5G 的网络延迟时间 1 毫秒是怎么做到的？
51 个回答
更新一下，很多人在评论中问，我补充一下题目。
5G中要求的延迟是空口延迟<1ms，端到端延迟（就是下文中的那个公式之和）<5ms.
因为目前我无法了解华为、爱立信等设备厂商的实际网络结构，所以这个回答就围绕「5G网络可能怎么把网络延迟降低到目标」这个话题来谈谈吧。
什么是延迟？
可能大家会觉得，延迟是我们能体验到的数据包传输时间，是这个。
或者是这个。
这样理解大略上是没错的，但是它只是通信系统延迟的一小部分。而实际上，我们需要把移动通信的延迟做更精确划分，来帮助优化延迟体验。
通常，移动通信中的术语「延迟」，不仅仅是用户能体验到的玩游戏/下载/上网所能感受到的数据延迟，而且会包含终端设备从空闲态 (比如关机、飞行模式等）到连接态（比如连入通信网络）所需的延迟、当终端移动时，从一个基站切换到另外一个基站所需的延迟等等。。
前者被称为用户平面延迟（User plane latency）主要用以描述数据包在网络中传输的延迟，后者被称为控制平面延迟（Control plane latency），主要用以描述控制数据在网络中传输的延迟。
5G中的低延迟主要聚焦于用户平面延迟，当然对控制平面延迟也有要求。
控制平面延迟
很多人好奇为什么手机开机需要很久才能连上网，那么我们以4G LTE-FDD系统为例来解释 控制平面延迟，
当一个用户(UE）连入基站（eNode B）时，会经过如上图所示18个步骤，才能连入LTE网络。从上述18个步骤，我们可以稍微计算一下大概延迟是多少。
0.5ms(1. 随机接入调度）+ 1ms（2. 随机接入序文）+ 3ms（3+4，基站处理延迟+序文检测和传输）+5ms（5. 用户处理延迟）+1ms （6. 远程连接建立请求）+ 4ms（7. 基站处理延迟）+1ms（8. 远程连接建立序文）+ 15ms（9.用户处理延迟）+ 1ms（10.连接建立序文）+ 4ms（11. 基站处理延迟）+ 13ms（13. MME处理延迟）+4ms（15. eNode B处理延迟）+1.5ms（16. 安全模式命令+RRC连接序文）+20ms（17.用户处理延迟）+1.5ms (18. 安全模式命令+RRC连接序文)
=80ms延迟（平均）
大家是不是觉得平常手机开机联网辣么慢是有原因的？哈哈~
PS. 谢评论区提醒，为了避免误导，需要明确一下手机开机要搜索基站，然后才会进入
用户平面延迟
控制平面延迟主要影响网络切换，而大家觉得玩游戏卡顿，延迟高，这都要归功于用户平面延迟了。那么我们可以回顾一下LTE系统的组成部分，就可以看到延迟由那几部分组成。
用户平面延迟 ：
用户设备和基站之间的无线时延 T_{无线} 、基站和核心网之间的回传延迟 T_{回传} 、核心网延迟 T_{核心} 和互联网传输延迟 T_{互联网} 。
那么我们平常在电脑上或者手机上能够看到的延迟xxx ms, 就应当是这些的总和再乘以2（数据包往返时间），公式就是下边这个了！
T_{端到端} = (T_{无线}+ T_{回传}+ T_{核心} + T_{互联网}) \times 2
基于此，如果我们想要降低移动通信系统中的延迟，就可以从上述各点来压缩时间。为了更好地理解5G可能怎么减轻时延，我们一个一个来介绍：
1. 无线延迟T_{无线}
熟悉通信结构的同学可能知道，用户终端和基站之间的数据交互涉及很多信号处理模块，比如信道编码、速率匹配、循环冗余检测、预编码、调制解调、OFDM帧生成、时频资源配置、帧同步、交织等等等等。与这些算法所占用的时间相比，电磁波在空中传输的时间其实并不算多。
当前4G通信系统中的无线时延大约在5ms左右。ITU认为，低延迟通信的无线传播时延 T_{无线} 应当低于0.5ms，才能满足一些例如智能电网发电机组相位同步的要求。
比如在发电时，每多增加1ms延时，就等价于 50Hz AC网络的18度相变，或者60Hz AC网络的21.6度相变，这可能会引起相位同步发电机的一些问题。。
无线时延解决方案1：更改帧参数
在目前的LTE系统中，一个无线帧（传输时间10ms）由10个子帧（1ms）构成，而每个子帧又可以被分为2个时频资源块（Resource Block）。这0.5ms的时频资源块大约会由6或者7个OFDM符号（时域）和12个/每个占据15KHz带宽的子载波（频域）构成，那么很容易得到OFDM符号长度应当是 \frac{1}{\Delta f} = 66.67 \mu s 。
