5G R16終端省電新特性你了解多少

背景介紹

隨著技術(shù)的發(fā)展，我們?nèi)粘＝佑|最多的手機所支持的功能也越來越強大，從只能發(fā)短信、打電話、玩貪吃蛇的2G手機，一直到現(xiàn)在的5G手機可以支持在線看高清視頻、玩大型3D游戲。但是與之相應帶來的是手機耗電的急劇增加，當年的街機諾基亞8250可以幾天才充一次電，而現(xiàn)在大家所用的手機大部分至少都得一天一充，遇到出門時可能還需要備個充電寶。

為了延長手機的續(xù)航，業(yè)界紛紛從應用程序、操作系統(tǒng)、屏幕、芯片、更大容量的電池等方面著手，無線通信網(wǎng)絡側(cè)同樣也支持幫助終端省電的特性，這也是本文將要介紹的內(nèi)容。

今天小K為大家?guī)碜陨钲跓o線解決方案團隊的技術(shù)文章，為大家介紹5G R16終端省電新特性。

目錄

1. 終端休眠新技術(shù)介紹

1.1 WUS（Wake-Up Signal）

1.2 Dual CDRX

2. 休眠特性測試介紹

3. 5G R16其他UE省電特性簡介

3.1 Cross-slot Scheduling

3.2 Maximum MIMO Layer Adaptation

3.3 UE Adaptation to the BWP Switching

3.4 Relaxed RRM Measurement

3.5 UE Assistance Information

1. 終端休眠新技術(shù)介紹

為了降低UE的功耗，3GPP Release 16新增了多個用于幫助UE省電的特性，包括DRX Adaptation（又叫WUS，Wake-Up Signal），以及Dual CDRX。WUS和Dual CDRX都是基于DRX的增強特性，在介紹這兩個技術(shù)之前，讓我們先來看一下什么是DRX。

DRX的全稱是Discontinuous Reception（非連續(xù)接收），作為一個從3G時代一直沿用至今的技術(shù)，DRX在RRC IDLE（空閑態(tài)）和RRC CONNECTED（連接態(tài)）下的機制是不同的?？臻e態(tài)下的DRX機制即尋呼機制，就是網(wǎng)絡側(cè)通過下發(fā)paging消息喚醒UE，這里僅介紹連接態(tài)下的DRX（Connected DRX，CDRX），因此后續(xù)所提到的DRX都專指UE處于連接態(tài)時所使用的DRX。

DRX的基本機制是為處于RRC CONNECTED態(tài)的UE配置一個DRX cycle。DRX cycle由“On Duration”和“Opportunity for DRX”組成：在“On Duration（喚醒期）”時間內(nèi)，UE監(jiān)聽并接收PDCCH；在“Opportunity for DRX（休眠期）”時間內(nèi)，UE不接收PDCCH以減少功耗。

要了解DRX的工作機制，得先了解一下DRX中所涉及到的各個參數(shù)的含義：

【drx-onDurationTimer】

從DRX cycle的起始子幀算起，UE需要持續(xù)監(jiān)聽PDCCH的時長?？梢耘渲脙煞N不同的類型：一個是subMilliSeconds，另外一個是milliSecond，當滿足DRX周期條件（即進入long DRX cycle或 short DRX cycle，會在接下來的內(nèi)容中進行介紹）時，UE就會啟動drx-onDurationTimer監(jiān)聽PDCCH。

【drx-InactivityTimer】

如果在On Duration期間有新的上行或下行數(shù)據(jù)需要進行傳輸時啟動drx-InactivityTimer，用于指示UE還需要持續(xù)監(jiān)聽PDCCH的時長。

既然UE會定時喚醒，為什么還需要使用drx-InactivityTimer呢？假設(shè)在DRX的On Duration的最后一個子幀，此時網(wǎng)絡側(cè)剛好有一個較大的數(shù)據(jù)需要發(fā)給UE，這些數(shù)據(jù)無法在當前的On Duration周期內(nèi)全部傳輸完。如果沒有配置drx-InactivityTimer的話，那么UE將進入DRX休眠態(tài)，不會再去接收來自網(wǎng)絡側(cè)的任何下行PDSCH數(shù)據(jù)。

