URLLC（超可靠低时延通信）作为5G三大应用场景之一，其核心目标是实现毫秒级时延和99.999%以上的可靠性，以满足工业控制、自动驾驶、远程医疗等关键业务的需求，为了达成这一目标，URLLC需要融合多项关键技术，从无线接入网、核心网到边缘计算等多个层面进行优化和创新，以下从多个维度详细解析URLLC的关键技术体系。
在无线接入网层面,时延和可靠性的提升首先依赖于物理层技术的突破，短时隙传输是降低时延的核心手段，传统4G系统采用1ms的子帧长度，而URLLC通过引入更短的时隙（如0.125ms、0.25ms或0.5ms），显著减少了数据传输的等待时间，在TDD（时分双工）模式下，短时隙可以灵活配置上下行比例，适应URLLC业务突发性强、时延敏感的特性，短时隙也会降低控制信道的覆盖范围和传输效率，因此需要结合其他技术进行补偿。
与短时隙协同的是灵活的帧结构设计,3GPP Rel-15引入了mini-slot概念，允许在常规时隙内以更短的符号为单位进行资源分配，避免等待时隙边界，从而进一步降低时延，动态的时隙格式指示（SFI）机制允许基站根据业务需求实时调整上下行时隙配置，确保URLLC数据能够优先获得传输资源。
为了提升传输可靠性,URLLC采用了增强的信道编码和调制方案，Polar码作为5G eMBB场景的控制信道编码方案，也被引入URLLC场景，其优异的性能能够应对高可靠性需求，低密度奇偶校验（LDPC）码通过优化码率和码长，在数据信道中实现接近香农极限的传输性能，在调制方式上，QPSK和16QAM等低阶调制因抗干扰能力更强，成为URLLC的首选，尽管牺牲了一定的频谱效率，但可靠性优先的原则得以体现。
混合自动重传请求（HARQ）是提升可靠性的另一关键技术，URLLC采用了更短的HARQ反馈周期（如2ms或4ms），接收端能够快速检测到传输错误并请求重传，增量冗余（IR）HARQ技术通过逐步增加冗余信息，提高重传的成功率，为了减少重传带来的时延，URLLC还支持非自适应HARQ，即在重传过程中不占用新的控制信道资源，而是沿用初始传输的调度信息，从而节省信令开销和等待时间。
多天线技术同样在URLLC中发挥关键作用,大规模MIMO（Massive MIMO）通过波束赋形技术，将能量聚焦于目标用户，提升信号强度和抗干扰能力，从而降低误码率，空间复用技术允许在相同时频资源上传输多个数据流，提高系统容量，但需要精确的信道状态信息（CSI）反馈，URLLC通过压缩反馈码本和减少CSI反馈周期，平衡了反馈时延与信道估计精度。
在资源调度与接入控制方面,URLLC需要与eMBB等业务共享网络资源，因此差异化的调度策略至关重要，基于优先级的调度机制为URLLC业务分配更高的调度权重，确保其能够抢占资源，在资源受限时，系统可以暂时降低非实时业务的资源占用，优先保障URLLC的传输，抢占式调度允许URLLC业务中断正在进行的低优先级传输，进一步缩短时延。
为了解决URLLC业务与海量物联网（mMTC）设备的冲突，接入控制机制也进行了优化，动态的接入 barring策略通过设置随机接入概率，避免URLLC请求因竞争失败而时延过长，基站可以根据当前负载情况，为URLLC设备分配更高的接入概率或专用的随机接入资源（如PRACH occasion），减少冲突。
在核心网层面,网络切片技术为URLLC提供了端到端的保障，通过将网络资源虚拟化为多个逻辑切片，URLLC业务可以独享切片内的资源，与其他业务隔离，工业控制切片可以配置专用的传输带宽、计算资源和QoS策略，确保时延和可靠性不受其他业务的影响，切片管理功能（SMF）和会话管理功能（AMF）协同工作，实现切片的快速建立和动态调整。
移动边缘计算（MEC）是降低URLLC时延的另一关键，通过将计算任务下沉到网络边缘，MEC减少了数据传输的往返时延，自动驾驶车辆可以将感知数据的处理任务分配给路侧的MEC服务器，而非远端云端，从而将响应时间从几十毫秒降至几毫秒，MEC平台与5G核心网深度集成，通过用户面功能（UPF）的本地分流，实现数据的就近处理。
时间敏感网络（TSN）与5G的融合进一步提升了URLLC的确定性，TSN原本用于工业以太网，通过时间同步和流量调度机制，实现微秒级时延，5G系统通过引入TSN网关，将TSN的时间协议（如IEEE 802.1AS）与5G的精确时间协议（PTP）对接，使无线网络具备与有线网络相当的时延确定性。
URLLC的关键技术总结如下表所示：
| 技术层面 | 关键技术 | 作用与优势 |
|---|---|---|
| 物理层 | 短时隙传输、mini-slot | 减少传输等待时间，灵活适配上下行需求 |
| 增强型信道编码（Polar/LDPC） | 提升纠错能力，满足高可靠性要求 | |
| 低阶调制（QPSK/16QAM） | 增强抗干扰能力，降低误码率 | |
| 多天线技术 | 大规模MIMO波束赋形 | 聚焦信号能量，提升覆盖和可靠性 |
| 空间复用与压缩反馈 | 提高频谱效率，平衡反馈时延 | |
| 资源调度与接入 | 基于优先级的调度 | 保障URLLC业务资源抢占能力 |
| 动态接入 barring | 减少与低优先级设备的冲突 | |
| 核心网与边缘 | 网络切片 | 实现资源隔离，保障端到端QoS |
| 移动边缘计算（MEC） | 降低计算任务时延，实现本地分流 | |
| 时间同步 | TSN与5G融合 | 提供微秒级时延确定性 |
相关问答FAQs
Q1：URLLC与eMBB的主要区别是什么？
A1：URLLC与eMBB虽然同属5G场景，但目标差异显著，eMBB（增强移动宽带）侧重高带宽、高数据速率，如4K/8K视频、VR等应用，对时延和可靠性的要求相对宽松；而URLLC以超低时延（毫秒级）和超高可靠性（99.999%以上）为核心，服务于工业控制、自动驾驶等关键业务，eMBB允许视频传输偶尔卡顿，但URLLC需确保控制指令零丢失，否则可能导致生产事故或安全隐患。
Q2：URLLC如何实现“超可靠”的通信保障？
A2：URLLC通过多层级技术实现可靠性保障，物理层采用高冗余编码（如Polar码）和低阶调制，减少传输错误；链路层通过快速HARQ重传和增量冗余机制，及时纠正错误；网络层利用网络切片隔离资源，避免其他业务干扰；TSN时间同步和边缘计算进一步降低时延敏感度，确保端到端的可靠性，在远程手术场景中，这些技术协同作用，确保医疗指令的零丢失和实时传输。
