基于DRX的UE功率评估
协议讨论了UE基于使用天数(DoU:Days-of-Use)的功率考虑主题,并确定了几个关键用例。在评估UE DoU功耗的过程中发现,UE在PDCCH监控上花费了相当大的功率。不连续接收(DRX:Discontinous Reception)是将此功耗最小化的重要手段,而重点是在连接模式DRX上,因为基于DoU,空闲模式DRX对整个UE功耗的贡献较小。
已确定典型DoU配置文件中的三个关键用例:
视频流(抖音)
即时通讯(微信)
网页浏览
就所用时间而言,除语音通话外,它们是典型DoU前五大应用程序中的三个。此分析中未选择语音呼叫,因为它针对3G(电路交换)和4G(VoLTE)进行了相对较好的优化。语音呼叫将不会成为NR的问题,设计权衡已被充分理解。
LTE网络配置有以下CDRX参数:
CDRX周期 CDRX cycle:320毫秒
持续时间 On-duration:10毫秒
不活动计时器 Inactivity timer:200毫秒
功耗建模的调制解调器状态已有定义。以下是将用于用例功率故障的调制解调器功率状态的概述:

说明了调制解调器功率状态时间权重分布。

基于DoU-power方法的评估已应用于三个用例,主要观察结果之一是,在“Active: PDCCH-only”状态下消耗了大量功率。PDCCH优化,例如带交叉时隙调度的窄带/子带控制,可以通过从大到小分别受益于“Active:PDCCH only”状态和“CDRX”状态,显著提高用例DoU功耗。下面说明了如果PDCCH监控子帧的功耗可以降低30%,那么对微信用例的影响。
对于具有零星流量模式的应用程序(如微信),200毫秒的非活动计时器设置可能不是最佳设置。除了优化PDCCH监视功耗之外,另一个想法是利用“DRX command”,使得当eNB已经完成向UE提供数据时,eNB可以将UE发送回DRX。这一机制已经在LTE中得到支持,并且可以被转移到NR。通过应用这一机制,从“Active: PDCCH-only”状态到DoU的贡献已经显著减少。很明显,下一个优化目标是CDRX状态功耗。

对于由CDRX状态贡献的高功耗百分比的用例,它是下一个优化目标。通常,改进PDCCH在一定程度上也有利于CDRX状态功耗。除此之外,还需要新的想法来优化DRX设计,以获得更多的节约。
CDRX状态指的是UE没有接收到授权的DRX周期。对于那些CDRX周期,UE从深度睡眠中醒来,将时间和能量花费在爬升上,监视PDCCH的接通持续时间,最后爬升并返回睡眠。在替代设计中,eNB可以在接通持续时间开始之前向UE提供“唤醒”(WU:wake-up)信号或WUS。WU signal 向UE指示其是否应该期望在即将到来的接通持续时间内获得授权。如果不应期望授予,则UE可以选择性地返回睡眠并跳过接通持续时间。如果用于接收唤醒信号的能量大大低于通过接通持续时间的能量,则可以降低CDRX状态的功耗。这种低功率接收器通常被称为“wake-up receiver”。
查看基线情况和具有唤醒信号的新DRX方案的功率剖面时间线将非常有用。

如果唤醒信号表明应获得授权,则具有高性能(包括支持数据接收/发送)的调制解调器可以联机。与唤醒接收器相比,高性能调制解调器的功耗更高。在图中,唤醒接收器允许高性能调制解调器在WUS期间处于活动状态(功耗非常低)时保持睡眠状态。

可以直观地看出,节能来自两个来源的组合(i)WU和接通持续时间期间接收之间的能量消耗差异,(ii)仅接通持续时间的DRX周期的显著百分比(在本分析中表示为“CDRX”状态)。为了进一步追踪它,(i)的节省源可能是由于有效地提前终止接通持续时间(如果WUS持续时间被视为接通持续时间的一部分),或WUS期间的接收和接通持续时间之间的实际功率差异。即使使用现有的DRX方案,也可以通过将接通持续时间配置为最小值(例如,1~2个sf)并在eNB在下行控制信道中发出数据授权或“stay awake”授权时依靠非活动定时器进行活动时间延长来获得接通持续时间提前终止的增益。为了实现现有DRX方案无法实现的节能,WUS持续时间和最小接通持续时间之间需要存在实际功率差异。更具体地说,接收唤醒信号所需的能量应该从PDCCH和相关联的CRS接收和处理所需的能量大幅降低。
为此,应注意,用于PDCCH和CRS处理的功率是以下基带、架构和RF处理的功能。新唤醒信号的设计旨在减少以下因素对功耗的影响:
1) 射频功率
a、 接收天线的带宽和数量
2) 基带处理(按音调数量和Tx/Rx天线端口进行缩放)
a、 RxFFT、信道估计、PDCCH demap和盲解码。
3) 基础设施开销
a、 PDCCH解码(并准备分配)所需的内存量和内存带宽要求。这对功耗有直接影响。
b、 基础设施唤醒惩罚:与需要大量基础设施进行PDCCH/PDSCH或PUSCH数据传输的主调制解调器相比,专门处理特定信道的更简单硬件可能非常高效.
综上所述,用于PDCCH-DCI的鲁棒解码的基带处理是调制解调器功耗的基本因素。例如,PDCCH的稳健信道估计将需要所有参考信号的每发送Rx估计加上基本的帧间和外推。UE还需要精确的AGC、时间/频率跟踪以实现PDCCH解码鲁棒性。这些操作的复杂性通常要求在基带调制解调器中进行处理,对时间轴的影响不可忽略,这将导致更高的能耗。即使使用指示符信道(例如,类似于LTE中的PCFICH/PHICH)代替PDCCH,仍然需要执行CRS处理,并且这往往是时间线和能量减少的长极点。
另一方面,唤醒信令为一个或多个UE(特定于UE或一组UE)携带非常有限的信息(例如,一个或几个比特)。因此,它可以在非常低的有效码速率下与非相干接收机一起设计,并且不需要非常精确的时间、频率或信道估计。它还可以设计为在较少数量的接收天线端口上工作。
节能量与唤醒信号接收和包括CRS处理的PDCCH接收之间的能量差直接相关。基于对典型调制解调器和RF芯片组架构和实现的参考,唤醒信号接收的能量消耗可以降低一个数量级。进入和退出睡眠状态的芯片组能量开销也作为能量消耗的一部分。

微信是从DoU的前五名贡献者中挑选出来的。实现的节能不仅限于此用例,还应普遍适用于具有零星流量模式的应用。此外,如果DRX周期和非活动计时器值设置为较短,且流量中的偶发性水平相同,则唤醒信号的好处应进一步扩大,因为“ON-duration-only DRX cycles”的频率较高(即开启持续时间内未检测到授权)。