5G終端節(jié)能方案研究

摘? 要：目前，運(yùn)營商及用戶為了追求5G駐留比，在做5G終端的小流量業(yè)務(wù)時(shí)也會(huì)占用NR網(wǎng)絡(luò)，造成終端耗電量倍增，導(dǎo)致終端續(xù)航能力不足，影響用戶體驗(yàn)。因此，文章通過網(wǎng)絡(luò)參數(shù)差異化設(shè)置等手段降低終端空閑態(tài)耗電量，深入探索5G終端節(jié)能方案，通過現(xiàn)場全方位測試驗(yàn)證終端節(jié)電效果，為5G終端大規(guī)模普及后提供可行的節(jié)電解決方案，同時(shí)大幅度提升5G用戶上網(wǎng)體驗(yàn)，提升客戶滿意度。

關(guān)鍵詞：5G終端節(jié)電;用戶體驗(yàn);節(jié)能方案

中圖分類號：TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：2096-4706（2020）16-0058-04

Study on Energy Saving Scheme of 5G Terminal

LI Xiangyang

（Shuozhou Branch of China Mobile Group Shanxi Co.，Ltd.，Shuozhou? 036002，China）

Abstract：At present，in order to pursue 5G resident ratio，5G terminals will occupy NR network when doing small traffic services，which will cause the terminal power consumption to double，resulting in insufficient terminal service life and affecting user experience. Therefore，through the network parameter differential setting and other means to reduce the terminal idle state power consumption，in-depth exploration of 5G terminal energy-saving scheme，through the field test to verify the power saving effect of the terminal，provide a feasible power saving solution for 5G terminal after its large-scale popularization，and greatly improve 5G usersonline experience and customer satisfaction.

Keywords：5G terminal power saving;user experience;energy saving scheme

0? 引? 言

2020年是5G商用元年，在開展5G建設(shè)的同時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注用戶感知。當(dāng)前5G的大帶寬、4×4 MIMO及NSA架構(gòu)使得5G終端的耗電量相比4G終端大幅增加。因此需要開展5G終端節(jié)能專題的研究，實(shí)現(xiàn)5G終端的體驗(yàn)、續(xù)航的均衡，保障5G用戶體驗(yàn)。

相比4G網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)功耗的增加有以下幾個(gè)客觀原因：（1）5G帶寬100 M是4G網(wǎng)絡(luò)20 M帶寬的5倍;

（2）5G網(wǎng)絡(luò)具備4×4 MIMO的特性，而4G網(wǎng)絡(luò)為2×2 MIMO;（3）5G NSA組網(wǎng)需要同時(shí)處理NR和LTE，4G網(wǎng)絡(luò)僅需處理LTE Only;（4）5G網(wǎng)絡(luò)為多模芯片，4G網(wǎng)絡(luò)為單模芯片。

5G網(wǎng)絡(luò)的上述特性決定了5G終端功耗比4G網(wǎng)絡(luò)要大得多，5G終端和4G終端耗電實(shí)測結(jié)果如圖1所示，可以看出，綜合網(wǎng)頁瀏覽、即時(shí)通信、游戲、視頻等多種業(yè)務(wù)來看，5G通信耗電是4G通信耗電平均的1倍以上。

中國移動(dòng)通信集團(tuán)山西有限公司朔州分公司（下文簡稱：朔州移動(dòng)公司）組織專項(xiàng)行動(dòng)，從實(shí)測入手，旨在解決5G終端耗電量大的問題，探索5G終端節(jié)能方案，提升5G用戶使用體驗(yàn)。

1? 六維度探索終端節(jié)能方案

對比大量實(shí)測數(shù)據(jù)，對5G終端及5G技術(shù)耗電量大原因剖析，我司選取6個(gè)維度進(jìn)行探索，并采用以下6種終端節(jié)能方案。

1.1? 優(yōu)化UE不活動(dòng)定時(shí)器參數(shù)

