LTE系统时延论述.pdfVIP

LTE 系统时延分析 前言 LTE不仅可以提供更高的频谱效率．对于服务质量。特别是对实时业务时延的控制都是其设 计目标。 LTE系统采用由eNode B构成的单层结构，这种结构有利于简化网络和减小延迟，实现了低时 延、低复杂度和低成本的要求。为使用户能够获得“Always Online”的体验．LTE对时延的 具体要求为：用户平面内部单向传输时延(UE—eNode B)小于5ms。控制平面从睡眠状态到激 活状态迁移时间小于50ms．从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms。 1 用户面时延 用户面时延是指在UE IP层与RAN边缘节点IP层之间的数据包的单向传输时间．其中RAN边缘 节点是指与核心网络直接进行通信连接的基站。 LTE系统要求对于小IP包(仅含IP帧头)，在空载(单用户但数据流时)条件下用户面时延应小 于5ms。另外，E—UTRAN系统的带宽也影响实际的传输时延。用户面时延如图l所示。 实际网络中LTE系统的用户面时延主要包括处理时延、TTI长度以及帧调整。整个时延的构成 如图2所示。 以下用户面时延的计算是在预调度模式下．基于0％-30％的HARQ重传情况下计算的。所有计 算结果表明RAN内部双向(从下行PDCP至上行PDCP)时延小于10ms的要求是可以达到的，时延 计算过程如下： a)无重传情况下的单向用户面时延为Dupl=1(编码)+0.5(帧调整)+1(TTI)+l(解码)=3.5ms b)考虑30％的HARQ重传的单向用户面时延为Dupl+nx5(帧调整)=3.5ms + n×5ms 式中， n——重传次数 c)从而可以得到平均的用户面时延计算方法。 Dup=3.5ms + P×5ms 式中： P--第一次HARQ重传时发生的错误概率 d)P=30％时的环回时延为 3．5+3.5+2×0.3×5=10ms e)P=20％时的环回时延为 3.5+3.5+2×0.2×5=9ms f)P=0％时的环回时延为 3.5+3.5+2×0×5=7ms 表l列出了当HARQ最初的错误概率为30％时用户面的时延情况。 当重传率为30％时。时延小于10 ms的要求很难达到。相反，重传率为0时，这个要求很容易 达到。从上面的讨论中可以看到，HARQ操作点的取定对RTT的影响很大。目前，在LTE系统的 外场测试中HARQ操作点的取定通常在10％一15％之间(见图3)。 2 控制面时延 控制面建立时延定义为驻留状态到激活状态的迁移以及从睡眠状态到激活状态的迁移所需 时间。LTE系统要求控制平面从睡眠状态到激活状态的迁移时间小于50ms，从驻留状态到激 活状态的迁移时间小于100ms(见图4)。 图5示出的是NAS层的3个协议状态。 a) LTE_DETACHED：网络和UE侧都没有RRC实体。此时UE通常处于关机、去附着等状态。 b)LTE_IDLE：对应RRC的IDLE状态，UE和网络侧存储的信息包括给UE分配的IP地址、安全相 关的参数(密钥等)、UE的能力信息、无线承载。此时UE的状态转移由基站或AGW决定。在 LTE_IDLE状态下，UE处于一种省电模式．UE不向网络报告小区变化等信息。网络侧能够确定 UE处于哪个TA范围，每个TA由一些小区组成。当UE被呼叫时，网络就在UE必威体育精装版报告的TA范围 内进行寻呼。在LTE_IDLE状态下，UE并不保留上行同步。只有当UE进行随机接人时．UE才会 从LTE IDLE状态转移到LTE ACTIVE状态。在下行链路中，UE间歇接收寻呼信息。但UE依旧保 留IP地址和其他一些终端信息，以便在需要时快速进入LTE_ACTIVE状态。 c)LTE_ACTIVE：对应RRC连接状态，是指UE处于接收和发送数据时的状态。状态转移由基站 或AGW决定。UE也连接到相应的小区中；UE分配了一个或多个IP地址。并分配了相应的识别 码C—RNTI。 图6给出了从LTE_IDLE状态到LTE_ACTIVE状态迁移的控制面流程。 表2以FDD帧结构为例对图6所示的整个流程时延进行了分析，主要分析了从LTE_IDLE状态向 LTE_ACTIVE状态转移中为了达到时延小于100ms所需要的条件。 3 时延分析举例 上面分析了LTE系统的用户面与控制面时延，在实际网络中还应关注inter—eNB切换中的业 务中断时延．下面重点分析切换中断时长。 在切换过程中用户面所发生的4个中断部分的时延估计值如表3所示。 3.1 无线层过程(①) 整个过程包括从切换命令开始到上行资源配置的整个过程，主要包括以下几个方面。 a)频率同步：时长主要取决于目标小区是否与当前服务频率工作在同一个频率上。