本文來自與非網
終端能耗是 5G 終端面臨的重要難題，提升終端待機時長是提升移動網用戶感知的重要因素。介紹了移動網與 5G 終端能耗相關的各類參數原理，分析了各類參數與移動網絡性能和 5G 終端耗電的關系，同時結合中國聯通移動網絡現狀，協同設備廠家、終端廠家從端網協同優化的角度，研究總結出目前網絡側與 5G 終端節電強相關的各類參數的優化建議，以華為終端為例進行了待機時長提升效果驗證，并將研究成果應用到中國聯通全網。
01 概述
5G 終端商用在即，根據前期測試及部分 5G 友好用戶反饋，“5G 終端功耗大，待機差”問題特別突出。根據 5G 技術特性，導致 5G 終端相比 4G 功耗大很多的原因有如下 4 個方面。一是 5G 帶寬是 4G 的 5 倍，通信功耗增加 50%。二是 NSA 網絡下，終端需同時保持 LTE 和 NR 2 套通信鏈路。三是 5G 的下行默認支持 4*4 MIMO，天線數增加，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 基礎功耗相比 4G 有比較大的增幅，對網絡參數更敏感，亟需網絡參數配合降低功耗，提升 5G 終端續航體驗。
02 與 5G 終端能耗相關的網絡參數
2.1 UE 不活動定時器
在 5G 當前 NSA 網絡架構下，該參數設置于 4G 錨點基站和 5G NR 基站設備中，其作用是用于基站對 UE 是否發送和接收數據進行檢測，如果 UE 一直都沒有接收和發送數據，并且持續時間超過該定時器時長，則釋放該 UE 的信令鏈接。當不活動定時器為 0 時，用戶一直駐留 5G 網絡。
2.2 SCG 添加控制參數
在 5G 當前 NSA 架構即 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 基站的輔小區組。5G 終端添加 SCG 的動作會導致終端耗電增多。
SCG 添加在 4G 錨點基站側的控制參數主要有 3 個：載波配置間隔定時器、時延門限、流量門限。
載波配置間隔定時器的作用是在載波建立不成功時啟動該定時器，定時器超時后再次添加 5G 載波。該參數配置越小，配置 SCG 頻率越高；該參數配置越大，配置 SCG 頻率越低。
時延門限（業務緩存時延激活門限 ScgAdditionBufferDelayThld）表示業務量緩存時延門限。只有當 NSA DC UE 在基站上的緩存時延大于該門限時才允許添加 5G 載波。該參數配置越小，越容易滿足 SCG 添加條件，即 UE 在 4G 錨點小區無 5G 覆蓋的區域，會反復添加 5G 網絡；該參數配置越大，越不容易滿足 SCG 添加條件，即用戶進入 5G 覆蓋區域后長時間不能使用 5G 網絡。
流量門限（業務緩存長度激活門限 ScgAdditionBufferLenThld）的作用是當 UE 在基站緩存業務量大于該門限才允許添加 5G 載波。該參數配置越小，越容易滿足 SCG 添加條件；該參數配置越大，越不容易滿足 SCG 添加條件。當流量門限為 0 時，用戶發起任何業務都會添加 5G 載波。
圖 1 和圖 2 分別給出了 UE 在 4G 錨點小區&5G 小區覆蓋區域和 UE 在 4G 錨點小區&非 5G 小區覆蓋區域的 SCG 添加過程。
圖 1 UE 在 4G 錨點小區&5G 小區覆蓋區域的 SCG 添加過程
圖 2 UE 在 4G 錨點小區&非 5G 小區覆蓋區域的 SCG 添加過程
在 5G 初期，為了最大化體現 5G 網絡和業務性能，網絡上大部分基站的“不活動定時器參數設置為 0， 5G 連接 SCG 的添加門限設置為 0” ， 這 2 個參數導致終端息屏狀態 5G 連接不會釋放， 很小的心跳業務也建立 5G 連接。
由于 4G 網絡仍然作為主力覆蓋網絡，初期的 5G 網絡建設規模較小， 主要用于熱點流量吸納。因此當前階段，可以通過優化 UE 不活動定時器和 NR 載波添加門限等參數合理控制 5G 載波添加，延長手機待機時長。即便是在有 5G 網絡覆蓋的區域，空閑態時使 UE 能夠釋放 5G 載波，節省電量。業務態時，小業務量直接承載在 LTE，給終端省電；對于大業務量，添加 5G，享受高速服務（見圖 3）。