LTE系统采用OFDM信号传输数据，为了保证OFDM信号的正交性，各个符号之间必须存在一定的间隔，如上述现行LTE配置中，因为上述配置得到的传输时间间隔（TTI）最小1ms。
传输时间间隔是无线时延的一大影响因素，TTI越大，时延越大。因为TTI主要来自OFDM帧保护间隔，所以可以理解，TTI会随帧参数改变。因此，5G中的一个重要举措就是引入了可变的帧参数和帧结构，用以适应不同场景下的时延需求。
无线时延解决方案2：非正交多址
正如之前所说，为了保证OFDM信号的正交性，系统需要花费大量时隙和信号用来做保护间隔，那么如果我们采用非正交信号，是否能减少这些时延？
答案是可以的。比如5G中呼声很高的候选滤波器组多载波（FBMC）和广义多载波（UFMC），根据[1]中的结果，这种改进的FBMC可以比OFDM提高10%左右的时间效率，在短码情况下，UFMC甚至可能会比FBMC要更好一些。
无线延迟解决方案3：新型调制和编码
前一段时间的5G投票风波大家还可能记忆犹新。5G候选方案中有三种编码方式：LDPC，Polar和Turbo码。根据华为和日本运营商NTT Docomo的对比，Polar码在长、短码的空口和帧结构测试中，都比Turbo码表现出色，尤其以短码更为明显。
附上对比表（这个表是其它公司做的，这里Polor码在长码部分表现并不突出）：
可见时延是5G中需要考虑的重要因素，5G投票中胜出的LDPC码和Polar码均在某个方面的时延表现出众。
针对传统的IFFT模块，5G中也有考虑采用新型的IFFT技术，比如把串行模块并行化，来降低IFFT所需要的内存同时提高运算速度。
2. 回传和核心网延迟T_{回传}+ T_{核心}
之前在其它答案里有谈到，现在LTE系统核心网的重要问题是服务网关和分组数据网关依然存在一定耦合，换句话说，控制信令和用户数据之间的数据通路依然是耦合状态。用户数据依然需要通过一些控制信令网元，这样的结构不利于低时延通信。
因此，核心网的关键问题是需要解耦用户平面和控制平面。根据这种思路，最好的方式是把网元尽量虚拟化，软件定义网（SDN）和网络虚拟化功能（NFV）是两个最好的候选方案。
网元虚拟化有很多好处，例如可以建设中心机房，来降低能源需求；可以完成针对业务的切片操作，针对不同业务做针对性优化；也可以更方便部署边缘计算单元，更好的降低延迟。
T_{核心}的主要处理方式是SDN和NFV，那么回传延迟T_{回传}可能怎么优化？
目前存在两种思路：
- 尽量优化现存光纤网络，比如采用负载均衡进行动态带宽分配，或者采用新型的芯片组和光模块。
- 尽量采用毫米波回传，可能很多人不知道，光纤本身的数据处理延迟是要比无线电数据（比如毫米波）的延迟大很多的，如果尽量采用毫米波方式进行数据回传，就可以降低延迟。
3. T_{互联网} 互联网延迟
实际上，现在阻碍低延迟通信的最大因素之一是回程链路容量不足，目前大量基站采取共享回传链路的方式传输数据，当用户量爆发式增长时，回传链路容量必然会成为瓶颈，从而导致数据大量重传，导致延迟提升。
针对这种情况，以及互联网中因为数据传输距离过长导致的延迟，最好的解决方案是采用各种缓存。
正如上图所示，为了降低网络延迟，5G中设计了多种多样的缓存，比如本地缓存、端到端缓存、小基站缓存、宏基站缓存等等。
无所不用其极的缓存= =。
大概这样可以把网络延迟优化了吧，但是能不能到1ms，还要看这么多技术叠加起来能起到什么作用。
完。
[1] N. Michailow, I. Gaspar, S. Krone, M. Lentmaier, and G. Fettweis, “Generalized frequency division multiplexing: Analysis of an alter- native multi-carrier technique for next generation cellular systems,” in Proc. Int. Symp. Wireless Commun. Syst. (ISWCS), Paris, France, Aug. 2012, pp. 171–175.