而網(wǎng)絡側(cè)也只能等到DRX周期結(jié)束，并在下一個On Duration時刻到來時，繼續(xù)向UE發(fā)送沒有傳完的數(shù)據(jù)，這顯然增加了整個數(shù)據(jù)傳輸過程的時延。為了避免這種情況的出現(xiàn)，在DRX機制中增加了drx-InactivityTimer定時器，只要有新的數(shù)據(jù)需要調(diào)度，就會啟動（或者重啟）該定時器。

drx-InactivityTimer的作用是為了降低數(shù)據(jù)的處理時延，但如果drx-InactivityTimer設(shè)置的過長，當網(wǎng)絡側(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送完之后定時器還沒有超時，則UE還不得不繼續(xù)監(jiān)聽下行子幀，無法及時的進入休眠態(tài)。為了盡量快速的讓UE進入休眠態(tài)，當網(wǎng)絡側(cè)檢測到已經(jīng)沒有上下行數(shù)據(jù)需要傳輸時，可以向該UE發(fā)送一個DRX Command MAC CE，當UE收到這個CE后，將停止drx-OnDurationTimer和drx-InactivityTimer，UE會在drx-InactivityTimer還未結(jié)束前進入休眠，從而達到更加省電的目的。

【drx-LongCycleStartOffset】

用于指示UE進入long DRX cycle持續(xù)的時長，這個參數(shù)包含了drx-LongCycle和drx-StartOffset兩層含義。其中drx-LongCycle表示一個long DRX cycle持續(xù)的時間，而drx-StartOffset用于指示DRX周期是從什么時候開始的。

***需要注意的是，如果網(wǎng)絡側(cè)同時也配置了drx-ShortCycle，那么drx-LongCycle必須配置成drx-ShortCycle的整數(shù)倍。比如drx-ShortCycle配置的是8ms，那么drx-LongCycle就不能配置20ms，因為20不能整除8。

【drx-HARQ-RTT-TimerDL】

在DRX機制中，為了給UE發(fā)的HARQ feedback到達網(wǎng)絡側(cè)留一段信號傳播的時間，在每個DL HARQ process定義了一個“HARQ RTT（Round Trip Time） timer”的定時器。該參數(shù)的含義是，當UE接收到一個下行數(shù)據(jù)傳輸包且CRC校驗失敗，需要給網(wǎng)絡側(cè)反饋NACK信息后，假定至少在 “drx-HARQ-RTT-TimerDL”個symbol才會有重傳。因此當drx-HARQ-RTT-TimerDL正在運行時，UE沒必要監(jiān)聽PDCCH。而drx-HARQ-RTT-TimerDL一旦超時就意味著UE可以開啟drx-RetransmissionTimerDL接收網(wǎng)絡側(cè)的重傳數(shù)據(jù)了。

【drx-HARQ-RTT-TimerUL】

與drx-HARQ-RTT-TimerDL類似，但此參數(shù)用于配置UE上行HARQ RTT期間的休眠。

【drx-RretransmissionTimerDL】

因為UE并不確定網(wǎng)絡側(cè)什么時候會下發(fā)HARQ重傳數(shù)據(jù)，但UE也不可能無限制的等待下去，畢竟UE還需要進入休眠態(tài)以進行省電，因此3GPP定義了drx-RretransmissionTimerDL用于指示UE為了接收期望的下行HARQ重傳數(shù)據(jù)，所需要連續(xù)監(jiān)測的最長時間。

當drx-HARQ-RTT-TimerDL超時，且對應HARQ process接收到的數(shù)據(jù)沒有被成功解碼時，UE會為該HARQ process 啟動一個 drx-RretransmissionTimerDL，在該timer運行時，UE會監(jiān)聽用于HARQ重傳的PDCCH。

【drx-RretransmissionTimerUL】

與drx-RretransmissionTimerDL類似，但此參數(shù)用于指示UE可以持續(xù)等待上行HARQ 重傳的最長時間。

【drx-ShortCycle】

該參數(shù)用于指示UE進入short DRX cycle持續(xù)的時長，相對于long DRX cycle是必須配置，short DRX cycle則是可選配置（optional）。

