关于5G时延的深度解读，非常详尽！

LTE用户面时延(Source: URLLC Services in 5GLow Latency Enhancements for LTE, Thomas Fehrenbach, Rohit Datta) 

至此，LTE的无线网络延迟改善到头了。那么梦寐以求的一毫秒时间延迟怎么实现?剩下的使命需要5G来完成。

▋ 5G网络延迟

和人一样，一项技术也有自己的命运，LTE从应运而生到如今的如日中天已经走过了10多个春秋，正如之前在另一个问题中讨论的从专业角度讲，为什么需要开展 5G 而不是继续提升 4G?因为4G LTE从出生伊始已经注定了其时间延迟的下限，而这个下限如今也已经被我们触摸到了。下一步需要我们转向一项延迟下限更低的技术去找寻极限。5G是站在巨人(4G)的肩膀上诞生的，从系统设计之初就将网络时间延迟的特性考虑了进来，成为5G需求的一部分: URLLC(Ultra reliable and low latency communication)超低的时延和超高可靠的通信以支持对时延和可靠性要求极高的行业应用，比如智能工厂，远程手术，自动驾驶等等。这部分的需求在5G的第一个版本Release 15中满足了一部分。关于超低的时延：1ms的无线空中接口双向传输时延是怎么一步步实现的呢?

5G URLLC满足极低时延极高可靠业务(Source: Ericsson, Joachim Sachs: 5G Ultra-Reliable and Low Latency Communication, IEEE cscn2017)

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TR38.913 Study on scenarios and requirements for next generation access technologies 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 TSG RAN 71次会议通过了 TR38.912 Study on New Radio (NR) access technology ，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(release 15 NSA&SA)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。物理层5G中物理层的主要作用是：编解码，调制/解调，多天线映射等。虽然本回答主要讨论的是低时延的系统架构设计，但是低时延是与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?

5G用户面协议层

包结构(Packet structure)在4G LTE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，获取控制信息，调度信息，解调数据，以及错误检测。在4G LTE中是采用下图左侧这种方形的包结构，传输的信息分为三部分，导频信息(Pilot)，控制信息(control information)，以及数据(data)。这种设计方式被广泛的用来对抗信道衰落。但是在5G中URLLC包采用的是下图右侧这种设计方式，导频信息，控制信息，以及数据依次在时域上排列，这样做的好处是信道估计，控制信道解码，数据的获取可以串行的进行，通过这样的方式这样减少了处理时间。

4G LTE和5G URLLC包结构对比 (Source: Ultra Reliable and Low LatencyCommunications in 5G Downlink: PhysicalLayer Aspects)

（编辑：核心网）

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