eMBB和URLLC在空口如何复用?
为了在统一的5G空口框架中支持新的垂直业务,并在新的部署场景中支持5G,需要为信道编码定义新的需求。这里所提出的信道编码是关于外部擦除码的,这不同于经典的物理层信道编码。外部擦除编码的用例和新要求可以总结如下,以及它们在无线网络中使用的理由:
用于突发性屏蔽/干扰缓解/恢复的外部擦除代码:
1. 在URLLC突发穿孔/干扰情况下维持eMBB频谱效率和其他QoS
2. 对抗WiFi类突发干扰
3. 在共享频谱接入场景中实现低时延高优先级和正常时延低优先级用户之间的高效频谱共享
4. 在存在不同类型的突发干扰的情况下维持eMBB频谱效率
用于将突发干扰/屏蔽恢复过程与常规物理层解调/解码和物理层HARQ处理分离的外部擦除码:
1. 在PHY上支持流水线处理和低延迟解码以实现单隔行HARQ(与引入延迟和缓冲的深隔行相反)
2. 在MAC层恢复由于突发穿孔而丢失的码块,并将CB擦除恢复与PHY层HARQ过程解耦
使用低上行反馈和下行信令开销缓解突发干扰/屏蔽的外部擦除码:
1. 减少CB-level ack信息反馈量(只需反馈CB parities个数,不需要反馈CB Ack位图)
2. 减少PHY HARQ进程管理的下行控制开销
外部擦除码可减少延迟和缓冲:
1. 外部擦除代码,以实现快速PHY HARQ turn-around。
2. 跨多个载波/多个HARQ隔行扫描的外部擦除码,以减少ARQ延迟和由于重新排序而产生的缓冲。
广播信道中抗突发干扰、时间选择性衰落和阴影的外擦除码
擦除码有望实现高编码效率、高可靠性和低时延。它需要低编码/解码复杂度和低上下行控制/信令开销。外部擦除码的潜在候选码有:Reed-Solomon码、raptor码和其他类型的擦除码。
外部擦除码的性能评估可以在链路级(或系统级)进行。链路级的评估可以使用典型的链路级评估场景和额外的突发干扰/屏蔽建模来完成。擦除码的评估指标包括:
1) 外部擦除码的频谱效率增益
2) 外部擦除码的可靠性和延迟增益
3) 与外部擦除码相关的UL和DL控制/信令开销
4) 与外部擦除码相关的译码复杂度
首先,新的业务垂直复用,例如同一载波中的超可靠低时延通信(URLLC)和增强移动宽带(eMBB)复用。许多URLLC传输被认为是零星性质的控制包。根据定义,URLLC数据可以在任何时间出现,并且应该安排在比eMBB 子帧持续时间更短的子帧持续时间。另一方面,eMBB被安排在一个较长的时间间隔内,以便摊销控制和RS开销。当eMBB和URLLC用户在同一载波中复用时,eMBB长子帧(SF)UE可被来自相邻小区(或来自同一服务小区)的URLLC短SF UE干扰/屏蔽而不通知eMBB UE(并且eMBB UE可能无法检测这种时间突发干扰)。图1给出了一个这样的例子。其中黄色表示eMBB长SF UE,蓝色/红色表示URLLC短SF UE。从eMBB UE的角度来看,蓝色和红色UE可以引起时间和频率突发性干扰/击穿。

外部擦除码的工作方式是对所有数据码块进行编码,并生成奇偶校验码块,从而保护数据码块不受突发干扰和/或穿孔的影响。
这里的一个关键是每个CB都受到PHY编码(LDPC/Turbo)和一些错误检测开销(如CRC)的保护。每当一个CB解码失败时,这些位就会被擦除,而不是未知的码位错误。由于PHY编码/CRC标记了被擦除的CB位置,因此可以使用擦除解码来恢复这些失败的CB。
基于单个奇偶校验码的外部擦除码的一个示例如图2所示。
单个奇偶校验码的编码:
C_6 = C_0 + C_1 + … + C_5
单奇偶校验码解码(恢复1 CB擦除):
任何被突发性干扰/屏蔽击中的数据CB C_i都可以通过使用通过异或操作的信息奇偶校验CB C6来恢复,如下所示:
C_i = C_0 + … C_(i-1) + C_(i+1) + … C_5 + C_6

除了SPC外,还有许多编码是很好的外部擦除代码候选。例如,汉明码(Hamming code )可以纠正多达2次CB擦除。另一个例子是经典的Reed-Solmon码,它为给定的(N,K)组合提供最佳的擦除解码。同时,在现代处理器中,RS擦除译码的硬件实现可以非常有效地实现。对于复杂性/性能权衡,应该考虑其他代码选项。
吞吐量与CB擦除概率曲线如图3所示。在这个例子中,每个TB包含32个CB,TB级HARQ会导致大量性能损失,而使用外部擦除码时,性能会得到显著提高。

使用外部擦除码的两个主要原因:
1) 与需要大量开销的可选CB级HARQ解决方案相比,它需要很少或没有UL/DL控制开销来对抗突发性干扰。
2) 它不影响PHY层处理时间线,并保持低时延处理,而不是引入延迟和缓冲的深度交织选项。
擦除译码确实增加了额外的复杂度,但是与PHY层译码相比,擦除译码的复杂度相对较小。
外部擦除代码设计的一个关键方面是它如何与HARQ交互。
可实现外部擦除编码的方案有多种。主要内容如下:
1) 固定开销外部编码(与TB级HARQ解耦的外编码):在该方案中,外部编码本质上是“静态”的,并且非常适合于每个子帧/TTI预期突发干扰源的情况,或者突发率的长期统计信息已知的情况。发送器将静态或半静态地分配与奇偶校验相对应的CB,以从将遇到的擦除CB中恢复(如图4所示,其中每6个“信息”CB发送1个奇偶校验CB)。在没有突发干扰源的情况下,奇偶校验CB将导致开销。因此,该方案不是最有效的,然而,就所需的控制信令而言,它是最容易实现的。

