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終端能耗是 5G 終端面臨的重要難題，提升終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)是提升移動(dòng)網(wǎng)用戶感知的重要因素。介紹了移動(dòng)網(wǎng)與 5G 終端能耗相關(guān)的各類參數(shù)原理，分析了各類參數(shù)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能和 5G 終端耗電的關(guān)系，同時(shí)結(jié)合中國(guó)聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，協(xié)同設(shè)備廠家、終端廠家從端網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化的角度，研究總結(jié)出目前網(wǎng)絡(luò)側(cè)與 5G 終端節(jié)電強(qiáng)相關(guān)的各類參數(shù)的優(yōu)化建議，以華為終端為例進(jìn)行了待機(jī)時(shí)長(zhǎng)提升效果驗(yàn)證，并將研究成果應(yīng)用到中國(guó)聯(lián)通全網(wǎng)。
01 概述
5G 終端商用在即，根據(jù)前期測(cè)試及部分 5G 友好用戶反饋，“5G 終端功耗大，待機(jī)差”問題特別突出。根據(jù) 5G 技術(shù)特性，導(dǎo)致 5G 終端相比 4G 功耗大很多的原因有如下 4 個(gè)方面。一是 5G 帶寬是 4G 的 5 倍，通信功耗增加 50%。二是 NSA 網(wǎng)絡(luò)下，終端需同時(shí)保持 LTE 和 NR 2 套通信鏈路。三是 5G 的下行默認(rèn)支持 4*4 MIMO，天線數(shù)增加，通信功耗增加 50%。四是 5G 的上行支持 2T，相比 1T， PA 功耗增加 50%~100%。可見 5G 基礎(chǔ)功耗相比 4G 有比較大的增幅，對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更敏感，亟需網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配合降低功耗，提升 5G 終端續(xù)航體驗(yàn)。
02 與 5G 終端能耗相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)
2.1 UE 不活動(dòng)定時(shí)器
在 5G 當(dāng)前 NSA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，該參數(shù)設(shè)置于 4G 錨點(diǎn)基站和 5G NR 基站設(shè)備中，其作用是用于基站對(duì) UE 是否發(fā)送和接收數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，如果 UE 一直都沒有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，并且持續(xù)時(shí)間超過該定時(shí)器時(shí)長(zhǎng)，則釋放該 UE 的信令鏈接。當(dāng)不活動(dòng)定時(shí)器為 0 時(shí)，用戶一直駐留 5G 網(wǎng)絡(luò)。
2.2 SCG 添加控制參數(shù)
在 5G 當(dāng)前 NSA 架構(gòu)即 LTE-NR 雙鏈接（DC）下，LTE eNB（4G 基站）為主站，gNB（5G 基站）為從站，SCG（Secondary Cell group）即為 5G 基站的輔小區(qū)組。5G 終端添加 SCG 的動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致終端耗電增多。
SCG 添加在 4G 錨點(diǎn)基站側(cè)的控制參數(shù)主要有 3 個(gè)：載波配置間隔定時(shí)器、時(shí)延門限、流量門限。
載波配置間隔定時(shí)器的作用是在載波建立不成功時(shí)啟動(dòng)該定時(shí)器，定時(shí)器超時(shí)后再次添加 5G 載波。該參數(shù)配置越小，配置 SCG 頻率越高；該參數(shù)配置越大，配置 SCG 頻率越低。
時(shí)延門限（業(yè)務(wù)緩存時(shí)延激活門限 ScgAdditionBufferDelayThld）表示業(yè)務(wù)量緩存時(shí)延門限。只有當(dāng) NSA DC UE 在基站上的緩存時(shí)延大于該門限時(shí)才允許添加 5G 載波。該參數(shù)配置越小，越容易滿足 SCG 添加條件，即 UE 在 4G 錨點(diǎn)小區(qū)無 5G 覆蓋的區(qū)域，會(huì)反復(fù)添加 5G 網(wǎng)絡(luò)；該參數(shù)配置越大，越不容易滿足 SCG 添加條件，即用戶進(jìn)入 5G 覆蓋區(qū)域后長(zhǎng)時(shí)間不能使用 5G 網(wǎng)絡(luò)。
