Definition Was ist uRLLC?

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uRLLC – Ultra Reliable and Low Latency Communications – ist eines von insgesamt drei 5G-Anwendungsprofilen. uRLLC bietet extrem kurze Latenzzeiten von einer Millisekunde oder darunter und eine hohe Zuverlässigkeit der Datenübertragung. Das Profil ist für Anwendungen vorgesehen, die auf eine robuste und ausfallsichere Kommunikation mit minimalen Verzögerungszeiten angewiesen sind. Dazu gehören zum Beispiel das autonome Fahren, die Steuerung zeitkritischer Industrieprozesse oder die Medizintechnik.

uRLLC ist das Akronym für Ultra Reliable and Low Latency Communications. Es handelt sich um eines von insgesamt drei Anwendungsprofilen der 5G-Mobilfunktechnik. uRLLC bietet extrem kurze Latenzzeiten im Bereich von einer Millisekunde und darunter. Gleichzeitig ist die Datenübertragung ausfallsicher und sehr zuverlässig.

Das Profil eignet sich für zeitkritische Anwendungen, die auf minimale Verzögerungszeiten angewiesen sind und eine robuste, ausfallsichere mobile Kommunikation benötigen. Die Verfügbarkeit der mobilen Datenübertragung soll über 99,999 Prozent betragen. Die hohen Anforderungen hinsichtlich Latenz und Verfügbarkeit sollen auch bei der Datenübertragung bewegter Objekte eingehalten werden.

Zu den typischen Anwendungen des uRLLC-Profils zählen das autonome Fahren, die Steuerung industrieller Echtzeitprozesse (beispielsweise in der Industrie 4.0), die Automatisierung von Produktionsprozessen, die Medizintechnik, die Robotik und vieles mehr.

Das uRLLC-Anwendungsprofil wurde wie die beiden anderen Anwendungsprofile eMBB (Enhanced Mobile Broadband) und mMTC (Massive Machine Type Communications) vom 3GPP (3rd Generation Partnership Project) spezifiziert.

Anforderungen an das uRLLC-Anwendungsprofil

Mobilfunknetze haben für Ultra Reliable and Low Latency Communications im Wesentlichen diese Anforderungen zu erfüllen:

• geringe Latenz im Bereich von einer Millisekunde und darunter

• Systemverfügbarkeit von mehr als 99,999 Prozent

• robuste, zuverlässige Datenübertragung mit niedrigen Paketverlust- und Fehlerraten

Diese Anforderungen sind auch für bewegte Objekte einzuhalten.

Technische Umsetzung von uRLLC

Um die hohen Anforderungen von Ultra Reliable and Low Latency Communications hinsichtlich Latenzzeiten und Zuverlässigkeit der Datenübertragung zu erfüllen, bedienen sich 5G-Mobilfunknetze zahlreicher fortgeschrittener und teils recht komplexer Techniken und Verfahren. Im Folgenden nur ein stichpunktartiger Überblick über einige dieser technischen Lösungen.

Für uRLLC wird eine flexible Frame-Struktur mit Mini-Slots und ein modifiziertes Subcarrier Spacing eingeführt. Weitere Verfahren sind Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ), Preempting eMBB und Grant-free Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA). Ein weiterer Baustein zur Realisierung der Anforderungen des uRLLC-Profils ist das Edge Computing.

Eine dezentrale Datenverarbeitung nahe an der Quelle der Datenentstehung trägt zur weiteren Reduzierung der Antwortzeiten und einer höheren Verfügbarkeit der Datendienste bei. Um das uRLLC-Anwendungsprofil zusammen mit den anderen Anwendungsprofilen auf einer einzigen physischen Netzwerkinfrastruktur bereitzustellen, kommt das sogenannte Network Slicing mit virtuellen Netzwerkpartitionen zum Einsatz.

Mögliche Anwendungsbereiche von uRLLC

Ultra Reliable and Low Latency Communications ist für Anwendungen vorgesehen, die auf eine robuste und ausfallsichere Kommunikation mit minimalen Verzögerungszeiten angewiesen sind. Eine typische Anwendung ist das autonome Fahren. Die von den Sensoren vernetzter Fahrzeuge und Verkehrsinfrastrukturkomponenten erfassten Daten müssen mit hoher Zuverlässigkeit übertragen und mit niedrigen Verzögerungszeiten verarbeitet werden. Weitere Anwendungsbeispiele für uRLLC sind die Industrie 4.0 und smarte Fabriken. Die Echtzeitsteuerung von Industrieanlagen und zeitkritischen Prozessen erfordern eine robuste Low-Latency-Kommunikation. Zu den typischen Anwendungen des uRLLC-Profils zählen zudem:

• die Robotik (zum Beispiel die haptische Remote-Steuerung von Robotern)

• die Medizin (zum Beispiel die Durchführung von Remote-Operationen und Augmented-Reality-Behandlungen)

Die weiteren 5G-Anwendungsprofile und ihre Einsatzbereiche

Die Mobilfunknetze der fünften Generation müssen verschiedene Anwendungsfälle mit teils recht unterschiedlichen Anforderungen bedienen. Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) hat die Anwendungsfälle untersucht und insgesamt drei Anwendungsprofile spezifiziert. Neben uRLLC (Ultra Reliable and Low Latency Communications) gibt es noch die beiden Anwendungsprofile:

• Enhanced Mobile Broadband (eMBB)

• Massive Machine Type Communication (mMTC)

Enhanced Mobile Broadband ist für den mobilen Breitbandzugang mit hohen Datenraten bei geringer Latenz und großer Übertragungskapazität pro Flächeneinheit vorgesehen. Beim Ausbau der 5G-Mobilfunknetze fokussierten sich die Netzbetreiber zunächst auf das eMBB-Anwendungsprofil. Es bildet quasi den Übergang von 4G zu 5G. Typische Anwendung ist der klassische breitbandige Internetzugang mit der Möglichkeit des massenhaften Streamings hochauflösender Videos oder der Nutzung von Virtual- und Augmented Reality.

Massive Machine Type Communications bietet große Signalreichweiten und vernetzt eine große Zahl von Geräte pro Flächeneinheit. Die vernetzten Geräte kommunizieren eher sporadisch, übertragen meist nur kleinere Datenmengen, arbeiten energieeffizient und sind kostengünstig herzustellen. Typische Anwendungen dieses Profils sind das Internet der Dinge (IoT), Sensoren- und Aktorennetze und die Netzanbindung intelligenter Zähler (Smart Meter).

Zur Bereitstellung der verschiedenen Anwendungsprofile auf einer einzigen physischen Netzwerkinfrastruktur nutzen die Netzbetreiber das Network Slicing. Verschiedene virtuelle Netzwerkpartitionen werden parallel betrieben und sind jeweils für die Anforderungen eines bestimmten Anwendungsprofils optimiert.

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