5G終端節能技術促進可持續發展

中國信科·大唐移動

今年，國際電信聯盟（ITU）將517電信日的主題確定為：“連通目標2030：利用ICT促進可持續發展目標（SDG）的實現”，希望借此促使國際電聯成員思考ICT在向智能和可持續發展過渡方面取得的進展，聚焦ICT驅動的解決方案和新趨勢，以促進經濟、環境和社會的可持續性，推進實現《連通目標2030議程》的五個戰略目標，即增長、包容、可持續、創新及合作。

第五代移動通信系統（5G）的目標不僅是提供更大的系統容量和更高的數據速率，而且是確保更好的用戶體驗和能源效率。與LTE相比5G移動通信支持更大的帶寬，更多的發射/接收鏈路，更高的數據傳輸速率，更多的業務類型，這對終端功耗提出嚴峻挑戰。因此確保5G終端節能效率優于LTE，延長電池壽命、提高用戶體驗，對5G網絡順利部署且得到廣泛應用至關重要。

5G終端節能方案助力可持續發展目標

5G終端節能技術，可以通過基站發送的節能信號輔助終端大大降低監聽控制信道的功耗，進一步結合時/頻/天線域隨業務變化自適應調整技術，使得終端能耗顯著降低。

1.PDCCH監聽降低節能方案

實際傳輸中，絕大多數時間內終端并沒有數據傳輸，卻需要持續監聽PDCCH，導致終端功耗被極大浪費。對于配置非連續接收的終端，節能信號除了可以觸發終端在激活期外自適應喚醒接收機，還可以指示終端在激活期內執行睡眠操作，從而大幅度減少PDCCH監聽機會。統計結果還表明，兩個連續調度的下行數據分組間往往存在多個時隙沒有PDCCH/PDSCH傳輸，因此可以利用節能信號觸發終端跳過某些PDCCH檢測機會，或者改變PDCCH監聽參數如監聽周期，降低PDCCH監聽功耗。評估結果表明，節能信號輔助的PDCCH 監聽降低節能方案與不采用節能信號基準相比，可以獲得高達60%以上的功耗節省增益。

2.時域自適應節能方案

移動通信中，基站往往采用本時隙調度，即PDCCH與PDSCH復用同一個時隙。采用本時隙調度的終端，即使當前時隙沒有PDCCH/PDSCH傳輸，終端必須需要快速解碼PDCCH，同時緩存整個時隙內的數據。與之對應的是跨時隙調度方案，如果終端預先知道當前采用跨時隙調度，終端可以降低處理速度，更長的處理時間會耗費更少的電量;另一方面，終端知道當前時隙屬于跨時隙調度也不需要在當前時隙進行數據存儲，從而獲得更高的節能增益。

3.頻域自適應節能方案

在射頻和基帶處理中，終端功耗與工作帶寬成比例。在Rel-15中，RRC信令為每個載波配置多個BWP（Bandwidth Part），支持快速的動態BWP切換，允許UE對系統帶寬進行自適應，從而達到節能目的。NR考慮利用節能信號動態指示BWP的切換或輔小區的PDCCH監聽行為;此外，利用節能信號可在激活期外觸發非周期參考信號發送，用于信道測量與上報，從而基站可以獲得及時、準確的信道信息用于后續的數據調度。

4.MIMO天線數自適應節能方案

隨著接收天線數的增多，終端的功耗也會相應增加。為了節約功耗，基站可以指示終端調整MIMO層/面板/天線的數目，將不需要使用的天線面板暫時關閉，降低接收數據天線數目，節約終端功耗。終端可以向基站報告其傾向的MIMO參數，供基站參考。3GPP節能項目對自適應調整 MIMO天線數的功耗進行了評估。當采用物理層信令動態調整天線數時，評估結果顯示可以獲得3%—30%節能增益。

5.RRM測量節能方案

RRM測量放寬可以從時域或頻域維度進行放寬，此外還可以考慮引入額外的參考信號，來輔助RRM測量，實現節電的效果。從時域角度，在特定的條件下，可通過某段時間內減少測量采樣點數、增大RRM測量周期等方式減少不必要的RRM測量。對于同頻或異頻的小區測量都可以進行RRM測量放寬。在頻域上，某些特定情況下，主要通過減少需要同頻測量的鄰小區數，或減少異頻測量的頻點數的方式，在不影響小區選擇或移動性的情況下，放寬RRM測量。對處于空閑態的終端放寬RRM測量可以顯著降低終端功耗。

主導5G終端節能技術及標準化進程

中國信科集團旗下的大唐移動在終端節能方面有著深厚的技術積累與研究經驗，率先在3GPP提出利用基站發送低功耗的節能信號輔助5G終端進行高效節能。基站發送節能信號將終端接收機從節能模式“喚醒”進入高功耗的網絡接入模式，如果終端沒有被喚醒， 終端將一直保持處于節能模式。另一方面，沒有業務傳輸時，網絡可以幫助終端從“網絡接入”模式切換到節能的 “睡眠”狀態。網絡通過僅在有業務到達時才喚醒終端，在無業務傳輸時通知終端進行睡眠，可以顯著降低5G終端功耗。大唐移動的提案得到眾多終端與基站廠家的廣泛支持，并于2018年6月在美國拉荷亞召開3GPP RAN Meetings #80上成功立項“New SID： Study on UE Power Saving in NR”，大唐移動成為該項目的報告人，主導了后續3GPP NR Rel-16 終端節能項目的研究。

3GPP首先開展了物理層在節能項目上的研究工作，并從2018年8月到2019年3月RAN1召開了四次會議完成研究項目階段的研究與評估工作。在研究項目階段，大唐移動主導了節能方案識別與評估工作。完成了基于時域、頻域、空域的節能方案研究與識別，搭建了終端功耗模型并對節能方案進行了節能增益評估，輸出了大唐移動起草的NR終端節能技術報告TR38.840為后續的標準化打下了堅實的基礎。

2019年3月，大唐移動在深圳召開的3GPP RAN#83會議上成功推動該項目研究項目階段的結題，并一致通過了由大唐移動提出的題為“New WID： UE Power Saving in NR”的WI立項，開始了5G終端節能標準化的進程。

在大唐移動及其它3GPP公司的共同努力下，節能信號在激活期外觸發非連續接收自適應“睡眠”行為、節能信號在激活期內輔助終端執行跨時隙調度節能技術、終端最大多輸入多輸出層數自適應節能技術、基站輔助終端放寬無線資源管理測量等節能技術被成功的納入NR Rel-16標準。并于2019年12月在西班牙錫切斯召開的3GPP RAN#86會議上通過了大唐提交的結項報告完成了Rel-16 NR終端節能標準化。大唐移動主導的5G終端節能技術使得終端在不損害用戶體驗的前提下，相比Rel-15終端大幅度降低功耗，延長終端續航時間，賦能5G的全面商業化。

在當今世界，能源的發展、能源和環境的關系，是全世界共同關心的問題。5G終端的節能，不僅能夠降低運營成本，更能夠節約有限的寶貴資源。節約能源，就是愛護我們的家園，就是愛護我們自己。