Column コラム
2021.12.07 Tue
第４回：無線講座「遅延時間」
５Gの特長の一つとして、「低遅延」という言葉を目にすることも多いかと思います。また、3GPPの「遅延時間」に関するターゲット仕様として、1msecという数字が示されています。では、この１msecという値は、どこの区間を計測した時間を指しているのでしょうか。また、今あるローカル5Gを含む5Gシステムの遅延時間はそのような「低遅延」を実現しているのでしょうか。今回は、この「遅延時間」について考えていきたいと思います。
INDEX
遅延時間
５Gの特長の一つとして、「低遅延」という言葉を目にすることも多かと思います。また、3GPPの「遅延時間」に関するターゲット仕様として、1msecという数字が示されています。では、この１msecという値は、どこの区間を計測した時間を指しているのでしょうか。また、今あるローカル5Gを含む5Gシステムの遅延時間はそのような「低遅延」を実現しているのでしょうか。
今回は、この「遅延時間」について考えていきたいと思います。
遅延時間の種類
一口に遅延時間と言っても様々なものが考えられます。まずは片側の通信の遅延時間なのか、往復の通信の遅延時間なのか。そして無線区間だけの遅延時間なのか、ローカル5G装置に接続した先のデバイス間の遅延時間なのか。計測する対象により遅延時間は著しく変わってきます。ユーザーからは当然、自分が使用するデバイスのしかも往復の遅延時間を以て、遅延時間と考えるのが自然です。しかし、弊社のような装置ベンダーからすると、装置として保証ができる無線区間のみの遅延、さらには片側の通信だけを数字として規定していくのが一般的です。
それでは、3GPPが謳っている遅延時間1msecというのはどのような定義によるものなのでしょうか。しかし、残念ながら実際には曖昧な記述しかなく、明文化されてはいないのです。
そもそも遅延時間はなぜ発生するのでしょうか。いくつかの要因をそれぞれ確認してみましょう。
無線区間の遅延時間
まずは無線区間の遅延時間を考えてみます。この遅延時間を構成する要素としては、伝搬遅延、処理遅延の他に、TDDフレーム構成によるタイムスロットによる遅延時間などが考えられます。
(1)伝搬遅延
無線信号は光の一種なので空中での速度は3×10^7m/secとなります。圧倒的に速いため他の遅延時間にと比較すると無視できるレベルと考えられます。
(2)処理遅延
ディジタル無線通信では、送信側、受信側共に信号処理が行われ、データの送受信を行います。送受信するデータサイズが大きいとその分処理時間がかかり、遅延時間の要因となります。通常はタイムスロット内で処理が終わるように設計されているので、5Gシステムでの処理遅延は数百μsec以下となっています。
(3)TDDフレームによる遅延
5Gでは全二重通信を実現するためにTDDを使用しています。これは送信と受信のタイミングが交互に現れ、時分割で送信と受信が実現される無線通信システムです。このため仮に1台の端末がすべての無線リソースを使用したとしても、いつでも送信していいわけではなく決まったタイムスロットのみで送信できる仕様となっています。そのため送信タイミングを待つ時間が発生しその分遅延時間が大きくなります。通常の無線フォーマットでは5msec周期で送受信が実行されるため、往復遅延時間は5msec以上となります。
インターフェース部での遅延
ローカル5Gとユーザーソフトウエア同士は、必ずしも時間同期がされているわけではありません。そのため上位からはデータを送信したいタイミングであったとしても無線送信を待つ必要があったり、最悪条件では直近の送信タイミングで送信し損い、次の送信タイミングまで待ってようやく送信できる場合があったりします。
そしてL5Gの遅延時間は？
エイビットの製品仕様ではローカル5G製品にユーザーデバイス、例えばPCを接続いただき基地局ならびに端末に接続したPC間でpingを計測したときの往復遅延時間を仕様書上で遅延時間として記載しています。実測値では7msecを中央値とし、5~10msecが往復遅延時間となります。バラつきが生じている理由は先の(4)で御説明したように上位と無線部での間が非同期のためにばらつきが生じています。通常の5G装置では往復遅延時間は短くとも20~30msecはかかっています。エイビットのローカル5G製品は他社製品に対して低遅延であることが一つの特徴となっています。
AGVでは、サーバーで集中制御する場合には、往復遅延時間は10msec以下であることが望ましいとされ、弊社システムではそれを満たした無線通信システムとなっています。他社ローカル5G機器を使用するとAGVの制御を行うためには無線部の遅延時間が大きいために制御時間を故意に遅くする必要がありますが、エイビットのローカル5G製品ではこのような処理が不要です。エイビットのローカル5G製品は、より実用的な実証実験を行うためには好ましいシステムといえます。