【drx-ShortCycleTimer】

該參數(shù)用于指示UE 在short DRX cycle中持續(xù)多久沒有收到PDCCH就進入long DRX cycle。如果取值為2，則表示持續(xù)（2×drx-ShortCycle）沒有成功解碼到PDCCH就進入long DRX cycle。

【drx-SlotOffset】

前面介紹的進入long DRX cycle/short DRX cycle的條件決定了DRX從哪些子幀開始喚醒，3GPP還定義了一個drx-SlotOffset參數(shù)，也就是從UE可以從子幀的起始點往后推drx-SlotOffset開始喚醒。

最后，我嘗試用一個例子把以上這些DRX相關(guān)的參數(shù)串起來，幫助大家有一個更加具體的印象。在這個例子中，同時配置了long DRX cycle和short DRX cycle，并且drx-SlotOffset=0。

① 時刻1：滿足了進入short DRX cycle條件，UE喚醒進入On Duration持續(xù)監(jiān)聽PDCCH，之后在drx-ShortCycleTimer內(nèi)多次進入short DRX cycle；

② 時刻2：UE檢測并成功解碼到一個用于調(diào)度新傳下行數(shù)據(jù)包的PDCCH，因此啟動了drx-inactivityTimer，該下行數(shù)據(jù)包在第一個short DRX cycle即可傳輸完畢；

③ 時刻3：drx-ShortCycleTimer超時后，從條件的子幀開始，UE進入long DRX cycle；

④ 時刻4：在long DRX cycle的On Duration期間，UE再一次檢測并解碼了一個用于調(diào)度下行數(shù)據(jù)的PDCCH，然后開始接收PDSCH。在這一過程中由于存在誤碼觸發(fā)了HARQ process，因此在整個drx-inactivityTimer期間啟動了drx-HARQ-RTT-TimerDL和drx-RretransmissionTimerDL；

⑤ 時刻5：由于在long DRX cycle期間有數(shù)據(jù)在傳輸，UE再次切換至short DRX cycle。

從上面的例子可以看到：

? 如果配置了long DRX cycle和short DRX cycle，UE會先從short DRX cycle開始，之后滿足條件才切換至long DRX cycle；

? long DRX cycle和short DRX cycle共用相同的drx-onDurationTimer。

1.1 WUS（Wake-Up Signal）

以上介紹的DRX的機制可以讓UE周期性的喚醒和休眠，必要時還可以靈活延長UE監(jiān)聽PDCCH的時間，降低業(yè)務時延，但是該技術(shù)仍有進一步優(yōu)化的空間。因為在實際的應用場景中，UE不會一直持續(xù)的發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)，也就是在大部分的DRX On（喚醒階段）是不會接收到PDCCH的，換句話說，就是沒有針對該UE的上下行數(shù)據(jù)調(diào)度。

例如用戶正在用手機閱讀已經(jīng)緩存好的網(wǎng)頁時，是無需和網(wǎng)絡交互的，如果UE仍然周期性的喚醒的話，就會額外造成不必要的功耗。因此，基于原有DRX機制的基礎(chǔ)上，為了更加優(yōu)化UE的功耗，3GPP在5G Release 16提出了DRX Adaptation，又叫WUS（Wake-Up Signal），這一特性的原理如下圖所示：

當網(wǎng)絡側(cè)需要針對某個UE進行上下行調(diào)度的話，會發(fā)一個WUS信號（攜帶了DCI Format 2_6的PDCCH）給UE，讓UE仍然周期性的喚醒以接收PDCCH的調(diào)度信息，過了一段時間后，如果沒有數(shù)據(jù)要傳輸了，這個時候網(wǎng)絡側(cè)就下發(fā)WUS給UE，指示UE后續(xù)不需要進入DRX狀態(tài)，一直維持在休眠狀態(tài)并無需監(jiān)聽后續(xù)網(wǎng)絡側(cè)的PDCCH，以此來降低功耗，從而提升電池使用時間。

