無線通訊中哪些因素會影響延遲和抖動?
延遲在有線和無線系統中都很常見。它是一個**服務質量 (QoS)** 引數——它作為感興趣的有線或無線通訊鏈路效能決定因素之一。不同的應用程式需要不同級別的延遲。簡單來說,延遲指的是資料從源(或傳送方)到目的地(或接收方)傳輸的速度。延遲以時間為單位。鏈路速度通常以毫秒 (ms)、微秒 (µs)、納秒 (ns) 等為單位指定。
Latency Is a Quality-of-Service Parameter
延遲的數值示例
讓我們用一個數值來了解延遲的示例。
在相距 10 公里的發射器和接收器之間進行通訊時,傳輸 20 兆位元的資料檔案。考慮自由空間介質,傳播延遲是多少?
**解**。考慮自由空間介質,傳播延遲表示如下:
$$\tau_{p}=\frac{d}{v}=\frac{10km}{3\times\:10^{8}m/s}=\frac{10^{4}m}{3\times\:10^{8}m/s}\approx\:33\mu\:s$$
影響延遲的因素
頻寬 - 延遲問題的主要原因
可用於資料傳輸的鏈路頻寬在確定系統延遲方面發揮著重要作用。這適用於有線和無線系統。在有線系統中,物理傳輸介質可以包括光纖電纜、同軸電纜和區域網電纜。在無線系統中,物理傳輸介質延遲是服務質量引數可以包括空氣、玻璃、混凝土等。鏈路擁塞會增加延遲。
In a link shared by N users, if the existing bandwidth is increased, the bandwidth available to each user will be more and per user latency will be less
我們有文字、影像、影片、音訊和動畫形式的多媒體內容,它們消耗更多頻寬並減少傳輸時間。但是,**即時頻寬是有限的**,不能分配給單個應用程式。即時資料傳輸遵循共享頻寬系統。通常,資料在傳輸前會被壓縮,並在**接收端解壓縮**。
資料傳輸時間取決於資料的大小和分配給它的頻寬。文字檔案可能不需要整個分配的頻寬,而某些傳輸系統遵循“頻寬公平共享”的概念。
此方法允許所有應用程式在每個傳輸週期內利用相同的頻寬,並結合“優先順序”的概念,並根據資料型別和接收方的需求分配頻寬。
More Bandwidth Allocation ⇒ Less Congestion ⇒ Less Transmission Time
資料編碼
資料速率定義為每位元(符號)持續時間**傳輸的位元數**。資料速率高意味著每個符號傳輸的位元數更多。每個符號持續時間(容量)承載的資訊量很大。因此,傳輸時間**減少**。但是,需要注意的是,無線通道延遲(傳播延遲)仍然在確定最終傳輸時間方面發揮作用。
通道延遲 - 原因和解釋。
通道傳播延遲是無線通訊鏈路中主要的延遲之一。傳播延遲用 τp 表示。無線傳播延遲是發射器和接收器之間物理距離以及電磁 (EM) 波速度的函式。電磁波會遇到多種介質,例如空氣、玻璃、混凝土等。
電磁波的速度取決於介質的折射率,這種關係是反比關係。與折射率相對較高的介質相比,折射率較低的介質會使電磁波相對更快地穿過它。為了克服反射、散射和其他無線電傳播機制,發射結構(天線)被放置在地面以上較高的高度,位於高架結構的頂部。
通道傳播時間表示如下:
$$\tau_{p}=\frac{L}{V_{m}}$$
這裡,L 表示發射器和接收器之間的距離,而 vm 表示電磁波在傳播介質中的速度。
就像每種介質都與折射率相關聯一樣,每種介質也與相對介電常數相關聯,相對介電常數是一個類似於折射率的實數。
關於介質中電磁波的速度,遵循以下關係。
$$V_{m}=\frac{c}{n}=\frac{c}{\sqrt{\varepsilon_{r}}}$$
對於空氣介質,εr = 1。因此,對於空氣介質,電磁波的傳播速度等於光速,即 3 x 108 m/s。
數值示例和解答
問題 - 從 A 傳輸 4 MHz 頻寬訊號並在 B 接收。介質的折射率為 1.1,A 和 B 之間的距離為 10 公里。求傳輸過程中涉及的傳播延遲。
解答 - 我們使用以下關係找到訊號的速度:
$$V_{m}=\frac{c}{n}=\frac{c}{1.1}=\frac{3\times\:10^{8}}{1.1}=2.727\times\:\frac{10^{8}m}{s}$$
我們使用以下關係確定傳播延遲:
$$\tau_{p}=\frac{L}{V_{m}}=\frac{10km}{2.727\times\:\frac{10^{8}m}{s}}=\frac{10^{4}m}{2.727\times\:\frac{10^{8}m}{s}}=36.67\mu\:s$$
通道傳播延遲約為 37μs
抖動 - 定義和解釋
抖動定義為延遲的變化。它以時間為單位。在傳輸之前,資料包會在發射器處進行邏輯排列。如果有十個資料包,則傳輸順序將從 1 一直到 10。預計資料包將按順序從 1-10 到達。
Jitter is variation in latency
如果不遵循此順序,則序列將被破壞。如果資料包 4 比資料包 2 先到達,則資料的邏輯流將受到影響。這種影響對於影片資料傳輸(例如視訊通話和正在廣播或播放的影片節目)尤其不希望出現。這會導致抖動。抖動是一個重要的設計引數,尤其是在無線通訊中需要加以注意。
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