[2] M. Sybis, K. Wesolowski, K. Jayasinghe, V. Venkatasubramanian, and V. Vukadinovic, “Channel coding for ultra-reliable low-latency commu- nication in 5G systems,” in Proc. IEEE Veh. Technol. Conf. (VTC Fall), Montreal, QC, Canada, Sep. 2016, pp. 1–5.
[3] S.Zhang,X.Xu,Y.Wu,andL.Lu,“5G:Towardsenergy-efficient,low- latency and high-reliable communications networks,” in Proc. IEEE Int. Conf. Commun. Syst. (ICCS), Nov. 2014, pp. 197–201.
[4] M. Agiwal, A. Roy, and N. Saxena, “Next generation 5G wireless networks: A comprehensive survey,” IEEE Commun. Surveys Tuts., vol. 18, no. 3, pp. 1617–1655, 3rd Quart., 2016.
[5] Parvez I, Rahmati A, Guvenc I, et al. A survey on low latency towards 5G: RAN, core network and caching solutions[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2018, 20(4): 3098-3130.
最近迷上了历史，从4G到5G的网络时延改善史是怎么样的呢？
网络延迟时间的定义
单向延迟
单向延迟指的是信息从发送方传到接收方的所花费的时间。
双向延迟
双向延迟（Round Trip Time, RTT）,指的是信息从发送方到达接收方，加上接受方发信息给发送方所花费的总时间。双向延迟在工程中更加常见，因为我们可以只在信息发送方或者接收方的其中一方就可以测量到双向延迟（利用ping等工具）。
用户面时延
题主提到的5G网络1毫秒时间延迟最初是由ITU IMT-2020 M.2410-0 （4.7.1）关于IMT-2020系统的设计最小需求中提到的。其适用的范围是URLLC（Ultra reliable and low latency communication）超可靠且超低的时延业务，这里的时延是针对用户面时延。
用户面时延是指我们平时使用手机发送数据的时间延迟，区别于控制面时延：手机注册网络或者状态转换经过的信令流程所花费的时间（控制面时延不做讨论）。
另外一点是1毫秒指的是无线网络空中接口（手机和基站之间，不包括核心网，互联网等网络节点）的延迟时间。
明确了讨论的范围（无线网络空中接口的双向用户面时间延迟），接下来真正进入正题：网络空中接口的时间延迟是如何一步步降下来的。
4G网络延迟
4G网络（注：本文中提到的4G特指LTE网络）是从2004年开始标准化，2009年开始商用网络部署，到现在已经历经了10余年的时间，是最成功的无线网络之一，已经在全球范围内广泛部署。
最初的4G网络主要关注的业务和应用是MBB（Mobile broad band）移动带宽业务，通俗的讲就是提供更大的网络容量，更快的上网速度。从最初的3GPP release8 到 release13一直是沿着这条路走，标准定义的峰值速率从300Mbps到25Gbps（载波聚合，MIMO，高阶调制方式）。当我们在速率更快这条路走得越来越远，才发现无线网络的时延水平也需要改善，时延还会从侧面影响下载的速率，谨慎的评估了LTE的无线网络的现状，空中接口的时间延迟是未来标准化组织重点关注的研究对象。
而在当时，LTE网络的延迟状况是接近于~20ms的双向时延。（理论延迟时间，实际根据无线环境情况一般会更长）
上图描述了LTE空中接口的上行（从终端到基站）和下行（从基站到终端）时延。
上行时间延迟
上行时间延迟（从手机到基站）：当手机有一个数据包需要发送到网络侧，需要向网络侧发起无线资源请求的申请（Scheduling request, SR），告诉基站我有数据要发啦，基站接收到请求后，需要3毫秒时间解码用户发送的调度请求，然后准备给用户调度的资源，准备好了之后，给用户发送信息(Grant)，告诉用户在某个时间某个频率上去发送他想要发送的数据，用户收到了调度信息之后，需要3毫秒时间解码调度的信息，并将数据发送给基站，基站收到用户发送的信息之后需要3毫秒的时间解码数据信息，完成数据的传送工作，整个时间计算下来是12.5ms。
下行时间延迟