***需要注意的是，如果網(wǎng)絡側(cè)通過WUS指示需要關(guān)閉的DRX cycle的個數(shù)與終端的業(yè)務不匹配，那么反而會影響終端業(yè)務的傳輸。而如果WUS只關(guān)聯(lián)short DRX的話，并且short DRX的周期配置得比較短的情況下，如果接收到WUS要求UE進入休眠的指示，那么UE有可能還沒有進入休眠態(tài)，根據(jù)short DRX的周期配置，UE又需要喚醒去重新監(jiān)聽WUS，導致沒有實現(xiàn)較好的節(jié)能效果。所以，在同時配置了long DRX和short DRX的時候，WUS一般只針對long DRX進行。

關(guān)于WUS（DRX Adaptation）具體的省電效果和可能導致的響應延遲，3GPP 38.840描述如下：

The powers saving schemes with UE adaptation to the DRX operation include UE adaptation of its behavior to the DRX operation， and dynamic DRX configuration. Based on the evaluation， the schemes of power saving signal/channel triggering wake-up for CDRX show power saving gain in a range of 8% - 50% comparing to the baseline with the agreed C-DRX reference configuration. The latency increase/UPT degradation is in the range of （2% - 13%）/（0.5%- 16%）。

It is shown the power saving gain tends to be higher when the C-DRX cycle is shorter， but it is smaller when CDRX ON duration is shortened， For longer C-DRX cycle and/or high traffic load， smaller gain in the range of 5% - 10% is observed. The power saving gain shown by the power saving signal/channel triggering UE adaptation to the DRX operation has very little dependency on the assumed power consumption level of the power saving signal/channel. Additional gain 4% -10% of the power saving scheme with UE adaptation to the DRX operation with the help of the preparation period is observed on top of the power saving gain from UE wake-up by power saving signal/channel.

當5G R16 UE通過RRC層的消息UE Capability Information上報drx-Adaptation-r16能力后，網(wǎng)絡側(cè)就可以為UE配置WUS相關(guān)的參數(shù)。

關(guān)于UE的drx-Adaptation-r16能力，在3GPP 38.306（關(guān)于UE radio access capabilities）有更加具體的描述。

而其中所提到的MinTimeGap，3GPP 38.213里面做了相關(guān)的定義，其gap的單位是時隙（slot），UE需要在MinTimeGap時間內(nèi)停止盲檢DCI Format 2_6，進行DRX喚醒前所需要的預處理動作，這里的預處理包括UE上報CSI、SRS信息等。這是因為有可能UE休眠了一段時間后，信道環(huán)境變化了，網(wǎng)絡側(cè)需要這些信息進行信道估計以調(diào)度PDSCH/PUSCH。

然后協(xié)議里面定義了兩類UE，分別是value1和value2，其中value1的UE相比value2性能更強。對應這個表以N78 SCS 30k為例，value1的UE需要1個slot就能完成DRX 喚醒前的預處理過程，而value2則需要6個slot。

WUS相關(guān)的配置參數(shù)是網(wǎng)絡側(cè)通過RRC Setup或者RRC Reconfiguration攜帶的DCP-Config-r16（DCP全稱為DCI with CRC scrambled by PS_RNTI）下發(fā)給UE的，具體內(nèi)容如下：

【ps-RNTI-r16】

PS-RNTI是5G Release 16中新增的RNTI，全稱為Power Saving-RNTI，和我們比較熟悉的RA-RNTI（用于接收Preamble）、TC-RNTI & C-RNTI（用于隨機接入）、SI-RNTI（用于接收SIB消息）類似，PS-RNTI也用于對下發(fā)給UE的PDCCH進行CRC加擾，其RNTI-Value的取值范圍為0001-FFF2（UE后續(xù)會用該值解擾PS-RNTI所加擾的PDCCH），然后攜帶了DCI Format 2_6的PDCCH用于指示UE是否在下一個DRX周期喚醒，這里需要注意的是UE只會在休眠狀態(tài)監(jiān)聽PS-RNTI所加擾的PDCCH。

接下來我們來看一下關(guān)于DCI Format 2_6的內(nèi)容，這在3GPP 38.212有更加詳細的描述。

這里涉及到幾個參數(shù)：

? ps-PositionDCI-2-6-r16是由網(wǎng)絡側(cè)通過RRC Setup或者RRC Reconfiguration中的DCP-Config-r16下發(fā)給UE，從而UE可以到對應的時頻位置的去接收攜帶了DCI Format 2_6的PDCCH；

