空口时延是指在无线通信系统中，从数据发送端到接收端之间传输数据所经历的时间延迟。具体来说，空口时延包括了从基站到用户设备(UE)之间的传输时延，以及从用户设备到基站的传输时延。
在5G技术中，空口时延是一个关键的性能指标，通常要求达到1毫秒以下。这种低时延特性对于许多应用场景至关重要，例如自动驾驶、工业互联网和车联网等，这些场景对时延的要求非常严格。5G的空口时延可以通过优化帧结构、子载波间隔、调度方式等技术手段来实现。
空口时延的构成因素包括传播时延、处理时延、跳波束调度时延和重传引入的时延等。在LTE-V2X等通信系统中，空口时延还受到信道传输时延、接入过程时延、传输协议时延和排队时延等因素的影响。
为了满足不同业务场景的需求，5G技术通过引入新的空口设计，如使用更短的子帧长度和更高的频率，以降低空口时延。此外，通过采用高可靠切片队列和协同资源分配等技术，可以进一步提高网络的可靠性和确定性时延。
空口时延是衡量无线通信系统性能的重要指标之一，其优化对于提升整体网络性能和满足高要求的应用场景具有重要意义。
一、 空口时延在5G技术中的具体优化措施?
在5G技术中，为了优化空口时延，采取了多种具体措施。这些措施包括：
- 灵活的子载波间隔（SCS） ：通过采用更大的子载波间隔来缩短OFDM符号长度，从而减少一个时隙的时间长度，从而降低空口时延。
- Mini-slot技术：通过缩短传输时间间隔(TTI)，进一步减少空口时延。这种技术可以显著降低时延，特别是在需要快速响应的应用场景中。
- 半静态调度和异步HARQ：在MAC层中使用异步HARQ(混合自动重传请求)以及上行免调度传输和预清空调度等技术，以减少资源调度请求和指派的时间间隔，从而降低时延。
- 更短周期的帧结构：引入比2.5ms双周期帧结构更短的周期帧结构，如1ms单周期帧结构，通过缩短上行时隙间隔以降低上行业务资源等待时延。
- 边缘计算和用户面加速：通过边缘计算、最优路径协同、用户面加速和端到端时延监控等技术，共同作用于URLLC超低时延解决方案架构中，以实现低时延通信。
- 灵活的帧结构设计：5G NR支持多种载波间隔，以适应不同的应用场景和需求，从而实现低时延。
- 高性能运算和嵌入式空口调度（EAI） ：通过高性能运算和嵌入式空口调度，可以更高效地分配和管理网络资源，从而减少空口时延。
- 端到端时延预补偿策略：通过提前补偿基站和终端的同步误差及内部处理误差，提高5G定时的准确性和稳定性，从而提升空口时延性能。
二、 如何量化和测量空口时延在不同无线通信系统中的表现?
量化和测量空口时延在不同无线通信系统中的表现可以通过多种方法实现，具体取决于所使用的通信标准和技术。以下是几种主要的测量方法及其应用
1. 基于时间戳的测量方法：
在5G系统中，可以利用无线帧的时间戳或相对时间戳来测量单向时延。这种方法适用于一体化基站和云化基站，能够实现数据包级别的单向时延测量，并提供基于数据包级别时延的可靠性评估。这种方法的精度可以达到微秒级别。
2. 帧定时差测量：
对于支持MIMO(多输入多输出)的车载无线短距通信系统，可以通过测量任意两个发射通道天线连接器处之间的平均帧定时差来评估一致时延性。例如，对于车载系统，任意两个发射通道的平均帧定时差应不超过65ns。
3. 信道条件变化检测：
在空天地一体化接入网架构中，网络设备可以根据信道条件的变化主动发起时延测量。例如，当误码率超过预设阈值时，网络设备会向终端发送时延测量开启信息，并根据时延测量结果选择合适的空口传输方式。
4. MUSIC算法：
MUSIC(Multiple Signal Classification)算法是一种在信号处理领域广泛应用的时延估计方法，尤其适用于多径传播环境下的信号处理。该算法通过子空间分解和特征值分解信号的协方差矩阵，实现信号子空间和噪声子空间的分离，从而精确估计信号源的时延。
5. LTE空口资源结构分析：
在LTE系统中，空口资源的时频空间维度可以用于分析时延。例如，一个无线帧长度为10 ms，每个子帧长度为1 ms，每个时隙长度为0.5 ms。通过这些时间单位，可以分析上下行传输的时延。
6. WiFi射频干扰及优化：
在WiFi系统中，可以通过空口协议速率的变化来体现空口信道质量的变化。当信号强度、距离、干扰等因素导致较大的时延和误码时，802.11协议会采用不同的编码方式来提高抗误码和时延的能力。这种方法可以通过调整编码效率来应对时延问题。
三、 空口时延对于自动驾驶、工业互联网和车联网等应用场景的具体影响是什么?
