5G NR网络长DTX

TR 38.913[1]（下一代接入技术场景和要求研究）包含与NR网络能效相关的要求和设计目标。TR 38.913第7.19节特别指出：网络能源效率应被视为NR设计的基本原则，在没有数据传输且网络可用性得以保持时，提供足够粒度的网络不连续传输的能力。

当没有用户平面数据传输时，最大网络DTX持续时间直接影响网络节点的休眠功耗。DTX持续时间与无活动用户服务时网络的最大DTX比率一起，是一个标准参数，对整个网络能耗有重大影响。

网络能效被选为IMT-2020的十三项技术性能要求之一。

综合能效评估相当复杂，因为网络能效在很大程度上取决于网络中的系统负荷以及高负荷和低负荷下的设备行为。然而，设备能耗在很大程度上是一个实施问题，因此超出了无线电标准的范围。然而，更深入的分析表明，能源效率主要受与标准相关的两种能力的影响：

1） 在有数据要传输时高效传输

2） 在没有数据传输的情况下不传输太多

特别是（2）非常重要，因为它为设备休眠模式的设计设定了限制，这对于低能耗运行至关重要。

本质上，（2）意味着一个网络节点应该有一个大的休眠率。此外，重要的是休眠时间要足够长。其动机是，停用和重新激活某些组件需要一些时间，因此，休眠时间越长，可以将越多的组件置于休眠状态，休眠功耗就越低。

更详细地说，需要支持休眠模式的过渡时间（停用加上重新激活），对于这些模式有显著的收益，并且能够有效地使用这些时间，而对其他性能指标的影响相当小。

对不同过渡时间的休眠模式下的节能进行了分析。总结如图1所示。可以看出，支持转换时间为10ms的休眠模式（sleep mode 3）有很大的好处。在1000毫秒的过渡时间内，休眠模式确实有了显著的提高，但由于对其他性能指标的影响，这些模式的吸引力较低。

转换时间为10ms的组件需要连续静默，表示为“sleep duration”，超过10ms才能获得任何休眠。休眠时间为20毫秒时，它可以休眠50%的时间，休眠时间为100毫秒时，它可以休眠90%的时间。这如图2所示，可以看出，为了有效利用sleep mode 3，需要几毫秒的休眠持续时间。

休眠时间过长会对其他性能指标产生负面影响。这些包括小区搜索和初始接入的时延。支持这些功能的信号的合理周期为100ms，同时实现节能，这将产生相同顺序的时延影响。

注意，NR可配置为以不同的休眠持续时间运行，其中至少一个应满足提供约100 ms DTX的目标，从而能够有效利用具有10 ms过渡时间的休眠模式（即图1中的sleep mode 3）。

当较长周期的同步信号开销与较短周期的同步信号开销相同时，较长周期的同步信号可以实现相同的漏检概率。

可以比较具有不同同步信号（SS）周期的基站的平均空闲模式功耗。为方便起见，此处重复中的表格：

上表中列出的其他基站类型的对应值适用于100 ms SS周期情况，如下所示：

① 2×2 macro:454%

② 4×4 macro:444%

③ Pico:246%

④ Femto:173%

其他SS周期的值如图4所示。

就基站功耗而言，两到四倍的因数可能是一个大问题，也可能不是一个大问题。然而，这种差异将直接转化为运营商在备用电池容量、太阳能大小、柴油使用量或能源账单等方面的同样大的差异。

如果支持SS+PBCH的波束扫描，SS周期应足够大，以支持高度的空间重复。如果选择5ms作为SS周期，并且波束扫描超过64个波束，则每个burst将被限制为5/64 ≈78µs，或者在实践中，在15khz的numerology中为1个OFDM符号。在今天的LTE中，PSS+SSS+PBCH跨越6个OFDM符号或子帧0中的0.4ms。如果希望在每个波束中以0.4 ms的传输时间进行扫描，那么仅限于扫描5/0.4=12.5个波束。为了有效寻址，波束数应为2的幂次方，然后最大波束数变为8。如果要支持64束波束扫描，则必须增加SS周期以允许这一点。

当UE在覆盖范围之外时，它需要在每个频率上搜索SS传输，直到确定那里没有任何内容为止。在将PSS/SSS周期设置为5ms的LTE中，UE通常尝试在50ms期间收集PSS/SSS能量。该时间被表示为UE“dwell time”，并且对于50ms，UE可以在10个连续的PSS/SSS传输上进行累积。这些累积中的大部分将是非相干的，如果改为在一个50毫秒周期的burst中传输所有PSS/SSS，则UE将能够相干地累积所有能量。

在UE超出覆盖范围时的功耗方面，不仅每个频率的驻留时间至关重要，而且UE需要搜索的频率总数也至关重要。在无限复杂度下，UE可以在一个驻留时间内搜索所有相关频率，但是对于实际UE，应该假设它们只能在同一时间搜索一个频率。

在LTE中，PSS/SSS搜索网格为100 KHz。然而，UE利用CRS的功率来确定在何处搜索。由于NR基于超精益设计，因此没有能够引导UE仅在最可能的位置搜索SS的CRS。但仍然可以显著地减少UE需要考虑的搜索位置的数量。例如，100 MHz频段不需要超过10个潜在SS位置。NR的总最坏情况搜索时间不应超过LTE的时间，因此，如果可以减少UE需要考虑的频率，例如两个因素，则可以在不增加小区搜索的UE能耗的情况下以相等的量扩展UE驻留时间。

当在UE驻留时间内，在一个burst中传输SS时，与几个较小的burst相比，这可能会丢失一点分集。因此，可以考虑在SS设计中使用发射分集的可能性，以便重新获得一些丢失的分集。

与SS设计相关的最后一个观察结果是，需要避免分割网络DTX间隙，因为这将减少网络节点进入深度休眠水平的可能性。在设计其他信号（如PBCH、MRS、PRS等）时，避免网络DTX碎片同样重要。由于这一点至关重要，所以建议在设计空闲模式信号时，优先避免网络DTX碎片。