流量門限（業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度激活門限 ScgAdditionBufferLenThld）的作用是當(dāng) UE 在基站緩存業(yè)務(wù)量大于該門限才允許添加 5G 載波。該參數(shù)配置越小，越容易滿足 SCG 添加條件；該參數(shù)配置越大，越不容易滿足 SCG 添加條件。當(dāng)流量門限為 0 時(shí)，用戶發(fā)起任何業(yè)務(wù)都會(huì)添加 5G 載波。
圖 1 和圖 2 分別給出了 UE 在 4G 錨點(diǎn)小區(qū)&5G 小區(qū)覆蓋區(qū)域和 UE 在 4G 錨點(diǎn)小區(qū)&非 5G 小區(qū)覆蓋區(qū)域的 SCG 添加過程。
圖 1 UE 在 4G 錨點(diǎn)小區(qū)&5G 小區(qū)覆蓋區(qū)域的 SCG 添加過程
圖 2 UE 在 4G 錨點(diǎn)小區(qū)&非 5G 小區(qū)覆蓋區(qū)域的 SCG 添加過程
在 5G 初期，為了最大化體現(xiàn) 5G 網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)性能，網(wǎng)絡(luò)上大部分基站的“不活動(dòng)定時(shí)器參數(shù)設(shè)置為 0， 5G 連接 SCG 的添加門限設(shè)置為 0” ， 這 2 個(gè)參數(shù)導(dǎo)致終端息屏狀態(tài) 5G 連接不會(huì)釋放， 很小的心跳業(yè)務(wù)也建立 5G 連接。
由于 4G 網(wǎng)絡(luò)仍然作為主力覆蓋網(wǎng)絡(luò)，初期的 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模較小， 主要用于熱點(diǎn)流量吸納。因此當(dāng)前階段，可以通過優(yōu)化 UE 不活動(dòng)定時(shí)器和 NR 載波添加門限等參數(shù)合理控制 5G 載波添加，延長(zhǎng)手機(jī)待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。即便是在有 5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，空閑態(tài)時(shí)使 UE 能夠釋放 5G 載波，節(jié)省電量。業(yè)務(wù)態(tài)時(shí)，小業(yè)務(wù)量直接承載在 LTE，給終端省電；對(duì)于大業(yè)務(wù)量，添加 5G，享受高速服務(wù)（見圖 3）。
圖 3 連接示意圖
2.3 CDRX
CDRX 特性可以使處于連接態(tài)的終端周期性地暫停偵聽 PDCCH，從而降低終端能耗，尤其是當(dāng)終端進(jìn)行周期性連續(xù)小包、對(duì)時(shí)延不敏感、稀疏小包等業(yè)務(wù)時(shí)（見圖 4）。
圖 4 C-DRX 原理（NR/LTE 相同）
CDRX 的最終生效需要移動(dòng)網(wǎng)基站與終端協(xié)同工作。對(duì)于節(jié)能不敏感的應(yīng)用場(chǎng)景，終端可以上報(bào)不支持 DRX 或基站側(cè)直接關(guān)閉 CDRX 功能。
終端是否支持 CDRX，在終端通過信令上報(bào)基站的 UE capability 字段有能力指示標(biāo)記。
CDRX 參數(shù)配置于移動(dòng)網(wǎng)基站，基站通過 RRC 信令將各項(xiàng)參數(shù)發(fā)送給終端，指示終端按照基站配置的 CDRX 模式工作，從而達(dá)到省電效果。
03 參數(shù)優(yōu)化研究
為盡快解決 5G 終端功耗大、5G 待機(jī)差的問題，本文從上面 3 類網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置入手，在現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行了測(cè)試和優(yōu)化驗(yàn)證，并以華為 5G 終端為例，對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)優(yōu)前后的終端電量消耗及待機(jī)時(shí)長(zhǎng)效果進(jìn)行了詳細(xì)驗(yàn)證。
UE 不活動(dòng)定時(shí)器參數(shù)，設(shè)置過長(zhǎng)，會(huì)增加終端在線時(shí)間；設(shè)置過短，會(huì)增加 NR 建立次數(shù)，增加信令開銷，兩者都會(huì)增加終端能耗。考慮到中國(guó)聯(lián)通 4G 網(wǎng)絡(luò)的 UE 不活動(dòng)定時(shí)器全網(wǎng)基本設(shè)置為 10 s，目前 4G 錨點(diǎn)基站的該參數(shù)與 4G 獨(dú)立基站的設(shè)置是一致的，為了保持 5G 終端在中國(guó)聯(lián)通 5G 網(wǎng)絡(luò)和 4G 網(wǎng)絡(luò)的一致性，本次對(duì) 5G NR 基站的 UE 不活動(dòng)定時(shí)器參數(shù)優(yōu)化與 4G 網(wǎng)絡(luò)保持一致，設(shè)置為 10s。
