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WCDMA中的接入层时延预算分析

2010-10-20   来源:互联网   点击:
北京邮电大学无线新技术研究组 张轶凡  在WCDMA系统中,业务质量(QoS)是一个用户和业务提供商都非常关心的话题。用户希望能得到高质量的业务服务。QoS的一个重要体现就是端到端的时延要求低于用户感知的程

北京邮电大学无线新技术研究组 张轶凡


  在WCDMA系统中,业务质量(QoS)是一个用户和业务提供商都非常关心的话题。用户希望能得到高质量的业务服务。QoS的一个重要体现就是端到端的时延要求低于用户感知的程度。研究表明,一般用户听觉能够忍耐的语音延迟在100ms左右。如果往返延迟超过250ms,那么通信对端将出现回波,自己的声音和对方的声音混杂在一起,用户将无法听到。高于100ms的时延也可能会因收费低而被用户接受,但在这种情况下,通常会促使大多数用户寻求更高质量的业务服务。因此,可以认为100ms是实时业务QoS关于时延的基本要求。对业务提供商来说,只有满足这个最基本的要求才能获得广阔的市场前景。而对非实时业务来说,虽然时延对业务质量的影响不大,但对时延分析有助于了解网络整体性能。因此,对网络进行时延预算分析是非常有必要的。

  为满足端到端时延要求,必须对时延预算进行分析。时延预算指的是分析时延的形成原因和组成部分,估计每个时延组成部分的可能值,最终作出合理的推断。端到端的时延包括接入层时延和非接入层时延,其中,接入层时延是端到端时延的一个重要组成部分,本文将着重针对接入层的传输时延进行分析。

  其中,错误保护包括FEC、CRC、交织编码和宏分集处理等方面,而语音编码属于非接入层功能,因此不包括在其中。

一、接入层时延组成部分

  各部分时延在WCDMA系统中的位置,主要是接入层的时延,其中也包含非接入层的一些时延,如源CN和宿CN的代码转换器编解码时延以及回波控制等。

        
  接入层传输时延包括UTRAN网络部分和传输网络部分。它们由不同的时延成分组成,要获得它们的时延预算,则必须对其中的每个成分都有充分的认识。

  1.UTRAN网络部分

  这一部分主要包括了宏分集合并时延、卷积码和Turbo码的交织时延、MAC层调度时延、重传时延、无线接口传播时延以及处理延迟。每部分产生的原因及其所起的作用各不相同。

  (1)宏分集合并时延

  在RNC中,宏分集合并功能有可能会要求额外的交换和处理。该时延是独立执行的,被认为是整个时延评估的一部分。宏分集可合并同一时刻发生的信号,因此该功能的主要时延决定于一个连接中涉及的每个不同路径分支的时延。

  (2)卷积码和Turbo码的交织

  交织是物理层的一个功能,它将传输块分为几个无线帧。这些块可能交织为1、2、4、8个传输块。因此,交织可能给空中接口的数据流带来一个较大的传输时延,而这个时延与交织因子成正比。Turbo码有自己的交织机制,对数据业务来说,时延随着块大小增加而增加,随着业务数据速率减少而减少。

  (3)MAC层调度时延

  对实时业务来说,它的资源分配是确定的,即其中的时延不能超过传输时间间隔(TTI)。实时业务时延一般为20ms。AMR编解码器需要20ms的数据捕获时间,一旦数据被捕获,信息包将发送到RLC进行排队。MAC-d立即在一个20ms的TTI中将其发送到基带处理单元,因此MAC-d调度产生的时延能通过网络侧的编解码器进行弥补。而非实时业务使用共享信道,要求统计调度。尽管时延保证并不适用于非实时业务,但MAC调度时延对时延以及最终的QoS都将产生影响。MAC-d复用以及MAC-sh/c调度功能产生的时延决定于很多变量,如使用资源的负荷因子、业务源行为、TTI间隔、每个连接的峰值速率、UE和RNC之间的环回时延等。

  (4)重传时延

  在实时业务承载中将不会发生数据流的重传。在非实时业务中,空中接口的传递保证通常是由RLC来完成的。一个传输块需要重传的数量对时延来说是一个倍增因数,即如果一个传输块经过两次重传成功,时延将是两倍的物理层时延加上发送NAK信息到MAC所需要的时延,即:重传时延=重传次数*UE-SRNC环回时延

  (5)无线接口传播时延

  由于无线电波的传播速率为300km/ms,无线接口的传播时延可以忽略不计。

  (6)处理时延

  节点内部处理时延主要是由软件处理和节点内部信息传递引起的。这部分时延必须考虑网络节点的工程容量,因此只能给出一个粗略的估计。

  2.传输网络部分

传输网络部分的延迟主要包括:复用和解复用时延、回放缓存时延、传输时延、介质时延以及交换和交叉连接时延。

   (1)复用和解复用时延

   在点到点链路上的这一部分延迟,主要来源于ATM SAR子层的操作以及在CPS层中把信元和子信元复用到ATM链路上的操作。特别是在CPS发送缓冲区中的报文排队延迟,它给PTD和PDV造成明显的影响。

  (2)回放缓存时延

  回放缓存用来消除由于传输网络的统计复用影响而产生的PDV。一旦PDV被消除,报文的重组则成功,最终从协议栈传送过来的业务流就可以作为一个恒定的流传给高层。如果在链路上已经使用了最大延迟的组成部分,这一部分的回放延迟并不引入更多的延迟。

  (3)传输时延

  这一部分代表了传输一个完整的ATM信元所引入的延迟。如果链路的吞吐量降低,传输延迟就会增加。这一部分的延迟被认为是分割ATM,即把物理资源划分成不同的接口而引入的。例如:PCM E1接口被划分成一个Abis接口和一个Iub接口,以此来通过单个物理接口,连接一个既能支持GSM又能支持UMTS业务的站点。

  (4)介质时延

  在有线网络上的传输时延可以假设为定值,并且同连接的长度成正比。相同的假设也可以适用于微波和卫星线路,但是对于媒体延迟需要增加另外一个组件。这个组件用来考虑链路所使用的技术差别,即点到多点,点到点还是无线ATM。

  (5)交换和交叉连接时延

  这部分的延迟仅仅来自于经过UTRAN接口的交换节点(交叉连接设备)。它的值同插入节点的个数成正比,并且和每个节点的负载紧密相关。一般定义300μs作为实时业务通过ATM交换机的最大延迟。

二、UTRAN时延估算

  在宏分集的情况下,网络的传输时延决定于各个分支路径产生的时延。因此在进行时延预算时,必须考虑两条不同分支产生的时延。

  从时延分析结果中可获知不同分支路径的时延差异情况以及在各个网络元素中产生的时延。

  综上所述,在宏分集的情况下,经过不同路径信号产生的接入层时延是不同的。在进行宏分集合并时必须考虑各个路径 的时延情况。另外,从表1中可看出上下行链路时延的差异主要在处理时延方面,并针对Node B的处理时延进行一下简要的分析。在下行链路中,Node B的处理包括CRC计算、卷积码/turbo码编码、交织、更软切换分离、扩频和调制。而在上行链路中,Node B中的处理主要为解调、解扩、解交织、卷积码/turbo码解码、错误检查和测量。这些操作虽使用强大的DSP执行,但也需要耗费很多时间。因此,上行链路预计执行所需功能需要的时延要高于下行链路。

----《通信世界》

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