? Wake-up indication是DCI Format 2_6中的信息。該bit位中的‘0’用于指示UE在下一個DRX周期不需要喚醒，‘1’用于指示UE在下一個DRX周期需要喚醒；

? sizeDCI-2-6-r16。網(wǎng)絡側(cè)如果只給某個UE配置了唯一的DCI Format 2_6，則該DCI為UE-specific DCI；而如果網(wǎng)絡側(cè)給多個UE配置了相同的DCI Format 2_6，那么該DCI又叫Group Common DCI，這樣就會導致DCI Format 2_6的message size可能會發(fā)生變化（比如僅給一個UE分配的和給多個UE分配的DCI攜帶的信息容量就有可能不同），因此網(wǎng)絡側(cè)就需要通知支持WUS的UE所下發(fā)的DCI size。

? SCell dormancy indication，即輔小區(qū)休眠指示，長度為0~5 bit。一般情況下，即使沒有數(shù)據(jù)在SCell（輔小區(qū)）上傳輸，UE在這些激活的SCell仍然需要進行PDCCH監(jiān)聽，所以3GPP Release 15引入了SCell激活/去激活機制。有數(shù)據(jù)時激活SCell，沒數(shù)據(jù)時，去激活SCell。但是這中間會引入很大的時延，那么為了降低時延，3GPP Release 16引入了SCell休眠，這是通過在休眠BWP（dormant BWP）和激活BWP（non-dormant BWP）之間切換來實現(xiàn)的，這分為兩個場景，下面會分別介紹。

***需要注意的是，這里的dormant BWP和non-dormant BWP都是針對下行BWP而言，目前3GPP并未定義上行BWP的輔小區(qū)休眠指示。

1） 在UE休眠期指示是否進入休眠

支持WUS的UE通過RRC層的消息UE Capability Information上報對應某個CA載波聚合組合（比如SA n41A_n79A）的scellDormancyOutsideActiveTime-r16能力。

網(wǎng)絡側(cè)通過RRC Reconfiguration信令中攜帶的OutsideActiveTimeConfig-r16給UE配置對應該CA組合下SCell的休眠信息。OutsideActiveTimeConfig-r16包含了兩個IE：firstOutsideActiveTimeBWP-ID-r16（用于指示UE休眠狀態(tài)下，將要在SCell所使用的下行BWP ID）和dormancyGroupOutsideActiveTime-r16（UE所在的‘ID of an SCell group for Dormancy outside active time’）。

以SA DL CA n41A_n79A為例（n41為PCell，n79為SCell），之后UE在休眠態(tài)中如果監(jiān)聽到攜帶了SCell dormancy indication 的DCI Format 2_6，如果配置SCell的n79對應的dormancy group ID為0，UE切換至dormantBWP-Id指示的休眠BWP；反之，如果配置了SCell的n79對應的dormancy group ID為1，那么UE則切換至firstOutsideActiveTimeBWP-Id-r16所指示的激活BWP。

2） 在UE喚醒期指示是否進入休眠

SCell dormancy indication同樣也支持通過攜帶DCI Format 0_1/1_1的PDCCH來指示UE在SCell中進入休眠。這需要UE通過RRC層的消息UE Capability Information上報所支持的對應某個CA載波聚合組合的scellDormancyWithinActiveTime-r16能力。

之后網(wǎng)絡側(cè)通過RRC Reconfiguration信令中攜帶的WithinActiveTimeConfig-r16給UE配置對應該CA組合下SCell的休眠信息。WithinActiveTimeConfig-r16包含了兩個IE：firstWithinActiveTimeBWP-ID-r16（用于指示UE喚醒狀態(tài)下，在SCell所使用的下行BWP ID）和dormancyGroupWithinActiveTime-r16（UE所在的‘ID of an SCell group for Dormancy within active time’）。

以SA DL CA n41A_n79A為例（n41為PCell，n79為SCell），之后UE在休眠態(tài)中如果監(jiān)聽到攜帶了SCell dormancy indication 的DCI Format 0_1/1_1，如果配置SCell的n79對應的dormancy group ID為0，UE切換至dormantBWP-Id指示的休眠BWP；反之，如果配置了SCell的n79對應的dormancy group ID為1，那么UE則切換至firstWithinActiveTimeBWP-Id-r16所指示的激活BWP。

