5G R16终端省电新特性详解

背景介绍

随着技术的发展，我们日常接触最多的手机所支持的功能也越来越强大，从只能发短信、打电话、玩贪吃蛇的2G手机，一直到现在的5G手机可以支持在线看高清视频、玩大型3D游戏。但是与之相应带来的是手机耗电的急剧增加，当年的街机诺基亚8250可以几天才充一次电，而现在大家所用的手机大部分至少都得一天一充，遇到出门时可能还需要备个充电宝。

为了延长手机的续航，业界纷纷从应用程序、操作系统、屏幕、芯片、更大容量的电池等方面着手，无线通信网络侧同样也支持帮助终端省电的特性，这也是本文将要介绍的内容。

今天小K为大家带来自深圳无线解决方案团队的技术文章，为大家介绍5G R16终端省电新特性。

目录

1.终端休眠新技术介绍

1.1WUS（Wake-Up Signal）

1.2Dual CDRX

2.休眠特性测试介绍

3.5G R16其他UE省电特性简介

3.1Cross-slot Scheduling

3.2Maximum MIMO Layer Adaptation

3.3UE Adaptation to the BWP Switching

3.4Relaxed RRM Measurement

3.5UE Assistance Information

1. 终端休眠新技术介绍

为了降低UE的功耗，3GPP Release 16新增了多个用于帮助UE省电的特性，包括DRX Adaptation（又叫WUS，Wake-Up Signal），以及Dual CDRX。WUS和Dual CDRX都是基于DRX的增强特性，在介绍这两个技术之前，让我们先来看一下什么是DRX。

DRX的全称是Discontinuous Reception（非连续接收），作为一个从3G时代一直沿用至今的技术，DRX在RRC IDLE（空闲态）和RRC CONNECTED（连接态）下的机制是不同的。空闲态下的DRX机制即寻呼机制，就是网络侧通过下发paging消息唤醒UE，这里仅介绍连接态下的DRX（Connected DRX，CDRX），因此后续所提到的DRX都专指UE处于连接态时所使用的DRX。

DRX的基本机制是为处于RRC CONNECTED态的UE配置一个DRX cycle。DRX cycle由“On Duration”和“Opportunity for DRX”组成：在“On Duration（唤醒期）”时间内，UE监听并接收PDCCH；在“Opportunity for DRX（休眠期）”时间内，UE不接收PDCCH以减少功耗。

要了解DRX的工作机制，得先了解一下DRX中所涉及到的各个参数的含义：

【drx-onDurationTimer】

从DRX cycle的起始子帧算起，UE需要持续监听PDCCH的时长。可以配置两种不同的类型：一个是subMilliSeconds，另外一个是milliSecond，当满足DRX周期条件（即进入long DRX cycle或 short DRX cycle，会在接下来的内容中进行介绍）时，UE就会启动drx-onDurationTimer监听PDCCH。

【drx-InactivityTimer】

如果在On Duration期间有新的上行或下行数据需要进行传输时启动drx-InactivityTimer，用于指示UE还需要持续监听PDCCH的时长。

既然UE会定时唤醒，为什么还需要使用drx-InactivityTimer呢？假设在DRX的On Duration的最后一个子帧，此时网络侧刚好有一个较大的数据需要发给UE，这些数据无法在当前的On Duration周期内全部传输完。如果没有配置drx-InactivityTimer的话，那么UE将进入DRX休眠态，不会再去接收来自网络侧的任何下行PDSCH数据。而网络侧也只能等到DRX周期结束，并在下一个On Duration时刻到来时，继续向UE发送没有传完的数据，这显然增加了整个数据传输过程的时延。为了避免这种情况的出现，在DRX机制中增加了drx-InactivityTimer定时器，只要有新的数据需要调度，就会启动（或者重启）该定时器。

drx-InactivityTimer的作用是为了降低数据的处理时延，但如果drx-InactivityTimer设置的过长，当网络侧的数据发送完之后定时器还没有超时，则UE还不得不继续监听下行子帧，无法及时的进入休眠态。为了尽量快速的让UE进入休眠态，当网络侧检测到已经没有上下行数据需要传输时，可以向该UE发送一个DRX Command MAC CE，当UE收到这个CE后，将停止drx-OnDurationTimer和drx-InactivityTimer，UE会在drx-InactivityTimer还未结束前进入休眠，从而达到更加省电的目的。