下行时间延迟（从基站到手机）：当基站有一个数据包需要发送到终端，需要3毫秒时间解码用户发送的调度请求，然后准备给用户调度的资源，准备好了之后，给用户发送信息，告诉用户在某个时间某个频率上去接受他的数据，用户收到了调度信息之后，需要3毫秒时间解码调度的信息并接收解码数据信息，完成数据的传送工作，整个时间计算下来是7.5ms。
所以总共的双向时延是12.5ms+7.5ms = 20ms
详细的时间延迟组成请参考3GPP 36.881 Study on latency reduction techniques for LTE（5.2.1）
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。
有了提升的意愿，通过什么方式提升？要解决一个问题，需要全面的了解问题本身。
网络延迟的组成
LTE网络空中接口的用户面网络延迟主要由以下及部分组成：资源调度请求和指派（Grant acquisition），传输时间间隔（Transmission time interval），终端和基站的数据包以及信令处理时间（Processing），混合重传来回时间（HARQ RTT）。
经过研究，终端和基站的数据包的处理时间根据数据包的大小时间不同，这块时延很难大幅度改善，主要的提升方向放在了前两部分：资源调度请求和指派（Grant acquisition），传输时间间隔（Transmission time interval），同时这两部分也是未来5G网络延迟改善的方向。
资源调度请求和指派
终端在需要传送上行数据的时候需要先给基站发送资源调度请求，然后基站才会分配相关的资源给终端，终端收到相应的指派信令后再在相关的资源上去发送上行的数据，整个过程下来，从手机有发送数据的意愿到真正开始向基站传数据，花了8.5ms，相对于整个上行的单向时延12.5ms来说，是相当大的一部分时间延迟。所以研究的重点转向了怎样使用户不用通过上行资源的请求流程，直接就能想发送数据就发送数据？
传输时间间隔
传输时间间隔，是网络处理数据，请求的最小时间单位，在LTE中传输时间间隔等于1毫秒，也就是一个无线子帧。如何缩小传输的时间间隔也是改善时延的研究重点。
如何改善LTE网络的时延？
对于资源调度请求和指派这个方向，在LTE release 14以前，设备厂家普遍采用预调度（Pre-scheduling）的方式来改善延迟，这种办法的主要思想在于：基站周期性的给终端用户分配好相应的无线资源，终端在有数据要发送的时候直接就能在预先分配好的无线资源上发送，无需再向网络侧请求资源，所以减少了整个资源请求流程的时间。但是这种办法有一些缺点：
不管终端用户是否使用预先调度的无线资源，始终会分配给用户。造成了宝贵无线资源的浪费。
终端用户在接收到无线资源调度后，如果没有数据发送，始终会使用已经分配的无线资源上传填充数据（padding data），这样会造成网络的干扰水平抬升，影响了网络的整体性能。而且手机的耗电量也增加了。
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~8ms
手机的能耗也下降了~10%
同时网络时延的改善也从侧面提升了终端的速率~30%-40%
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。
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。
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。
2018年，到LTE release 15时，所有的大招都用上，LTE的网络延迟理论上可以降至双向2.7毫秒（下行0.7毫秒+上行2.0毫秒）
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？
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？
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。
从手机收到资源分配（Grant）指令到数据的传输时间要求如下，中间部分是5G不同子载波间隔（Subcarrier Spacing）配置下的不同要求：
信道编码
4G LTE采用Turbo和Simple code来编解码数据达到无线传输的可靠性。在5G中使用的是LDPC和Polar码来提升数据和控制信道的编解码效率，经过编码界研究的不懈努力，编解码的性能和计算复杂度的提升对于降低时延也有所帮助。
更短的传输时间间隔（可变的Numerology）
