多重接続やショートTTIの仕組み

URLLCを実現するための重要な技術である「多重接続」と「ショートTTI」の仕組みについて詳しくご説明します。

これらは主に、URLLCが要求する**「超高信頼性 (Ultra-Reliable)」と「超低遅延 (Low Latency)」**をそれぞれ達成するために導入された技術です。

1. 多重接続 (Multi-Connectivity) の仕組み：超高信頼性を実現

「多重接続」は、特に超高信頼性を確保するために重要な技術です。

概念

端末（UE: User Equipment）が、単一の基地局だけでなく、同時に複数の基地局やセルと接続し、同じデータを送受信することで、通信の冗長性を高める仕組みです。

動作原理

1. デュアルコネクティビティ (Dual Connectivity / Multi-Connectivity):

   • 端末は、異なる基地局（セル）と同時に接続を確立します。

   • 例えば、データ通信の主経路となるマスターセルと、補助的な経路となるセカンダリセルの2つと同時に接続します。

2. データ複製と並列送信:

   • 重要なデータ（URLLCトラフィック）は、マスターセルとセカンダリセルの両方から同時に端末へ送信されます（または、端末から両方のセルへ同時に送信されます）。

   • これは、同じデータを複数の経路でコピーして送る「複製（Duplication）」と呼ばれます。

3. 冗長性の確保:

   • もし、電波状況の変化（例：遮蔽物による瞬断）や、一方の基地局側の障害などにより、いずれかの経路でデータが失われたとしても、もう一方の経路のデータが端末に届けば通信は成功と見なされます。

   • これにより、通信の失敗確率が劇的に低下し、URLLCが求める99.999%レベルの信頼性が実現されます。

URLLCにおける多重接続のメリット

• 信頼性向上: 瞬時の電波環境悪化や基地局の負荷集中を回避し、通信の途絶を防ぎます。

• 遅延の安定化: 最も早くデータが届いた経路が採用されるため、実効的な遅延のバラつき（ジッタ）が抑制され、応答時間が安定します。

2. ショートTTI (Short TTI) の仕組み：超低遅延を実現

「ショートTTI」は、主に超低遅延を実現するために、5G NR（New Radio）で導入された技術です。

概念

TTI（Transmission Time Interval）とは、無線リソースを割り当て、データを送受信する際の最小の時間単位のことです。ショートTTIは、この時間単位を従来の4G（LTE）よりも大幅に短縮します。

動作原理

• LTE (4G) の場合: 従来のLTEのTTIは通常**1ミリ秒 (ms)**でした。データは基本的にこの1msの単位で処理・送受信されます。

• 5G NR (URLLC) の場合:

  • 5G NRでは、TTIを短縮するための柔軟なフレーム構造が導入されています。

  • 従来の1msよりも短い、**0.5msや0.25ms（最小で約7シンボル分）**といった極めて短い時間単位でデータを送信できるように設定されます。

  • これを一般に「ショートTTI」と呼びます。

URLLCにおけるショートTTIのメリット

1. 伝送時間の短縮:

   • データを無線区間で送るのに要する時間（TTI）そのものが短くなるため、単純に伝送遅延が減少します。

2. 待ち時間の短縮:

   • 端末がデータを送信したい場合、従来の長いTTIの開始を待つ必要がなく、すぐに短いTTIの開始に合わせてデータを送り出すことができます。これにより、待ち時間（スケジューリング遅延）が大幅に削減されます。

3. 再送応答の迅速化:

   • 通信エラーが発生し、データを再送する必要がある場合、再送の要求と再送データの送信を短いTTIのサイクルで行えるため、エラー回復までの時間が短縮されます。

このように、URLLCは多重接続で通信の「失敗」を許容せず、ショートTTIで通信の「時間」そのものを短縮するという、両面からのアプローチによって、ミッションクリティカルな要件を満たしています。