4G手機(jī)電池節(jié)電模式研究

李紹亮

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

4G手機(jī)電池節(jié)電模式研究

李紹亮

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

4G網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)廣泛覆蓋，上網(wǎng)速率實(shí)現(xiàn)飆升，越來(lái)越多用戶使用4G網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)，4G終端迅速搶占手機(jī)市場(chǎng)。同時(shí)手機(jī)電池也是衡量手機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，電池性能的強(qiáng)大往往是用戶購(gòu)買手機(jī)選擇意向之一。手機(jī)在高速上網(wǎng)過(guò)程中，電池消耗相對(duì)較大，為了提升4G用戶綜合感知，促進(jìn)4G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)手機(jī)電池進(jìn)行節(jié)電勢(shì)在必行。基于此，文章從網(wǎng)絡(luò)側(cè)相關(guān)參數(shù)對(duì)4G手機(jī)節(jié)電模式進(jìn)行研究。

4G網(wǎng)絡(luò)；手機(jī)電池；網(wǎng)絡(luò)側(cè)；節(jié)電

1 概述

部署4G網(wǎng)絡(luò)后，部分用戶反映4G手機(jī)待機(jī)時(shí)間變短，耗電量增加。4G網(wǎng)絡(luò)更為耗電從而影響4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，影響用戶上網(wǎng)感知，因此需要從4G網(wǎng)絡(luò)側(cè)參數(shù)對(duì)4G手機(jī)節(jié)電功能進(jìn)行研究。

1.1 終端耗電場(chǎng)景

硬件：包括屏幕、WiFi、藍(lán)牙等的開啟與否。從網(wǎng)絡(luò)測(cè)評(píng)來(lái)看，終端耗電最多的部分是手機(jī)屏幕。

無(wú)線接入：即Modem耗電，為無(wú)線接入技術(shù)導(dǎo)致的耗電。

應(yīng)用軟件：（1）用戶安裝的IM軟件、郵件服務(wù)、導(dǎo)航系統(tǒng)等都會(huì)使用戶長(zhǎng)期在線，和網(wǎng)絡(luò)側(cè)大量交互信息。（2）智能手機(jī)存在大量后臺(tái)應(yīng)用，而由于軟件的開放性開發(fā)平臺(tái)的存在，很多軟件存在著非規(guī)律性的行為，導(dǎo)致耗電的非線性。

覆蓋較差時(shí)：用戶以較大功率進(jìn)行上行業(yè)務(wù)，頻繁的進(jìn)行異頻、異系統(tǒng)測(cè)量。

1.2 LTE相關(guān)節(jié)電參數(shù)

LTE相關(guān)節(jié)電參數(shù)如表1所示。

表1 耗電參數(shù)逐個(gè)分析說(shuō)明

1.2.1 預(yù)調(diào)度

（1）預(yù)調(diào)度關(guān)閉時(shí)。上行調(diào)度是由SR和BSR觸發(fā)的。UE先不斷向eNB傳送SR，告知eNB其有上行數(shù)據(jù)待傳，eNB在合適的TTI給UE下發(fā)UL grant，UE在相應(yīng)的上行子幀進(jìn)行上行數(shù)據(jù)傳輸，并且附帶BSR，ENB從而知道UE待傳的數(shù)據(jù)量，作為資源分配的輸入條件。

（2）預(yù)調(diào)度打開時(shí)。ENB沒(méi)有收到UE上報(bào)的SRI信息且該UE的BSR=0時(shí)，ENB仍然主動(dòng)周期地發(fā)UL Grant調(diào)度UE。

（3）智能預(yù)調(diào)度較預(yù)調(diào)度的改善。支持DRX期間的預(yù)調(diào)度，從而可以降低DRX ON時(shí)的小包業(yè)務(wù)時(shí)延。智能預(yù)調(diào)度通過(guò)觸發(fā)條件和持續(xù)時(shí)長(zhǎng)來(lái)控制預(yù)調(diào)度帶來(lái)的負(fù)面影響（上行干擾、PDCCH資源消耗），控制程度和設(shè)置的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)有關(guān)，并且還可以兼顧小包時(shí)延。