空口时延对于自动驾驶、工业互联网和车联网等应用场景具有显著影响，具体体现在以下几个方面：
1. 自动驾驶：
安全性提升：低空口时延能够显著提高自动驾驶的安全性。例如，华为在北京怀柔的测试中，5G空口通信时延小于1毫秒，这意味着在车速为90公里/小时的情况下，刹车安全距离仅为0.5米，极大地减少了极端危险状况下的误差距离，从而保障驾驶安全。
高速行驶控制：在高速公路上，5G技术使得车辆能够更精确地控制行进速度，即使在横向移动时也不会影响其他车道车辆的通行。此外，广汽集团要求10毫秒的空口时延以保证整体运算交互达到100毫秒以内的时延速度，从而在100公里全速行驶时仍保持无时延。
2. 工业互联网：
远程控制与自动化：5G技术支持毫秒级空口时延，能够满足港口、采矿、钢铁、建筑、仓储等行业的远程控制和无人控制需求。R16标准进一步引入新技术支持低于1毫秒的空口时延以及更高可靠性，有力支撑工厂生产线内网控制、机器人控制、运动控制等低时延高可靠业务。
精准操作：在智慧港口的大型机械远程操作控制中，5G技术使得驾驶员可以在后台直接操作大型机械，实现精准控制和提高运行效率。
3. 车联网：
车路协同：5G技术的低延迟特性为车路协同自动驾驶提供了坚实的基础。例如，天翼交通联合中兴通讯在苏州相城区完成的业务验证中，通过部署空口性能增强特性，叠加双模组终端双发选收，实现在城市道路场景下空口时延降低60%，达到20ms。这有助于构建高可靠、低时延的5G车路云一体化智能驾驶网络。
车联网业务承载：华为与移动联合完成的5G车联网技术验证显示，基于创新UPF下沉架构，空口端到端通信平均时延小于17ms，标志着5G商用网络承载车联网业务成为可能。
空口时延对于自动驾驶、工业互联网和车联网等应用场景具有至关重要的影响。
四、 在LTE-V2X通信系统中，哪些因素最显著地影响空口时延?
在LTE-V2X通信系统中，影响空口时延的主要因素包括数据传输时长、数据传输资源请求等待时间和数据处理导致的反馈延时。这些因素共同作用，导致了空口时延的增加。
具体来说：
数据传输时长：现有LTE系统以子帧为单位进行数据调度，子帧长度为1ms，因此最小数据传输时长为1ms。为了降低数据传输时长，可以通过缩短子帧长度或以OFDM符号为单位进行数据调度传输。
数据传输资源请求等待时间：在LTE系统中，终端需要先发送调度请求，基站才能分配资源让终端进行上行数据传输。这一过程会增加上行数据传输时延，因此减少调度请求过程可以显著压缩上行数据传输时延。
数据处理导致的反馈延时：在LTE FDD系统中，基站使用物理下行控制信道(PDCCH)调度下行数据传输，终端在接收到调度授权信息后，需要反馈ACK/NACK信息给基站，这个过程也会增加时延。
此外，网络拥塞状况和接入层参数也会影响LTE-V2X的端到端时延。为了满足实际车联网应用的需求，端到端时延应保持在100ms以内。
五、 高可靠切片队列和协同资源分配技术是如何降低空口时延的?
高可靠切片队列和协同资源分配技术通过多种方式降低空口时延，具体如下：
高可靠切片队列：这一技术重新定义了空口队列的优先级，将最高优先级的业务预留给关键应用，如工业自动化中的PLC控制设备。这种优先级设置确保了关键业务能够最先被调度，从而减少了等待和调度时延。
时域切片：空口切片技术通过周期性划分空口时域，避免了同频AP之间的冲突，提高了发包的可靠性。这种时间域的划分使得关键业务能够在特定时间段内获得所需的资源，从而降低了整体的空口时延。
协同资源分配：在多AP场景中，通过实现AP间的时间同步，确保了时域切片时无冲突。这种协同资源分配策略进一步优化了空口资源的利用，减少了因资源分配不当导致的时延。
鲁棒性调度：优化调制编码方案、增强发射功率、使用硬件重传以及限制发包时长等措施，都旨在提高数据传输的可靠性，减少重传次数和等待时间，从而降低空口时延。
干扰可视化：通过识别网络中的干扰并进行闭环控制或预警，优化网络性能，从而减少因干扰导致的传输失败和重传，进一步降低了空口时延。
确定性延迟保障：通过重新定义空中接口队列的优先级，将最高优先级的高可靠性队列保留给关键服务，确保了网络的确定性延迟。这种机制使得关键业务能够在固定的时间内完成传输，从而满足严格的时延要求。
智能预调度：通过切片+5QI、资源预留等技术提升调度优先级，减少了从调度请求到授权再到真正发送数据的过程中的调度时延。
优化传输参数：通过优化SR(调度请求)、MCS(调制编码方案)、目标BLER(块错误率)和HARQ(混合自动重传请求)重传次数等参数，降低了空口错包率，从而减少了重传带来的时延。