从更短的时间间隔这点说5G是天生丽质一点都不为过，LTE规定的一个子载波(传送信息的最小频域单位)是15KHz，时间域是1ms （正常情况下）。5G所需要支持的频率范围非常广，中低频从450MHz~6000MHz（FR1），高频从24.25GHz~52.6GHz（FR2）。高频意味着更高的相位噪声，所以需要设计更加宽的子载波间隔来抵御相位噪声的干扰。更宽的子载波间隔，意味着时域上更短的时隙，更短的传输时间间隔，我们在4G LTE时代千方百计想要降低的传输时间间隔在5G时代只需要使用更高的频段，更宽的子载波间隔就轻而易举的降低了。而且根据不同的频段可以选择从15KHz, 30KHz 到120KHz的子载波间隔，可以简单的理解为，5G 子载波间隔相比于LTE 15KHz增加了多少倍，那么在时域上的传输时间间隔就减少相应的倍数。
微时隙调度（Mini-slot）
微时隙调度继承了LTE中减小传输时间间隔(subslot)的设计理念，将最小的传输时间间隔由子帧拓展到了符号上。第一优先级最小的调度间隔根据情况可以选择2个符号，4个符号，7个符号。下图是一个下行数据传输的示例，数据包到达了基站，基站经过4个符号的处理以及等待合适的sPDCCH时间，随后通过两个符号的微时隙调度将数据传输给用户。
MAC（媒体接入控制）层
MAC的作用是多路逻辑信道的复用，HARQ（混合重传），以及调度相关的功能。关于时延的改善的技术在MAC层有：
异步HARQ（异步混合重传）
当无线环境出现问题等原因造成传输的数据出错，在MAC层会由HARQ功能来发起重新传输流程，在LTE中，HARQ的时间间隔（从收到数据到发送反馈给发送方是否正确接收信息指令）是固定的（FDD，TDD根据子帧结构变化）。
而在5G中，HARQ的时间间隔是动态指派的，更加的灵活，也符合低时延的设计要求。
5G与4G HARQ流程时间对比：
上行免调度传输 （Grant free transmission）
和4G LTE一样，5G可以周期性的给用户分配上行资源（半静态调度）来减少上行的传输时延，而且5G更加进了一步。在4G中半静态调度的资源一般是给每个用户单独分配的，所以当网络中用户较多的时候，造成的浪费是非常大的，因为预留的无线资源终端不一定会使用。
在5G中可以将预留资源分配给一组终端用户，并且设计了当多个用户同时在相同的无线资源上发生冲撞的解决机制。这样在降低时延的同时使宝贵的无线资源的利用率也得到了保证。
预清空调度（Downlink preemption Scheduling）
预清空调度的意思是为某个高优先级的用户清空原来已经分配给其他用户的资源，打个比方，我们去餐馆吃饭，没有位置了，餐馆老板认识我们是高级VIP，所以把一桌正在吃饭的人赶走了，把桌子留给了咱们。
通过这样的方式达到了对时间延迟要求高的用户可以立即传输数据，从而降低了时延。下图是一个示例：
用户A已经在一个时隙上被调度了数据，但是这时用户B被标记为对时延要求高的数据需要传输。
- 如果这时有空闲的时频域资源可用，用户B会被优先调度空闲的资源
- 但是如果此时网络负荷较大，没有空闲的资源可用，用户B就会抢占其他用户的（例如用户A）的资源。
这种方式有个弊端就是会影响原本被分配资源的A的用户的数据传输（在被用户B抢占的资源上），当然优秀的5G系统也设计了方案来解决这个问题，方式有：HARQ重传用户A受影响的传输数据，或者是直接通过控制信令（DCI2-1）通知用户A，哪些传输的数据受到了影响。
RLC（无线链路控制）层
RLC层主要负责RLC数据的切分，重复数据去除，RLC重传的工作。
在RLC层中关于低时延的技术考量主要体现在：在4G LTE中RLC层还需要负责保证数据的按顺序传递（In-sequence delivery），即前面的包没有向上层传递之前，排在后面的包需要等待。在5G中去掉了这样的功能要求来保障低时延水平。这样做的好处是，如果之前有某些包因为某些原因（例如无线环境突然变差）丢失了需要重传，在5G中后面的包不需要等到前面的包重传完毕就可以直接向上层传递。
那么通过以上关键技术的组合，是怎么一步步使5G无线网络时间延迟降低到1毫秒的呢？
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。
历史的有趣之处就在于：总是在起起伏伏，跌跌撞撞中前行，不断的循环，却又惊人的相似。对比5G中时延减少的思路，很多都和4G类似。而从4G一路看过来，才不会乱花渐欲迷人眼。20毫秒到1毫秒，这么短，却又那么长，背后是无数通信工作者夜以继日，年复一年，默默无闻的贡献自己的力量。
如果觉得有帮到你，请为背后默默书写通信史的千千万万科技工作者点个赞 ，让他们的工作被更多的人看见，谢谢! ：）
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
[16]3GPP TR38.825 Study on NR industrial Internet of Things (IoT)
[17]Boosting smart manufacturing with 5G wireless connectivity