1.2.2 DRX

非連續(xù)接收（Discontinuous Reception，DRX），是指UE僅在必要的時(shí)間打開接收機(jī)進(jìn)入激活態(tài)，以接收下行數(shù)據(jù)和信令，而在其他時(shí)間關(guān)閉接收機(jī)進(jìn)入休眠態(tài)，停止接收下行數(shù)據(jù)和信令的一種節(jié)省UE電力消耗的工作模式。

在DRX工作模式下，DRX周期包含激活期和休眠期，UE的工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)為激活狀態(tài)和休眠狀態(tài)，在非DRX工作模式下，UE將一直打開接收機(jī)，保持激活狀態(tài)。

DRX的典型應(yīng)用場(chǎng)景包括以下幾類：（1）對(duì)時(shí)延不敏感、非大多數(shù)時(shí)刻都有數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)需要接收和發(fā)送，如瀏覽網(wǎng)頁(yè)、eMail，F(xiàn)TP。（2）產(chǎn)生稀少小包的業(yè)務(wù)，例如Presence業(yè)務(wù)。（3）周期性連續(xù)小包業(yè)務(wù)，如VoIP業(yè)務(wù)。（4）ANR測(cè)量。

1.2.3 Paging和非活動(dòng)性定時(shí)器

（1）Paging周期 。Paging消息所占的頻域資源是由P-RNTI加擾的PDCCH指定的。而在時(shí)域上，UE只會(huì)在其Paging周期內(nèi)的某個(gè)特定幀（稱為PF）的特定子幀（Paging Occasion，PO）去嘗試接收Paging消息。

PO（是一個(gè)子幀，在該子幀上可能會(huì)有使用P-RNTI加擾，并指示Paging消息的PDCCH。當(dāng)使用了DRX，UE在每個(gè)DRX cycle上只需要檢測(cè)1個(gè)PO，也就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)每個(gè)UE，在每個(gè)Paging周期內(nèi)只有1個(gè)子幀可用于發(fā)送Paging。

所以如果Paging周期越長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)手機(jī)終端需要檢測(cè)的paging時(shí)隙越少，耗電越少，如果paging周期越短，單位時(shí)間內(nèi)手機(jī)終端需要檢測(cè)的paging時(shí)隙越多，耗電量也就越大。

（2）不活動(dòng)定時(shí)器。非活動(dòng)性檢測(cè)指的是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)側(cè)檢測(cè)到手機(jī)終端一定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有上下行數(shù)據(jù)后主動(dòng)釋放UE到Idle態(tài)的動(dòng)作。“一定時(shí)間”指的就是不活動(dòng)定時(shí)器。在華為實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的結(jié)果可以看到LTE省電的重點(diǎn)就是減少RRC鏈接狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)，所以縮短不活動(dòng)定時(shí)器是省電優(yōu)化的重要方法。

1.2.4 TAU策略

在部分網(wǎng)絡(luò)中由于TAC規(guī)劃不合理導(dǎo)致手機(jī)終端在網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生乒乓TAU，從而大量增加耗電。所以盡量減少TAC邊界可以幫助降低UE的耗電。

1.2.5 ANR和MR

ANR和MR打開增加UE向網(wǎng)絡(luò)側(cè)上報(bào)鄰區(qū)以及位置信息的測(cè)量報(bào)告，特別是有些在MR中上報(bào)GPS位置信息有部分終端兼容性的問(wèn)題。所以在非必要情況下關(guān)閉ANR以及MR會(huì)給耗電帶來(lái)好處。

1.3 參數(shù)修改影響

1.3.1 對(duì)時(shí)延的影響

DRX開啟前后變化如圖2所示。

圖2 DRX開啟前后時(shí)延變化

（1）關(guān)閉DRX。時(shí)延：X（關(guān)閉預(yù)調(diào)度+關(guān)閉DRX時(shí)測(cè)試ping時(shí)延的基線值）。