UE進(jìn)入連接態(tài)且上下行無數(shù)據(jù)傳輸后，基站側(cè)會(huì)啟動(dòng)UeInactiveTimer（LTE網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為10 s/NR網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為10 s），超時(shí)釋放RRC，進(jìn)入空閑態(tài)。執(zhí)行上述參數(shù)后，會(huì)使5G在線時(shí)長縮短。在CPE場景，PRC超時(shí)釋放后，信號燈會(huì)顯示非5G，建議CPE和商用終端配置不同QCI級別的不活動(dòng)定時(shí)器解決該問題。

設(shè)置UE不活動(dòng)定時(shí)器為10 s后，用兩部相同的手機(jī)分別同時(shí)做時(shí)延（平均60次）和速率測試性能測試（平均20次）時(shí)延測試結(jié)果如表1所示，速率測試結(jié)果如表2所示。

結(jié)論：從測試結(jié)果分析，應(yīng)用5G終端節(jié)電參數(shù)后，在UE不活動(dòng)定時(shí)器設(shè)置為0 s的情況下耗電更快，設(shè)置為10 s的情況下終端能省電9%。

1.2? 5G SCG添加門限優(yōu)化

當(dāng)業(yè)務(wù)滿足門限再添加NR載波，錨點(diǎn)站根據(jù)數(shù)據(jù)包靈活決定是否激活SCG，例如Cloud AR、Cloud VR、云PC、云游戲等大流量業(yè)務(wù)通過NR分流，給用戶提供體驗(yàn);小包業(yè)務(wù)則通過LTE分流，節(jié)能降耗。在此方案下，SCG添加策略是只要有5G添加機(jī)會(huì)就直接添加5G，其優(yōu)點(diǎn)是5G駐留比指標(biāo)好，缺點(diǎn)是終端耗電嚴(yán)重。優(yōu)化SCG添加門限，小業(yè)務(wù)場景用LTE，大業(yè)務(wù)場景用5G，可以降低終端功耗。

測試用例1：UE不活動(dòng)定時(shí)器設(shè)置為10 s，設(shè)置SCG業(yè)務(wù)量緩存長度門限設(shè)置為0 kB，模擬用戶正常上網(wǎng)行為（嚴(yán)格控制半小時(shí)網(wǎng)頁瀏覽、半小時(shí)新聞瀏覽）下的終端耗電情況。

測試用例2：UE不活動(dòng)定時(shí)器設(shè)置為10 s，設(shè)置SCG業(yè)務(wù)量緩存長度門限設(shè)置為50 kB，模擬用戶正常上網(wǎng)行為（嚴(yán)格控制半小時(shí)網(wǎng)頁瀏覽、半小時(shí)新聞瀏覽）下的終端耗電情況。

測試結(jié)果如表3所示。

結(jié)論：將SCG業(yè)務(wù)量緩存長度門限參數(shù)修改為50 kB時(shí)，有減少終端耗電的作用，比較設(shè)置為0 kB時(shí)，60min省電10%。從理論上來說，當(dāng)上網(wǎng)行為為看視頻和玩網(wǎng)絡(luò)游戲時(shí)，修改SCG業(yè)務(wù)量緩存長度門限參數(shù)不會(huì)有明顯的節(jié)電效果，該方案只對低頻小包業(yè)務(wù)有增益。

1.3? 優(yōu)化CDRX開啟策略

CDRX（Connected DRX）的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)終端處于周期性連續(xù)小包業(yè)務(wù)、對時(shí)延不敏感業(yè)務(wù)、稀疏小包業(yè)務(wù)時(shí)，降耗效果更佳明顯。

本次驗(yàn)證針對關(guān)閉DRX（Discontinuous Reception，即不連續(xù)接收）、打開DRX（策略1）、打開DRX（策略2）三種場景進(jìn)行驗(yàn)證（刷3個(gè)不同測試腳本）。DRX（策略1）：長周期時(shí)長為320 ms、DRX非激活定時(shí)器時(shí)長為100 ms、DRX重傳定時(shí)器時(shí)長為8 ms;（1h）;DRX（策略2）：長周期時(shí)長為160 ms、DRX非激活定時(shí)器時(shí)長為80 ms、DRX重傳定時(shí)器時(shí)長為4 ms;（1h）。兩部手機(jī)分別在同一點(diǎn)位進(jìn)行不同參數(shù)配置下的速率驗(yàn)證，速率測試均值如表4所示。

