5G如何实现超低时延？.pdf

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2021-04-30

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如何实现超低时延

几代通信技术带给用户的感受，让人更容易解读为无线通信技术在传输速率上的突飞

猛进。然而与 3G、4G 网络相比，5G 还有一个非常重要的特性是数据传输中的超低时延。

在 5G 开始研究之初，便明确了 5G 问世的一个非常重要使命就是充分激发并释放垂直行业

应用的潜力。从自动驾驶到工业控制，这些美好的梦想一一照进照现实都离不开 5G 的超低

时延特性。更有业界专家认为如果没有超低时延特性，5G 只能算是 4G+。

对于 5G 超低时延，读者一定会有这样那样的疑问，让我们一边提问一边尝试回答，希

望能够带给大家一些有意义的信息。

为什么 4G 时延无法满足这些应用的要求？

举个例子，对于自动驾驶，时延直接影响车辆在响应操作前移动的距离。现

有 4G 网络平均 50ms 时延条件之下，时速 100 公里的汽车，从发现障碍到启动制

动系统仍需要移动约 1.4 米。不要小看这 1 米多的距离，在危急时刻，每增加一

厘米都意味着多一分生命危险。因此由于道路交通事关人身安全，控制指令，尤

其是制动指令抵达车辆的时间要求达到 1 毫秒的级别，即控制指令自发出到抵达

车辆仅前进了 3cm。

5G 究竟需要多低的时延？

ITU、IMT-2020 推进组等国内外 5G 研究组织机构均对 5G 提出了毫秒级的端到端时延

要求，理想情况下端到端时延为 1ms，典型端到端时延为 5-10ms 左右。我们目前使用的

4G 网络，端到端理想时延是 10 毫秒左右，LTE 的端到端典型时延是 50-100ms，这意味着

5G 将端到端时延缩短为 4G 的十分之一。而 3G 的端到端时延是几百毫秒量级。

这里，端到端时延的定义是：数据包从离开源节点的应用层时算起一直到抵达并被目

的节点的应用层成功接收一共经历的时间长度。并且，根据业务模型不同，端到端时延还可

分为单程时延和回程时延，其中回程时延还需加上发射端正确接收到应答数据包所需的时延。

因此，端到端时延包括空口时延、核心网时延以及 PDN 网络时延。

那么，5G 通过哪些技术实现超低时延呢？

既然端到端时延由多段路径上的时延加和而成，仅靠单独优化某一局部的时延都无法

满足 1ms 的极致时延要求，因此 5G 超低时延的实现需要一系列有机结合的技术。5G 低时

延的实现将主要遵循这样的思路，一方面要大幅度降低空口传输时延，另一方面要尽可能减

少转发节点，并缩短源到目的节点之间的“距离”。此外，实现 5G 低时延还需兼顾整体，从

跨层考虑和设计角度出发，使得空口、网络架构、核心网等不同层次的技术相互配合，让网

络能够灵活应对不同垂直业务的时延需求。

目前，超低时延的完整技术方案尚不明朗，小编这里给出可能在未来扮演重要作用的

关键技术。

新型帧结构

套用小编团队中物理层大牛的原话，“ Frame structure 是无线通信的核心，直接决定

了系统的功能设计与服务水平”。为了有效降低空口时延，在 3GPP 正在进行 NR 的研究项目，

在帧结构方面，将考虑采用更短的子帧长度，并在同一子帧内完成 ACK/NACK 反馈。美国

运营商 Version 在近期公布的 5G 标准中也遵循了相同的设计思路。