SCG 添加控制參數(shù)，設(shè)置過大，終端進(jìn)入 5G 覆蓋區(qū)域不能第一時(shí)間使用 5G 網(wǎng)絡(luò)，影響用戶 5G 網(wǎng)絡(luò)使用感知；但設(shè)置過小，在 4G 錨點(diǎn)基站下，即便沒有 5G 覆蓋，終端也會(huì)反復(fù)嘗試添加 5G 網(wǎng)絡(luò)，增加信令開銷，增加終端能耗。綜合用戶的 5G 網(wǎng)絡(luò)使用感知和 3 個(gè)參數(shù)的相互制約機(jī)制，本次優(yōu)化對(duì) SCG 添加控制參數(shù)配置如下：載波配置間隔定時(shí)器 5 s、業(yè)務(wù)緩存長(zhǎng)度激活門限 10 ms、業(yè)務(wù)緩存時(shí)延激活門限 50KB。
采用華為 5G 終端（mate20，版本:9.1.1.126），在 4G 錨點(diǎn)基站和 NR 基站的 NSA 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對(duì)以上網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置下的實(shí)測(cè)結(jié)果：節(jié)電 90%左右，具體見表 1。
表 1 節(jié)能參數(shù)優(yōu)化效果對(duì)比
CDRX 參數(shù)的設(shè)置， 包括短 DRX 環(huán)循環(huán)、長(zhǎng) DRX 環(huán)循環(huán)等模式，以確保 RRC 連接狀態(tài)下的省電。理論上分析，由于 4G 和 5G 網(wǎng)絡(luò)中的 DRX 引入了休眠期，在節(jié)約 UE 耗電量的同時(shí)對(duì)該終端正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)可能會(huì)增加時(shí)延。與時(shí)延相關(guān)的業(yè)務(wù)會(huì)受到影響，目前中國(guó)聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)對(duì)時(shí)延敏感的典型業(yè)務(wù)為王者榮耀類游戲。綜合考慮了 5G 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)感知和 5G 終端節(jié)電，本次優(yōu)化按如表 2 所示 CDRX 參數(shù)配置進(jìn)行效果驗(yàn)證。
表 2 驗(yàn)證的 NR CDRX 參數(shù)
采用華為 5G 終端（mate20，版本:9.1.1.126，定點(diǎn)模式觀看騰訊視頻（720P），屏幕亮度 50%），在 4G 錨點(diǎn)基站和 NR 基站的 NSA 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)測(cè)結(jié)果：節(jié)電 50%左右，具體見表 3。
表 3 NR CDRX 參數(shù)開啟節(jié)能驗(yàn)證效果
根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)時(shí)延對(duì)王者榮耀游戲用戶體驗(yàn)的關(guān)系：100 ms 以下，流暢；100~200 ms，般；l 200~460 ms，體驗(yàn)不好；460 ms 以上，服務(wù)器視為丟包，不處理。在 5G 網(wǎng)絡(luò)下，增加約 15 ms 的時(shí)延，不會(huì)帶來對(duì)王者榮耀用戶體驗(yàn)的影響。
04 結(jié)論
本文從 5G 終端與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的角度研究終端節(jié)能以提升待機(jī)時(shí)長(zhǎng)，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的機(jī)制研究，結(jié)合中國(guó)聯(lián)通移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，在不影響網(wǎng)絡(luò)性能、不降低用戶業(yè)務(wù)感知的前提下，通過試點(diǎn)驗(yàn)證提出符合中國(guó)聯(lián)通情況的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，并以華為終端為例進(jìn)行了效果驗(yàn)證，中國(guó)聯(lián)通 5G 網(wǎng)絡(luò)下的華為 5G 終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)整體提升約 90%，已將研究成果應(yīng)用到中國(guó)聯(lián)通全網(wǎng)，大大提升了中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)上的 5G 終端整體待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。
后續(xù)將針對(duì) 5G 終端在 4G 網(wǎng)絡(luò)上待機(jī)時(shí)長(zhǎng)劣于 4G 終端的情況，持續(xù)開展 5G 終端在 4G 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)能研究和優(yōu)化。
