哪些因素会影响无线通信中的延迟和抖动?

延迟在有线和无线系统中都很常见。它是一个服务质量 (QoS)参数——它是感兴趣的有线或无线通信链路的性能决定因素之一。不同的应用程序需要不同级别的延迟。简单来说,延迟是指数据从源(或发送方)传输到目的地(或接收方)的速度。延迟以时间为单位。链接速度通常以毫秒 (ms)、微秒 (µs)、纳秒 (ns) 等为单位指定。

Latency Is a Quality-of-Service Parameter

延迟的数字示例

让我们看一个带有数字的延迟示例。

在相距 10 公里的发射器和接收器之间进行的通信中,将传输 20 兆比特的数据文件。考虑自由空间介质的传播延迟是多少。

索伦。考虑自由空间介质的传播延迟表示如下 -

$$\tau_{p}=\frac{d}{v}=\frac{10km}{3\times\:10^{8}m/s}=\frac{10^{4}m}{3 \times\:10^{8}m/s}\approx\:33\mu\:s$$

影响延迟的因素

带宽 - 延迟问题的主要原因

可用于数据传输的链路带宽在确定系统延迟方面起着重要作用。这适用于有线和无线系统。在有线系统中,物理传输介质可以包括光纤电缆、同轴电缆和局域网电缆。在无线系统中,物理传输介质 Latency Is a Quality-of-Service 参数可以包括空气、玻璃和混凝土等。链路拥塞会增加延迟。

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

我们拥有文本、图像、视频、音频和动画形式的多媒体内容,它们消耗更多带宽并减少传输时间。然而,实时带宽是有限的,不能分配给一个单一的应用程序。实时数据传输遵循共享带宽系统。通常,数据在传输之前被压缩,并且在接收器处解压缩

数据的传输时间取决于数据的大小和为其分配的带宽。文本文件可能不需要全部分配的带宽,而一些传输系统遵循“公平共享带宽”的概念。

这种方法允许所有应用程序在每个传输周期使用相同的带宽,结合“优先级”的概念并根据数据类型和接收器的需求分配带宽。

More Bandwidth Allocation ⇒ Less Congestion ⇒ Less Transmission Time

数据编码

数据速率定义为传输比特(符号)持续时间的位数。具有高数据速率意味着每个符号传输更多数量的比特。每个符号持续时间(容量)承载的信息量很大。因此,传输时间减少了。但是,需要注意的是,无线信道延迟(传播延迟)在确定最终传输时间方面仍然发挥着作用。

通道延迟 - 原因和解释。

信道传播延迟是无线通信链路环境中的主要延迟之一。传播延迟由τ p表示。无线传播延迟是发射器和接收器之间的物理距离以及电磁 (EM) 波速度的函数。电磁波遇到几种介质,如空气、玻璃、混凝土等。

EM 波的速度取决于介质的折射率,这种关系是逆关系。与具有相对较高折射率的介质相比,具有较低折射率的介质将相对较快地通过电磁波。为了对抗反射、散射和其他无线电传播机制,发射结构(天线)被放置在高架结构顶部离地面更高的高度。

信道传播时间表示如下 -

$$\tau_{p}=\frac{L}{V_{m}}$$

其中,L 表示发射器和接收器之间的距离,而 vm 表示电磁波在传播介质中的速度。

就像每种介质如何与折射率相关联一样,每种介质也将自身与相对介电常数相关联,该介电常数是类似于折射率的实数。

关于介质中 EM 波的速度,遵循以下关系。

$$V_{m}=\frac{c}{n}=\frac{c}{\sqrt{\varepsilon_{r}}}$$

对于空气介质,ε r = 1。因此,对于空气介质,电磁波的传播速度等于光速,即 3 x 10 8 m/s。

数值示例和解决方案

问题 - 一个 4 MHz 带宽的信号从 A 发送并在 B 处接收。介质的折射率为 1.1,A 和 B 之间的距离为 10 公里。找出传输中涉及的传播延迟。

解决方案 - 我们使用关系找到信号的速度 -

$$V_{m}=\frac{c}{n}=\frac{c}{1.1}=\frac{3\times\:10^{8}}{1.1}=2.727\times\:\frac {10^{8}m}{s}$$

我们使用关系确定传播延迟 -

$$\tau_{p}=\frac{L}{V_{m}}=\frac{10km}{2.727\times\:\frac{10^{8}m}{s}}=\frac{10 ^{4}m}{2.727\times\:\frac{10^{8}m}{s}}=36.67\mu\:s$$

通道传播延迟约为 37μs

抖动 - 定义和解释

抖动被定义为延迟的变化。它需要时间单位。在传输之前,数据包在发射机上按逻辑排列。如果有 10 个数据包,传输顺序将从 1 一直到 10。预计数据包将按 1-10 的顺序到达。

Jitter is variation in latency

如果不遵循此顺序,则该顺序将被破坏。如果数据包 4 早于数据包 2 到达,则数据的逻辑流会受到影响。这种效果对于视频数据传输,例如视频通话和正在广播或电视转播的视频节目来说尤其不受欢迎。这会导致抖动。抖动是一个需要特别注意的重要设计参数,尤其是在无线通信中。