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5GNR网络端到端时延优化
【摘要】目前中国电信5G网络已经开始运行,在网络实际运行的过程中,时延是最明显的感
知指标,5G时延和4G相比,从20ms降低至1ms,有着非常大的提升,也是
URLLC(Ultrareliableandlowlatencycommunication)超可靠且超低的时延业务所
需求的。本案例结合影响时延的各个网元节点,对时延优化进行深入分析,并结合地市实
际情况进行问题处理,从端到端对影响时延的各个因素进行总结排查,并解决问题。
【关键字】时延、端到端
【业务类别】参数优化
1.问题描述
5G网络的1毫秒时间延迟,最初是由ITUIMT-2020M.2410-0(4.7.1)关于IMT-
2020系统的设计最小需求中提到的。其适用的范围是URLLC(Ultrareliableandlow
latencycommunication)超可靠且超低的时延业务,这里的时延是针对用户面时延。
用户面时延,是指我们平时使用手机发送数据的时间延迟,区别于控制面时延:手
机注册网络或者状态转换经过的信令流程所花费的时间(控制面时延不做讨论)。另外,1
毫秒指的是无线网络空中接口(手机和基站之间,不包括核心网,互联网等网络节点)的
双向延迟时间。
图1-1:双向延迟
双向延迟(RoundTripTime,RTT),指的是信息从发送方到达接收方,加上接受方
发信息给发送方所花费的总时间。双向延迟在工程中更加常见,因为我们可以只在信息发
送方或者接收方的其中一方就可以测量到双向延迟(利用ping等工具)。
在5G网络中,时延是一个重要的关注点,如何优化改善网络时延,是需要重点关注的
方面。
2.分析过程
5GURLLC满足极低时延极高可靠业务,2016年,3GPP开始了5G的需求分析和研究项
目,为了满足ITU所设置的URLLC极高的可靠性和极低的时延要求,在5G的需求研究项目
TR38.913Studyonscenariosandrequirementsfornextgenerationaccesstechnologies
中的用户面KPI中针对URLLC业务用户面时延定义了上行0.5ms和下行0.5ms的要求,加起
来正好是1ms的双向时延。
需求的定义明确了,接下来进入了研究如何实现技术需求的阶段,2016年3月,3GPP
TSGRAN71次会议通过了TR38.912StudyonNewRadio(NR)accesstechnology,这
项研究工作致力于提出可行的无线技术来满足ITU-2020制定的5G需求。而从研究项目伊
始,URLLC就做为一项不可缺少的5G需求被考虑进来。
从2016年的研究项目开始到2018年中第一版本5G标准(release15NSASA)的出
炉,低时延的设计贯穿了整个5G无线系统,我们就从用户面的每个层(物理层PHY,媒体
接入控制层MAC,无线链路控制层RLC)看看为了实现1ms的目标都做了怎样的努力。
5G中物理层的主要作用是:编解码,调制/解调,多天线映射等。
因为低时延是与URLLC的另一部分需求:极高的可靠性(99.999%)被共同捆绑在一起
的。如果单单考虑低时延会比低时延高可靠简单很多,因为要满足极高的可靠性惯常采用
更多的控制信令开销,重传,冗余,这些手段往往会提升时间延迟的水平。所以如何在保
证可靠性的同时改善时延水平在物理层的设计中是难上加难。5G物理层用了哪些手段来改
善时延呢?
图2-2:物理层
2.1包结构
在4GLTE的时延分析中提到过的系统处理时间在时延中所占的分量比较大,而且改善较
为不易。这部分时延包括了接收包,获取
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