetition方案中的TDM、FDM+TDM和SDM+TDM這3種方式的動態切換，本文設計了新的DMRS信令指示表格，如表2所示。表2中一個碼字下的索引為0～7對應non-repetition方案，將其余索引分成3個組，分別對應repetition方案中的TDM、FDM+TDM和SDM+TDM這3種方案。表2中兩個碼字下對應的索引同樣可采用類似的方法來動態切換各種方案。當DCI中TCI域所指示的TCI狀態數為1時，則用Rel-15 NR中的DMRS指示表格（即舊表）；而當DCI中TCI域所指示的TCI狀態數大于1時，則用表2。此信令指示方案的優點是，既可以保持和Rel-15 NR一樣的信令開銷，又能后向兼容Rel-15 NR的用戶，實現了non-repetition方案和repetition方案(包括TDM、FDM+TDM和SDM+TDM)的動態切換功能。
2 性能評估及分析
為了驗證Multi-TRP based URLLC性能，本文首先使用鏈路級仿真評估了repetition和non-repetition方案相對于Single-TRP性能：
(1)Repetition：基于相干聯合傳輸(NCJT)的SDM repetition
每個TRP單獨傳輸1層的數據，2個TRP使用的MCS和資源分配配置相同，這2個TRP分別使用DMRS端口0和端口2。
(2)Non-repetition：面向eMBB的Multi-TRP傳輸
每個TRP單獨傳輸1層的數據，資源分配的配置相同，這2個TRP分別使用DMRS端口0和端口2，兩層的數據部重復。
單個TRP、兩個TRP不做repetition和兩個TRP做repetition的鏈路級性能比較如圖3所示。仿真的主要參數配置如表3所示，采用64QAM的調制方式。從圖3的仿真結果可以看出，repetition方案的誤塊率(Block Error Rate，BLER)性能要優于其余兩個方案，這是因為接收端可以做軟合并。對于譜效率，兩個TRP做repetition的方案相比其余兩個方案在低SNR區域可以獲得最高的譜效率，而在高SNR區域，兩個TRP不做repetition的方案性能最好。這是由于在高SNR區域的傳輸性能主要依賴于復用階數，而在低SNR區域更追求的是傳輸的可靠性。
室內(Indoor)場景下單小區、NCJT with repetition和NCJT without repetition的系統級仿真性能如表4所示。從表4的5%吞吐量和中斷概率這兩項指標可以看出，相比單小區的性能，兩個TRP之間做repetition和不做repetition這兩種方案都能帶來很大的性能增益。在系統級仿真中，同時評估了non-repetition和repetition方案動態切換的性能，如表4的最后一行所示，可以看出動態切換的方式能提供顯著的性能增益。系統仿真假設如表5所示。
3 結論
本文從空分、頻分和時分的角度分別介紹了多種Multi-TRP based URLLC技術方案，對比分析了其優缺點。此外，設計了動態切換傳輸方式的信令指示方案，并對多種方案進行了性能仿真評估。仿真結果表明，動態切換的方式能提供顯著的性能增益。
參考文獻
[1] 3GPP，RP-182067，Revised WID：enhancements on MIMO for NR[R].Samsung，2018.
[2] 3GPP，Final Report of 3GPP TSG RAN WG1 #96 v2.0.0[R].2019.
[3] 3GPP TS 38.211.NR：Physical channels and modulation[S].France，3GPP Support Office，2019.
作者信息:
王瑜新，邱 剛，魯照華，蔣創新，何 震
(中興通訊股份有限公司，廣東 深圳518057)