教你如何降低LTE系統(tǒng)時延及空口時延

    導讀：

    本文主要介紹了未來MTC業(yè)務的時延需求，分析了LTE系統(tǒng)現(xiàn)有時延，闡述了降低時延的關(guān)鍵技術(shù)。

    OFweek通信網(wǎng) 對于移動通信業(yè)務而言，最重要的時延是端到端時延，即對于已經(jīng)建立連接的收發(fā)兩端，數(shù)據(jù)包從發(fā)送端產(chǎn)生，到接收端正確接收的時延。根據(jù)業(yè)務模型不同，端到端時延可分為單程時延和回程時延，其中單程時延指數(shù)據(jù)包從發(fā)射端產(chǎn)生經(jīng)過無線網(wǎng)絡正確到達另外一個接收端的時延，回程時延指數(shù)據(jù)包從發(fā)射端產(chǎn)生到目標服務器收到數(shù)據(jù)包并返回相應的數(shù)據(jù)包直至發(fā)射端正確接收到應答數(shù)據(jù)包的時延。

    現(xiàn)有的移動通信主要是人與人之間的通信，隨著硬件設(shè)備的小型化和智能化，未來的移動通信更多“人與物”及“物與物”之間的高速連接應用。機器通信(Machine Type Communication，MTC)業(yè)務應用范圍非常廣泛，如移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等將會推動MTC系統(tǒng)應用爆發(fā)式增長，大量設(shè)備將接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，為移動通信帶來無限生機。同時，廣泛的MTC系統(tǒng)應用范圍也會給移動通信帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)，例如實時云計算、虛擬現(xiàn)實、在線游戲、遠程醫(yī)療、智能交通、智能電網(wǎng)、遠程實時控制等業(yè)務對時延比較敏感，對時延提出更高的需求，而現(xiàn)有LTE系統(tǒng)無法滿足該需求，需要進行研究。

    本文主要介紹了未來MTC業(yè)務的時延需求，分析了LTE系統(tǒng)現(xiàn)有時延，闡述了降低時延的關(guān)鍵技術(shù)。

    MTC業(yè)務時延需求分析

    未來MTC數(shù)據(jù)傳輸時延會進一步降低，當通信的響應時間比系統(tǒng)應用的時間約束快時，就可以獲得實時的通信體驗。下面給出了四種典型應用的時間約束：

    ●人體肌肉響應時間在0.5s~1s，這意味著人在點擊一個連接時，如果該連接能在0.5s時間建立，人們就可以實現(xiàn)實時的網(wǎng)頁瀏覽感受。

    ●聽覺：當聲音信號在70ms~100ms內(nèi)可以被準備接收時，人們就可以實現(xiàn)實時通話�？紤]到聲波的速度，這意味著當兩個人距離超過30m時，兩人單純依靠聲波無法實現(xiàn)實時交流。

    ●視覺：人類視覺的分辨率一般不超過100Hz，這意味這只要圖像的更新速率不低于100Hz(延時不超過10ms)，人們就可以獲得無縫的視頻體驗。

    ●觸覺：這方面要達到實時，要求延時限制在幾ms級別，涉及的應用包括使用移動3D目標、虛擬現(xiàn)實、智能交通中的業(yè)務安全控制、智能電網(wǎng)等。

    業(yè)界提出要把現(xiàn)有系統(tǒng)的端到端延遲降低5倍以上，并且，在考慮第5代移動通信系統(tǒng)的需求時認為RTT(Round Trip Time，回環(huán)時延)在1ms數(shù)量級。實時游戲、M2M、傳感器報警或事件檢測場景應該成為研究重點，部分場景對時延的要求不超過100ms，其中，基于傳感器報警或事件檢測場景有最低達2ms的時延要求。

    因此，在超低時延場景MTC系統(tǒng)時延需要考慮毫秒級的空口時延。

    LTE系統(tǒng)現(xiàn)有時延分析

    ITU-R對傳輸延遲設(shè)定的目標為單向延遲目標為10ms.LTE/LTE-A系統(tǒng)滿足ITU時延要求并帶有一定余量，單向數(shù)據(jù)包傳輸時延小于5ms.下面以連接態(tài)下物理下行共享信道行(Physical Downlink Shared Channel，PDSCH)傳輸下行數(shù)據(jù)和物理上行共享信道(Physical Uplink Shared Channel，PUSCH)傳輸上行數(shù)據(jù)為例進行時延分析。

    在LTE FDD系統(tǒng)中，在子幀n上，基站使用物理下行控制信道(Physical Downlink Control Channel，PDCCH)調(diào)度下行數(shù)據(jù)傳輸，終端在子幀n+4上反饋ACK/NACK信息，基站接收處理時延最小為1ms，基站最快可以在子幀n+5上進行數(shù)據(jù)重傳調(diào)度，如圖1所示，單次傳輸?shù)臅r間為1ms，一次重傳的最小時間為5ms.

圖1 下行數(shù)據(jù)傳輸