【drx-LongCycleStartOffset】

用于指示UE进入long DRX cycle持续的时长，这个参数包含了drx-LongCycle和drx-StartOffset两层含义。其中drx-LongCycle表示一个long DRX cycle持续的时间，而drx-StartOffset用于指示DRX周期是从什么时候开始的。

***需要注意的是，如果网络侧同时也配置了drx-ShortCycle，那么drx-LongCycle必须配置成drx-ShortCycle的整数倍。比如drx-ShortCycle配置的是8ms，那么drx-LongCycle就不能配置20ms，因为20不能整除8。

【drx-HARQ-RTT-TimerDL】

在DRX机制中，为了给UE发的HARQ feedback到达网络侧留一段信号传播的时间，在每个DL HARQ process定义了一个“HARQ RTT(Round Trip Time) timer”的定时器。该参数的含义是，当UE接收到一个下行数据传输包且CRC校验失败，需要给网络侧反馈NACK信息后，假定至少在 “drx-HARQ-RTT-TimerDL”个symbol才会有重传。因此当drx-HARQ-RTT-TimerDL正在运行时，UE没必要监听PDCCH。而drx-HARQ-RTT-TimerDL一旦超时就意味着UE可以开启drx-RetransmissionTimerDL接收网络侧的重传数据了。

【drx-HARQ-RTT-TimerUL】

与drx-HARQ-RTT-TimerDL类似，但此参数用于配置UE上行HARQ RTT期间的休眠。

【drx-RretransmissionTimerDL】

因为UE并不确定网络侧什么时候会下发HARQ重传数据，但UE也不可能无限制的等待下去，毕竟UE还需要进入休眠态以进行省电，因此3GPP定义了drx-RretransmissionTimerDL用于指示UE为了接收期望的下行HARQ重传数据，所需要连续监测的最长时间。

当drx-HARQ-RTT-TimerDL超时，且对应HARQ process接收到的数据没有被成功解码时，UE会为该HARQ process 启动一个 drx-RretransmissionTimerDL，在该timer运行时，UE会监听用于HARQ重传的PDCCH。

【drx-RretransmissionTimerUL】

与drx-RretransmissionTimerDL类似，但此参数用于指示UE可以持续等待上行HARQ 重传的最长时间。

【drx-ShortCycle】

该参数用于指示UE进入short DRX cycle持续的时长，相对于long DRX cycle是必须配置，short DRX cycle则是可选配置（optional）。

【drx-ShortCycleTimer】

该参数用于指示UE 在short DRX cycle中持续多久没有收到PDCCH就进入long DRX cycle。如果取值为2，则表示持续（2×drx-ShortCycle）没有成功解码到PDCCH就进入long DRX cycle。

【drx-SlotOffset】

前面介绍的进入long DRX cycle/short DRX cycle的条件决定了DRX从哪些子帧开始唤醒，3GPP还定义了一个drx-SlotOffset参数，也就是从UE可以从子帧的起始点往后推drx-SlotOffset开始唤醒。

最后，我尝试用一个例子把以上这些DRX相关的参数串起来，帮助大家有一个更加具体的印象。在这个例子中，同时配置了long DRX cycle和short DRX cycle，并且drx-SlotOffset=0。

① 时刻1：满足了进入short DRX cycle条件，UE唤醒进入On Duration持续监听PDCCH，之后在drx-ShortCycleTimer内多次进入short DRX cycle；

② 时刻2：UE检测并成功解码到一个用于调度新传下行数据包的PDCCH，因此启动了drx-inactivityTimer，该下行数据包在第一个short DRX cycle即可传输完毕；

③ 时刻3：drx-ShortCycleTimer超时后，从条件的子帧开始，UE进入long DRX cycle；

④ 时刻4：在long DRX cycle的On Duration期间，UE再一次检测并解码了一个用于调度下行数据的PDCCH，然后开始接收PDSCH。在这一过程中由于存在误码触发了HARQ process，因此在整个drx-inactivityTimer期间启动了drx-HARQ-RTT-TimerDL和drx-RretransmissionTimerDL；

⑤ 时刻5：由于在long DRX cycle期间有数据在传输，UE再次切换至short DRX cycle。

从上面的例子可以看到：

• 如果配置了long DRX cycle和short DRX cycle，UE会先从short DRX cycle开始，之后满足条件才切换至long DRX cycle；