【ps-Offset-r16】

以0.125ms為單位，相對于long DRX的drx-onDurationTimer啟動的時間提前偏移量。換句話說UE從drx-onDurationTimer往前倒推ps-Offset-r16，然后在Common Seach Space上盲檢用PS-RNTI進行加擾的PDCCH（攜帶DCI format 2_6），一旦UE成功檢測出一個DCI format 2_6，直到DRX On前都不會在PDCCH monitoring occasions上繼續(xù)盲檢對應的PDCCH。

***為什么ps-Offset-r16的單位是0.125ms，這和5G NR的SCS子載波間隔有關(guān)。具體來說，SCS 15k對應一個slot為1ms，SCS 30k對應一個slot為0.5ms，SCS 60k對應一個slot為0.25ms，SCS 120k對應一個slot為0.125ms，而SCS 120k正好是目前所支持的最大的子載波間隔（用于mmW毫米波），因此就把當前所支持的最小slot長度0.125ms作為ps-Offset-r16的單位。

【ps-WakeUp-r16】

協(xié)議中關(guān)于ps-WakeUp-r16的定義為“Configured UE wakeup or not when DCI format 2_6 is not detected at all monitoring occasions outside Active Time……If the field is absent， the UE does not wake-up if DCI format 2_6 is not detected outside active time.”即該配置用于指示UE在沒有檢測到攜帶了DCI format 2_6的PDCCH時，是否需要喚醒進入DRX階段，假設(shè)該配置未下發(fā)，UE默認是無需喚醒，繼續(xù)休眠。

【ps-TransmitPeriodicL1-RSRP-r16】

用于指示UE在收到網(wǎng)絡側(cè)下發(fā)的無需喚醒繼續(xù)休眠的WUS信號后，是否需要周期性上報RSRP用于進行SSB的Beam tracking。假設(shè)該配置未下發(fā)，UE默認是無需上報，繼續(xù)休眠。

【ps-TransmitOtherPeriodicCSI-r16】

與ps-TransmitPeriodicL1-RSRP-r16作用類似，用于指示UE在休眠階段除了是否需要在上報RSRP之外，是否需要周期性上報用于網(wǎng)絡側(cè)進行信道估計的CSI信息。假設(shè)該配置未下發(fā)，UE默認是無需上報，繼續(xù)休眠。

1.2 Dual CDRX

目前3GPP定義了若干5G NR下的FR1+FR2的NR-DC組合，比如N78+N257。那么有的時候會在PCC和SCC分配不同的業(yè)務，使得每個小區(qū)對DRX的配置要求有所不同，并且作為FR2的小區(qū)還需要支持Beam management，如果配置和FR1小區(qū)一樣的DRX參數(shù)的話，長期維持在激活態(tài)會導致比較高的功耗，因此5G Release 16新增了參數(shù)drx-ConfigSecondaryGroup-r16，可以給FR2小區(qū)分配另外一組DRX參數(shù)。

前面在介紹DRX的時候已經(jīng)提到過，如果UE支持drx-ConfigSecondaryGroup-r16，則會將該能力通過RRC層的消息UE Capability Information上報給網(wǎng)絡側(cè)。

之后網(wǎng)絡側(cè)可以通過RRC Reconfiguration信令中攜帶的drx-ConfigSecondaryGroup-r16下發(fā)相應的DRX配置給UE。

目前協(xié)議里面定義了可以為PCell（主小區(qū)）和SCell（輔小區(qū)）分別配置不同的drx-onDurationTimer和drx-InactivityTimer，而其他參數(shù)包括drx-SlotOffset、drx-ShortCycle、drx-LongCycleStartOffset、drx-HARQ-RTT-TimerDL、drx-RretransmissionTimerDL等則是主輔小區(qū)通用的。

如下圖所示，配置給FR2 SCell的drx-onDurationTimer和drx-InactivityTimer均比FR1 PCell對應的參數(shù)要小，可以讓UE在FR2小區(qū)更快的進入休眠，從而節(jié)省功耗。

編輯：jq