圖 3 連接示意圖
2.3 CDRX
CDRX 特性可以使處于連接態的終端周期性地暫停偵聽 PDCCH，從而降低終端能耗，尤其是當終端進行周期性連續小包、對時延不敏感、稀疏小包等業務時（見圖 4）。
圖 4 C-DRX 原理（NR/LTE 相同）
CDRX 的最終生效需要移動網基站與終端協同工作。對于節能不敏感的應用場景，終端可以上報不支持 DRX 或基站側直接關閉 CDRX 功能。
終端是否支持 CDRX，在終端通過信令上報基站的 UE capability 字段有能力指示標記。
CDRX 參數配置于移動網基站，基站通過 RRC 信令將各項參數發送給終端，指示終端按照基站配置的 CDRX 模式工作，從而達到省電效果。
03 參數優化研究
為盡快解決 5G 終端功耗大、5G 待機差的問題，本文從上面 3 類網絡參數設置入手，在現網進行了測試和優化驗證，并以華為 5G 終端為例，對網絡參數調優前后的終端電量消耗及待機時長效果進行了詳細驗證。
UE 不活動定時器參數，設置過長，會增加終端在線時間；設置過短，會增加 NR 建立次數，增加信令開銷，兩者都會增加終端能耗。考慮到中國聯通 4G 網絡的 UE 不活動定時器全網基本設置為 10 s，目前 4G 錨點基站的該參數與 4G 獨立基站的設置是一致的，為了保持 5G 終端在中國聯通 5G 網絡和 4G 網絡的一致性，本次對 5G NR 基站的 UE 不活動定時器參數優化與 4G 網絡保持一致，設置為 10s。
SCG 添加控制參數，設置過大，終端進入 5G 覆蓋區域不能第一時間使用 5G 網絡，影響用戶 5G 網絡使用感知；但設置過小，在 4G 錨點基站下，即便沒有 5G 覆蓋，終端也會反復嘗試添加 5G 網絡，增加信令開銷，增加終端能耗。綜合用戶的 5G 網絡使用感知和 3 個參數的相互制約機制，本次優化對 SCG 添加控制參數配置如下：載波配置間隔定時器 5 s、業務緩存長度激活門限 10 ms、業務緩存時延激活門限 50KB。
采用華為 5G 終端（mate20，版本:9.1.1.126），在 4G 錨點基站和 NR 基站的 NSA 網絡環境下，對以上網絡參數設置下的實測結果：節電 90%左右，具體見表 1。
表 1 節能參數優化效果對比
CDRX 參數的設置， 包括短 DRX 環循環、長 DRX 環循環等模式，以確保 RRC 連接狀態下的省電。理論上分析，由于 4G 和 5G 網絡中的 DRX 引入了休眠期，在節約 UE 耗電量的同時對該終端正在進行的業務可能會增加時延。與時延相關的業務會受到影響，目前中國聯通現網對時延敏感的典型業務為王者榮耀類游戲。綜合考慮了 5G 網絡業務感知和 5G 終端節電，本次優化按如表 2 所示 CDRX 參數配置進行效果驗證。
表 2 驗證的 NR CDRX 參數
采用華為 5G 終端（mate20，版本:9.1.1.126，定點模式觀看騰訊視頻（720P），屏幕亮度 50%），在 4G 錨點基站和 NR 基站的 NSA 網絡環境下，實測結果：節電 50%左右，具體見表 3。
表 3 NR CDRX 參數開啟節能驗證效果
根據當前網絡時延對王者榮耀游戲用戶體驗的關系：100 ms 以下，流暢；100~200 ms，般；l 200~460 ms，體驗不好；460 ms 以上，服務器視為丟包，不處理。在 5G 網絡下，增加約 15 ms 的時延，不會帶來對王者榮耀用戶體驗的影響。
04 結論
本文從 5G 終端與網絡協同的角度研究終端節能以提升待機時長，通過對網絡參數的機制研究，結合中國聯通移動網絡現狀，在不影響網絡性能、不降低用戶業務感知的前提下，通過試點驗證提出符合中國聯通情況的網絡參數設置，并以華為終端為例進行了效果驗證，中國聯通 5G 網絡下的華為 5G 終端待機時長整體提升約 90%，已將研究成果應用到中國聯通全網，大大提升了中國聯通網絡上的 5G 終端整體待機時長。
后續將針對 5G 終端在 4G 網絡上待機時長劣于 4G 終端的情況，持續開展 5G 終端在 4G 網絡上的節能研究和優化。
