LTE上行时间延迟组成（Source:3GPP 36.881 Study on latency reduction techniques for LTE） LTE下行时间延迟组成（Source:3GPP 36.881 Study on latency reduction techniques for LTE） 从20毫秒开始，到1毫秒要走过怎样的路？ 当LTE标准化组织3GPP意识到网络的时间延迟是一个问题，而且具有很大的潜在提升的时候，相关的工作拉开了序幕。 时间来到了2015年，3月初，中国上海，乍暖还寒，在3GPP RAN 67 次会议上，终于迎来了关于减少LTE网络时间延迟的研究项目（SI）立项（RP-150465 New SI proposal: Study on Latency reduction techniques for LTE）。 本次研究项目的立项旨在减小LTE网络的时间延迟，因为在此以前LTE网络一直向着速率更快的方向在发展，但是网络的延迟水平一直没有得到改善，而研究发现用户面网络延迟的改善能够提升网络的速率瓶颈（因为TCP的慢启动效应，改善TCP握手的时延，从而提升网络的速率），而且能够更好地支持更多对于时延要求特别高的应用，比如：VR，实时游戏，VoIP，视频会议等等。
改善LTE无线时延水平以支持更多的应用 （Source: Ericsson, Joachim Sachs: 5G Ultra-Reliable and Low Latency Communication, IEEE cscn2017）
似乎探索有了方向。。。 光阴如梭，整整一年后，2016年3月初，瑞典哥德堡，3GPP RAN 71 次会议，关于真正网络延迟减少工作立项了（RP-160667 L2 latency reduction techniques for LTE），此次工作项目的立项标志着网络延迟减少工作的正式开启。 所要着手解决的主要集中在改善上行的网络延迟，而解决问题的思想是和预调度类似的半静态调度，提前为终端周期性的分配好相关的无线资源，用户在需要传送上行数据的时候直接使用已经预先分配好的资源，无需再进行资源请求流程。而在这个版本中引入了更短的半静态调度周期，低至一毫秒，从而能进一步改善时间延迟。 同时针对预调度中分配了无线资源终端就得发送数据的问题（造成网络干扰和电量消耗），通过Release 14标准的改善，使用户即使分配了无线资源，也可以不发送填充数据。 至此，上行的网络传输延迟大大减少。根据仿真的结果，LTE空中接口双向传输时延降至约8ms。
更短的半静态调度周期 上行不用发送Padding数据 手机的能耗也下降了约10%。
时延减少的同时对手机耗电量的改善(Source: 3GPP R2-153490 L2 enhancements to reduce latency)
同时网络时延的改善也从侧面提升了终端的速率约30%-40%。 时延减少的同时对终端速率提升(Source: 3GPP R2-153490 L2 enhancements to reduce latency, Ericsson) 但是，真的这样就足够了吗？No，通信人止于至善。 以上只是解决问题的其中一个角度，针对另一个角度改善传输间隔时间能做点什么？ 3个月后，又又又开会了，韩国釜山，RAN 72次会议，立项了关于从改善LTE网络传输间隔时间从而减少网络时延的工作（RP-161299 New Work Item on shortened TTI and processing time for LTE），改善的方法得从LTE的无线帧结构说起。 无线网络的传输介质是时间和频率资源，终端在分配的时间和频率上发送相应的数据，在通信的世界里，时间的单位很短很短，一个LTE帧是10毫秒，可以分为10个子帧，每个子帧1毫秒，这就是网络最小可以调度的时间单位：1毫秒。 1个子帧还可以分为两个时隙，每个时隙还可以分为7个符号，至此，终于分完。
Short transmission time interval (sTTI) 减少传输时延
以前LTE网络每次的传输时间间隔是固定一个子帧=1毫秒，上图红色部分是控制信道，用于传输无线资源指派等信令，绿色部分是下行数据信道，用于传输数据。 本次工作要做的是将传输时间间隔从子帧级别（1ms)降低至符号级别（1/14 ms），最小的调度间隔根据情况可以选择3/2个符号（3/14ms, 2/14ms），7个符号（7/14ms），具体的子时隙(subslot)细分方式如下图。从而又进一步降低了整个LTE无线网络空口的时延。 4G LTE sTTI 上下行可选配置方式（Source: URLLC Services in 5GLow Latency Enhancements for LTE, Thomas Fehrenbach, Rohit Datta） 在LTE release 15中，还降低了处理（procession）时间(收到上行资源grant到上行传输数据的时间，以及从收到下行指派到反馈HARQ ACK/NACK指示的时间)，以前需要4ms，降至了3ms。
R15 处理时间的减少从 n+4 到 n+3 ms（Source: 3GPP TR 21.915 Summary of Rel-15 Work Items）
