聚焦ICT趨勢 大唐移動5G終端節(jié)能技術(shù)促進可持續(xù)發(fā)展

今年，國際電信聯(lián)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(xù)發(fā)展目標(SDG)的實現(xiàn)”，希望借此促使國際電聯(lián)成員思考ICT在向智能和可持續(xù)發(fā)展過渡方面取得的進展，聚焦ICT驅(qū)動的解決方案和新趨勢，以促進經(jīng)濟、環(huán)境和社會的可持續(xù)性，推進實現(xiàn)《連通目標2030議程》的五個戰(zhàn)略目標，即增長、包容、可持續(xù)、創(chuàng)新及合作。

第五代移動通信系統(tǒng)(5G)的目標不僅是提供更大的系統(tǒng)容量和更高的數(shù)據(jù)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(fā)射/接收鏈路，更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，更多的業(yè)務(wù)類型，這對終端功耗提出嚴峻挑戰(zhàn)。因此確保5G終端節(jié)能效率優(yōu)于LTE，延長電池壽命、提高用戶體驗，對5G網(wǎng)絡(luò)順利部署且得到廣泛應(yīng)用至關(guān)重要。

5G終端節(jié)能方案助力可持續(xù)發(fā)展目標

5G終端節(jié)能技術(shù)，可以通過基站發(fā)送的節(jié)能信號輔助終端大大降低監(jiān)聽控制信道的功耗，進一步結(jié)合時/頻/天線域隨業(yè)務(wù)變化自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)，使得終端能耗顯著降低。

1. PDCCH監(jiān)聽降低節(jié)能方案

實際傳輸中，絕大多數(shù)時間內(nèi)終端并沒有數(shù)據(jù)傳輸，卻需要持續(xù)監(jiān)聽PDCCH，導(dǎo)致終端功耗被極大浪費。對于配置非連續(xù)接收的終端，節(jié)能信號除了可以觸發(fā)終端在激活期外自適應(yīng)喚醒接收機，還可以指示終端在激活期內(nèi)執(zhí)行睡眠操作，從而大幅度減少PDCCH監(jiān)聽機會。統(tǒng)計結(jié)果還表明，兩個連續(xù)調(diào)度的下行數(shù)據(jù)分組間往往存在多個時隙沒有PDCCH/PDSCH傳輸，因此可以利用節(jié)能信號觸發(fā)終端跳過某些PDCCH檢測機會，或者改變PDCCH監(jiān)聽參數(shù)如監(jiān)聽周期，降低PDCCH監(jiān)聽功耗。評估結(jié)果表明，節(jié)能信號輔助的PDCCH 監(jiān)聽降低節(jié)能方案與不采用節(jié)能信號基準相比，可以獲得高達60%以上的功耗節(jié)省增益。

2. 時域自適應(yīng)節(jié)能方案

移動通信中，基站往往采用本時隙調(diào)度，即PDCCH與PDSCH復(fù)用同一個時隙。采用本時隙調(diào)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(nèi)的數(shù)據(jù)。與之對應(yīng)的是跨時隙調(diào)度方案，如果終端預(yù)先知道當前采用跨時隙調(diào)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(diào)度也不需要在當前時隙進行數(shù)據(jù)存儲，從而獲得更高的節(jié)能增益。

3. 頻域自適應(yīng)節(jié)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(tài)BWP切換，允許UE對系統(tǒng)帶寬進行自適應(yīng)，從而達到節(jié)能目的。NR考慮利用節(jié)能信號動態(tài)指示BWP的切換或輔小區(qū)的PDCCH監(jiān)聽行為;此外，利用節(jié)能信號可在激活期外觸發(fā)非周期參考信號發(fā)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(xù)的數(shù)據(jù)調(diào)度。

4. MIMO天線數(shù)自適應(yīng)節(jié)能方案

隨著接收天線數(shù)的增多，終端的功耗也會相應(yīng)增加。為了節(jié)約功耗，基站可以指示終端調(diào)整MIMO層/面板/天線的數(shù)目，將不需要使用的天線面板暫時關(guān)閉，降低接收數(shù)據(jù)天線數(shù)目，節(jié)約終端功耗。終端可以向基站報告其傾向的MIMO參數(shù)，供基站參考。3GPP節(jié)能項目對自適應(yīng)調(diào)整 MIMO天線數(shù)的功耗進行了評估。當采用物理層信令動態(tài)調(diào)整天線數(shù)時，評估結(jié)果顯示可以獲得3%—30%節(jié)能增益。

5. RRM測量節(jié)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(xiàn)節(jié)電的效果。從時域角度，在特定的條件下，可通過某段時間內(nèi)減少測量采樣點數(shù)、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(qū)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(qū)數(shù)，或減少異頻測量的頻點數(shù)的方式，在不影響小區(qū)選擇或移動性的情況下，放寬RRM測量。對處于空閑態(tài)的終端放寬RRM測量可以顯著降低終端功耗。

主導(dǎo)5G終端節(jié)能技術(shù)及標準化進程

中國信科集團旗下的大唐移動在終端節(jié)能方面有著深厚的技術(shù)積累與研究經(jīng)驗，率先在3GPP提出利用基站發(fā)送低功耗的節(jié)能信號輔助5G終端進行高效節(jié)能?；景l(fā)送節(jié)能信號將終端接收機從節(jié)能模式“喚醒”進入高功耗的網(wǎng)絡(luò)接入模式，如果終端沒有被喚醒，終端將一直保持處于節(jié)能模式。另一方面，沒有業(yè)務(wù)傳輸時，網(wǎng)絡(luò)可以幫助終端從“網(wǎng)絡(luò)接入”模式切換到節(jié)能的“ 睡眠”狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)通過僅在有業(yè)務(wù)到達時才喚醒終端，在無業(yè)務(wù)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 UEPower Saving in NR”，大唐移動成為該項目的報告人，主導(dǎo)了后續(xù)3GPPNR Rel-16 終端節(jié)能項目的研究。

3GPP首先開展了物理層在節(jié)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(dǎo)了節(jié)能方案識別與評估工作。完成了基于時域、頻域、空域的節(jié)能方案研究與識別，搭建了終端功耗模型并對節(jié)能方案進行了節(jié)能增益評估，輸出了大唐移動起草的NR終端節(jié)能技術(shù)報告TR38.840為后續(xù)的標準化打下了堅實的基礎(chǔ)。

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(jié)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(jié)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(jié)能信號在激活期外觸發(fā)非連續(xù)接收自適應(yīng)“睡眠”行為、節(jié)能信號在激活期內(nèi)輔助終端執(zhí)行跨時隙調(diào)度節(jié)能技術(shù)、終端最大多輸入多輸出層數(shù)自適應(yīng)節(jié)能技術(shù)、基站輔助終端放寬無線資源管理測量等節(jié)能技術(shù)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(jié)項報告完成了Rel-16 NR終端節(jié)能標準化。大唐移動主導(dǎo)的5G終端節(jié)能技術(shù)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(xù)航時間，賦能5G的全面商業(yè)化。

在當今世界，能源的發(fā)展、能源和環(huán)境的關(guān)系，是全世界共同關(guān)心的問題。5G終端的節(jié)能，不僅能夠降低運營成本，更能夠節(jié)約有限的寶貴資源。節(jié)約能源，就是愛護我們的家園，就是愛護我們自己。

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