（2）打開DR X。時(shí)延：{X，X+（DR XC ycle-OndurationTimer）}所以根據(jù)推薦配置，LongDRXCycle –OndurationTimer = 320–10=310 ms。也就是說(shuō)打開DRX后，在最差情況下數(shù)據(jù)時(shí)延會(huì)增加310 ms，平均增加155 ms（只是初次數(shù)傳）。

1.3.2 對(duì)切換的影響

測(cè)量的優(yōu)先級(jí)高于DRX的優(yōu)先級(jí)，在兩者配置發(fā)生沖突的情況下，優(yōu)先保證測(cè)量。

根據(jù)3GPP TS 36.133 V10.0.0中8.1.2.2章節(jié)中協(xié)議規(guī)定，RSRP的測(cè)量周期是DRX長(zhǎng)周期的倍數(shù)關(guān)系，打開DRX后，RSRP的測(cè)量周期將拉長(zhǎng)，引起切換稍晚1秒左右，可能會(huì)增加掉話或者重建指標(biāo)。

LTE系統(tǒng)的UE測(cè)量行為分為普通測(cè)量和基于Gap的測(cè)量，前者適用于同頻測(cè)量，后者適用于異頻測(cè)量和異系統(tǒng)測(cè)量。

普通測(cè)量：UE在激活期進(jìn)行測(cè)量上報(bào)，如果此時(shí)處于休眠期，就等待下一個(gè)DRX周期的激活期的到來(lái)。

基于Gap的測(cè)量：在基于Gap的測(cè)量中，Gap的持續(xù)時(shí)間為6 ms，以40 ms或80 ms的周期出現(xiàn)。為了盡可能減小對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀琫NodeB需盡量使測(cè)量Gap處于DRX的休眠期。

進(jìn)入切換流程時(shí)，源eNodeB在收到HO Decision成功后下發(fā)RRC Connection Reconfiguration信令，使UE退出DRX工作模式。如果此時(shí)UE正好在休眠期（因?yàn)椴换顒?dòng)定時(shí)器等定時(shí)器還可以使UE持續(xù)處于活動(dòng)狀態(tài)，這種概率比較小），就只有等到下一個(gè)激活期才能接收到該信令。

2 節(jié)電功能驗(yàn)證測(cè)試分析

節(jié)電功能驗(yàn)證測(cè)試分為2部分

（1）手機(jī)測(cè)試結(jié)果。綜上所述，4G手機(jī)在做業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)情況下節(jié)電打開，可以減少手機(jī)的耗電量。為了進(jìn)一步驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果，我們用多部手機(jī)測(cè)試結(jié)果如表2—3所示。

（2）節(jié)電功能開啟前后對(duì)簇8拉網(wǎng)指標(biāo)分析。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述節(jié)電功能測(cè)試驗(yàn)證，LTE節(jié)電參數(shù)的設(shè)置可以達(dá)到節(jié)電目的，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)沖擊較小，實(shí)現(xiàn)方便快捷，有利于提升網(wǎng)絡(luò)用戶使用感知及實(shí)現(xiàn)手機(jī)電池使用壽命兩者之間平衡。

表2 不同LTE終端在待機(jī)情況下耗電對(duì)比

表3 多部手機(jī)測(cè)試結(jié)果比較

各業(yè)務(wù)類指標(biāo)，如表4所示。

Research on battery saving mode of 4G mobile phone

Li Shaoliang
（Nanjing Howso Technology Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

4G network has achieved wide coverage, the Internet rate can soar, more and more users has taken advantage of 4G to surf online, 4G mobile phone terminal has seized the mobile phone market quickly. At the same time, the mobile phone battery is key indicators to measure the performance of the mobile phone, the powerful battery performance is often the determination factor for mobile phone users to choose the mobile phone. In the process of high-speed Internet access, the battery consumption is relatively large, in order to enhance 4G users’ comprehensive perception and promote the development of 4G network, economizing on electricity mobile phone battery from the network side is imperative. Based on this, the paper studies the power-saving mode of 4G mobile phone from the network side related parameters.

4G network; mobile phone battery; network side; power saving

表4 業(yè)務(wù)類指標(biāo)對(duì)比

李紹亮（1985— ），男，江蘇泗洪。