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
通过使用30KHz的子载波间隔，上行免调度，以及两个符号的微时隙的5G系统配置方案，可以达到低于双向时延1ms以下的要求。如果采用5G高频通信，使用120KHz的子载波间隔，时延可以更低。 至此，1ms梦寐以求的目标终于达成，但是科技工作者们仍没有停下探索的脚步，目前的研究转向了5G物理层的增强对URLLC业务的支持，而新的研究项目也已经成功立项并完成：Study on physical layer enhancements for NR ultra-reliable and low latency case (URLLC), 在下一版本5G release 16中，URLLC将从PDCCH，UCI，PUSCH（上下行控制信道以及上行数据信道）获得更多的提升。同时还研究支持对时延和可靠性要求极高的工业互联网应用Study on NR industrial Internet of Things (IoT)。 探索为什么5G能降低网络时间延迟到1ms完结，但是需要引起注意的是，我们这里讨论的延迟是整个网络中的一部分，特指空中接口。但是网络的传输时延绝不是空中接口单一接口就能够保证的，还涉及到端到端的核心网以及互联网。剩下这部分属于TSN（Time Sensitive Networking）的范围，什么是TSN，怎么将无线URLLC和TSN结合起来为工业4.0服务，下次有机会再聊。
无线网络的低时延高可靠特性结合TSN为工业互联网服务（Source：Boosting smart manufacturing with 5G wireless connectivity, Ericsson）
参考文献： [1]ITU-R M.2410-0 Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s)[2]3GPP 38.913 Study on scenarios and requirements for next generation access technologies[3]3GPP 36.881 Study on latency reduction techniques for LTE[4]RP-150465 New SI proposal: Study on Latency reduction techniques for LTE[5]RP-160667 L2 latency reduction techniques for LTE[6]RP-161299 New Work Item on shortened TTI and processing time for LTE[7]R2-153490 L2 enhancements to reduce latency[8]Thomas Fehrenbach, Rohit Datta, URLLC Services in 5G Low Latency Enhancements for LTE[9]38.913 Study on scenarios and requirements for next generation access technologies[10]TR38.912 Study on New Radio (NR) access technology[11]Joachim Sachs: 5G Ultra-Reliable and Low Latency Communication IEEE cscn2017[12]Ultra Reliable Low Latency Communication for 5G New Radio[13]Ultra Reliable and Low Latency Communications in 5G Downlink: Physical Layer Aspects[14]ErikDahlman, JohanSkold, StefanParkvall, Ericsson，NR: the next generation wireless access technology[15]3GPP TS38.824 Study on physical layer enhancements for NR ultra-reliable and low latency case (URLLC)[16]3GPP TR38.825 Study on NR industrial Internet of Things (IoT)[17]Boosting smart manufacturing with 5G wireless connectivity[18]3GPP TR 21.915 Summary of Rel-15 Work Items 原文地址：https://www.zhihu.com/question/307958274/answer/712266324
LTE上行时间延迟组成（Source:3GPP 36.881 Study on latency reduction techniques for LTE）