驗(yàn)證結(jié)果表明，定點(diǎn)測試上下行速率基本無變化。

使用一款上述測試的同款終端模擬100次常規(guī)應(yīng)用場景，以下用例為觀看同一個(gè)騰訊長視頻，每15 min記錄一次電量，每次測試開始前電量充滿且清除上次的視頻緩存，記錄參數(shù)修改前后的60 min電量，測試均值如表5所示。

結(jié)論：打開CDRX功能（策略1）場景，功耗增益為4%/17%（耗電量）約為24%。打開DRX功能（策略2）場景，功耗增益為2%/17%（耗電量）約為12%。

1.4? CDRX+智能預(yù)調(diào)度

同時(shí)打開DRX和智能預(yù)調(diào)度，智能預(yù)調(diào)度持續(xù)時(shí)長可控，可以保證UE在DRX激活期有下行數(shù)傳，觸發(fā)持續(xù)一段時(shí)間的預(yù)調(diào)度可降低時(shí)延，結(jié)束后即可進(jìn)入DRX休眠期，進(jìn)入省電模式。

通過驗(yàn)證應(yīng)用CDRX功能（性能配置）+智能預(yù)調(diào)度可以降低頁面瀏覽的時(shí)延，提升用戶感知，同時(shí)還能提升手機(jī)待機(jī)時(shí)長，如表6、圖2所示。

時(shí)延測試結(jié)果如表7所示。

結(jié)論：在“默認(rèn)配置節(jié)電20%，性能配置節(jié)電10%”參數(shù)設(shè)置下，觀看同一個(gè)騰訊長視頻，關(guān)閉CDRX功能耗電要優(yōu)于打開CDRX功能，且CDRX打開前后，上下行峰值速率比較穩(wěn)定。

1.5? BWP自適應(yīng)

終端在小包低速業(yè)務(wù)時(shí)，可切換到小帶寬的BWP，以達(dá)到為終端省電的目的，原理如圖3所示。

開通本功能后，由于UE進(jìn)入省電小帶寬，可能導(dǎo)致該UE的吞吐率降低和時(shí)延增加，也可能導(dǎo)致小區(qū)吞吐率下降。小區(qū)帶寬與UE采樣率相關(guān)，UE采樣率越低，UE通信能耗越小，如表8所示。

1.6? MIMO流數(shù)限制

終端使用更多的接收/發(fā)送天線時(shí)會(huì)消耗更多功率，為UE省電，建議限制MIMO的最大層數(shù)，由于其層數(shù)與支持的數(shù)據(jù)速率直接相關(guān)，因此需要根據(jù)業(yè)務(wù)量的大小來控制最大的層數(shù)。當(dāng)業(yè)務(wù)量較高且秩較高時(shí)，可以配置較大的層數(shù);當(dāng)業(yè)務(wù)量較低時(shí)且秩較低時(shí)，可以配置較小的層數(shù)（層數(shù)需等于或低于秩），以達(dá)到終端節(jié)電的目的。

2? 終端節(jié)能方案應(yīng)用成效

朔州移動(dòng)公司對主要的6種終端節(jié)能方案（UE不活動(dòng)定時(shí)器、5G SCG添加門限優(yōu)化、CDRX、CDRX+智能預(yù)調(diào)度、BWP自適應(yīng)、MIMO流數(shù)限制）進(jìn)行了專題研究，得出的結(jié)論如表9所示。

3? 結(jié)? 論

朔州移動(dòng)公司從6個(gè)維度進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，對6種方案進(jìn)行實(shí)測對比，通過大量的實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證方案，具有可信性、實(shí)操性，為后續(xù)探索新的節(jié)電方案提供測試樣例和思路。建議UE不活動(dòng)定時(shí)器設(shè)置為10 s和5G SCG添加門限優(yōu)化為50 kB在全網(wǎng)范圍內(nèi)推廣，其他終端節(jié)能策略視情況落地。

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作者簡介：李向陽（1974.07—），男，漢族，山西玉石人，工程師，碩士研究生，研究方向：網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、規(guī)劃、建設(shè)及客戶感知提升。