WCDMA中的接入層時延預算分析

2019-11-03 09:12:23

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

北京郵電大學無線新技術研究組張軼凡

　　在WCDMA系統中，業務質量（QoS）是一個用戶和業務提供商都非常關心的話題。用戶希望能得到高質量的業務服務。QoS的一個重要體現就是端到端的時延要求低于用戶感知的程度。研究表明，一般用戶聽覺能夠忍耐的語音延遲在100ms左右。如果往返延遲超過250ms，那么通信對端將出現回波，自己的聲音和對方的聲音混雜在一起，用戶將無法聽到。高于100ms的時延也可能會因收費低而被用戶接受，但在這種情況下，通常會促使大多數用戶尋求更高質量的業務服務。因此，可以認為100ms是實時業務QoS關于時延的基本要求。對業務提供商來說，只有滿足這個最基本的要求才能獲得廣闊的市場前景。而對非實時業務來說，雖然時延對業務質量的影響不大，但對時延分析有助于了解網絡整體性能。因此，對網絡進行時延預算分析是非常有必要的。

　　為滿足端到端時延要求，必須對時延預算進行分析。時延預算指的是分析時延的形成原因和組成部分，估計每個時延組成部分的可能值，最終作出合理的推斷。端到端的時延包括接入層時延和非接入層時延，其中，接入層時延是端到端時延的一個重要組成部分，本文將著重針對接入層的傳輸時延進行分析。

　　其中，錯誤保護包括FEC、CRC、交織編碼和宏分集處理等方面，而語音編碼屬于非接入層功能，因此不包括在其中。

一、接入層時延組成部分

　　各部分時延在WCDMA系統中的位置，主要是接入層的時延，其中也包含非接入層的一些時延，如源CN和宿CN的代碼轉換器編解碼時延以及回波控制等。

　　　　　　　　　　接入層傳輸時延包括UTRAN網絡部分和傳輸網絡部分。它們由不同的時延成分組成，要獲得它們的時延預算，則必須對其中的每個成分都有充分的認識。

　　1．UTRAN網絡部分

　　這一部分主要包括了宏分集合并時延、卷積碼和Turbo碼的交織時延、MAC層調度時延、重傳時延、無線接口傳播時延以及處理延遲。每部分產生的原因及其所起的作用各不相同。

　　(1)宏分集合并時延

　　在RNC中，宏分集合并功能有可能會要求額外的交換和處理。該時延是獨立執行的，被認為是整個時延評估的一部分。宏分集可合并同一時刻發生的信號，因此該功能的主要時延決定于一個連接中涉及的每個不同路徑分支的時延。

　?。?）卷積碼和Turbo碼的交織

　　交織是物理層的一個功能，它將傳輸塊分為幾個無線幀。這些塊可能交織為1、2、4、8個傳輸塊。因此，交織可能給空中接口的數據流帶來一個較大的傳輸時延，而這個時延與交織因子成正比。Turbo碼有自己的交織機制，對數據業務來說，時延隨著塊大小增加而增加，隨著業務數據速率減少而減少。

　?。?）MAC層調度時延

　　對實時業務來說，它的資源分配是確定的，即其中的時延不能超過傳輸時間間隔（TTI）。實時業務時延一般為20ms。AMR編解碼器需要20ms的數據捕獲時間，一旦數據被捕獲，信息包將發送到RLC進行排隊。MAC-d立即在一個20ms的TTI中將其發送到基帶處理單元，因此MAC-d調度產生的時延能通過網絡側的編解碼器進行彌補。而非實時業務使用共享信道，要求統計調度。盡管時延保證并不適用于非實時業務，但MAC調度時延對時延以及最終的QoS都將產生影響。MAC-d復用以及MAC-sh/c調度功能產生的時延決定于很多變量，如使用資源的負荷因子、業務源行為、TTI間隔、每個連接的峰值速率、UE和RNC之間的環回時延等。

　?。?）重傳時延

　　在實時業務承載中將不會發生數據流的重傳。在非實時業務中，空中接口的傳遞保證通常是由RLC來完成的。一個傳輸塊需要重傳的數量對時延來說是一個倍增因數，即如果一個傳輸塊經過兩次重傳成功，時延將是兩倍的物理層時延加上發送NAK信息到MAC所需要的時延，即：重傳時延=重傳次數*UE-SRNC環回時延

　?。?）無線接口傳播時延

　　由于無線電波的傳播速率為300km/ms，無線接口的傳播時延可以忽略不計。

　?。?）處理時延

　　節點內部處理時延主要是由軟件處理和節點內部信息傳遞引起的。這部分時延必須考慮網絡節點的工程容量，因此只能給出一個粗略的估計。

　　2．傳輸網絡部分

傳輸網絡部分的延遲主要包括：復用和解復用時延、回放緩存時延、傳輸時延、介質時延以及交換和交叉連接時延。

　　 (1)復用和解復用時延

　　在點到點鏈路上的這一部分延遲，主要來源于ATM SAR子層的操作以及在CPS層中把信元和子信元復用到ATM鏈路上的操作。特別是在CPS發送緩沖區中的報文排隊延遲，它給PTD和PDV造成明顯的影響。

　?。?）回放緩存時延

　　回放緩存用來消除由于傳輸網絡的統計復用影響而產生的PDV。一旦PDV被消除，報文的重組則成功，最終從協議棧傳送過來的業務流就可以作為一個恒定的流傳給高層。如果在鏈路上已經使用了最大延遲的組成部分，這一部分的回放延遲并不引入更多的延遲。

　?。?）傳輸時延

　　這一部分代表了傳輸一個完整的ATM信元所引入的延遲。如果鏈路的吞吐量降低，傳輸延遲就會增加。這一部分的延遲被認為是分割ATM，即把物理資源劃分成不同的接口而引入的。例如：PCM E1接口被劃分成一個Abis接口和一個Iub接口，以此來通過單個物理接口，連接一個既能支持GSM又能支持UMTS業務的站點。

　　（4）介質時延

　　在有線網絡上的傳輸時延可以假設為定值，并且同連接的長度成正比。相同的假設也可以適用于微波和衛星線路，但是對于媒體延遲需要增加另外一個組件。這個組件用來考慮鏈路所使用的技術差別，即點到多點，點到點還是無線ATM。

　?。?）交換和交叉連接時延

　　這部分的延遲僅僅來自于經過UTRAN接口的交換節點(交叉連接設備)。它的值同插入節點的個數成正比，并且和每個節點的負載緊密相關。一般定義300μs作為實時業務通過ATM交換機的最大延遲。

二、UTRAN時延估算

　　在宏分集的情況下，網絡的傳輸時延決定于各個分支路徑產生的時延。因此在進行時延預算時，必須考慮兩條不同分支產生的時延。

　　從時延分析結果中可獲知不同分支路徑的時延差異情況以及在各個網絡元素中產生的時延。

　　綜上所述，在宏分集的情況下，經過不同路徑信號產生的接入層時延是不同的。在進行宏分集合并時必須考慮各個路徑的時延情況。另外，從表1中可看出上下行鏈路時延的差異主要在處理時延方面，并針對Node B的處理時延進行一下簡要的分析。在下行鏈路中，Node B的處理包括CRC計算、卷積碼/turbo碼編碼、交織、更軟切換分離、擴頻和調制。而在上行鏈路中，Node B中的處理主要為解調、解擴、解交織、卷積碼/turbo碼解碼、錯誤檢查和測量。這些操作雖使用強大的DSP執行，但也需要耗費很多時間。因此，上行鏈路預計執行所需功能需要的時延要高于下行鏈路。

----《通信世界》