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

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1.1 WUS（Wake-Up Signal）

以上介绍的DRX的机制可以让UE周期性的唤醒和休眠，必要时还可以灵活延长UE监听PDCCH的时间，降低业务时延，但是该技术仍有进一步优化的空间。因为在实际的应用场景中，UE不会一直持续的发送或者接收数据，也就是在大部分的DRX On（唤醒阶段）是不会接收到PDCCH的，换句话说，就是没有针对该UE的上下行数据调度。

例如用户正在用手机阅读已经缓存好的网页时，是无需和网络交互的，如果UE仍然周期性的唤醒的话，就会额外造成不必要的功耗。因此，基于原有DRX机制的基础上，为了更加优化UE的功耗，3GPP在5G Release 16提出了DRX Adaptation，又叫WUS（Wake-Up Signal），这一特性的原理如下图所示：

当网络侧需要针对某个UE进行上下行调度的话，会发一个WUS信号（携带了DCI Format 2_6的PDCCH）给UE，让UE仍然周期性的唤醒以接收PDCCH的调度信息，过了一段时间后，如果没有数据要传输了，这个时候网络侧就下发WUS给UE，指示UE后续不需要进入DRX状态，一直维持在休眠状态并无需监听后续网络侧的PDCCH，以此来降低功耗，从而提升电池使用时间。

***需要注意的是，如果网络侧通过WUS指示需要关闭的DRX cycle的个数与终端的业务不匹配，那么反而会影响终端业务的传输。而如果WUS只关联short DRX的话，并且short DRX的周期配置得比较短的情况下，如果接收到WUS要求UE进入休眠的指示，那么UE有可能还没有进入休眠态，根据short DRX的周期配置，UE又需要唤醒去重新监听WUS，导致没有实现较好的节能效果。所以，在同时配置了long DRX和short DRX的时候，WUS一般只针对long DRX进行。

关于WUS（DRX Adaptation）具体的省电效果和可能导致的响应延迟，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.

当5G R16 UE通过RRC层的消息UE CapabilityInformation上报drx-Adaptation-r16能力后，网络侧就可以为UE配置WUS相关的参数。

关于UE的drx-Adaptation-r16能力，在3GPP 38.306（关于UE radio access capabilities）有更加具体的描述。

而其中所提到的MinTimeGap，3GPP 38.213里面做了相关的定义，其gap的单位是时隙（slot），UE需要在MinTimeGap时间内停止盲检DCI Format 2_6，进行DRX唤醒前所需要的预处理动作，这里的预处理包括UE上报CSI、SRS信息等。这是因为有可能UE休眠了一段时间后，信道环境变化了，网络侧需要这些信息进行信道估计以调度PDSCH/PUSCH。

然后协议里面定义了两类UE，分别是value1和value2，其中value1的UE相比value2性能更强。对应这个表以N78 SCS 30k为例，value1的UE需要1个slot就能完成DRX 唤醒前的预处理过程，而value2则需要6个slot。

WUS相关的配置参数是网络侧通过RRC Setup或者RRC Reconfiguration携带的DCP-Config-r16（DCP全称为DCI with CRC scrambled by PS_RNTI）下发给UE的，具体内容如下：

【ps-RNTI-r16】

PS-RNTI是5G Release 16中新增的RNTI，全称为Power Saving-RNTI，和我们比较熟悉的RA-RNTI（用于接收Preamble）、TC-RNTI & C-RNTI（用于随机接入）、SI-RNTI（用于接收SIB消息）类似，PS-RNTI也用于对下发给UE的PDCCH进行CRC加扰，其RNTI-Value的取值范围为0001-FFF2（UE后续会用该值解扰PS-RNTI所加扰的PDCCH），然后携带了DCI Format 2_6的PDCCH用于指示UE是否在下一个DRX周期唤醒，这里需要注意的是UE只会在休眠状态监听PS-RNTI所加扰的PDCCH。

接下来我们来看一下关于DCI Format 2_6的内容，这在3GPP 38.212有更加详细的描述。

这里涉及到几个参数：

•ps-PositionDCI-2-6-r16是由网络侧通过RRC Setup或者RRC Reconfiguration中的DCP-Config-r16下发给UE，从而UE可以到对应的时频位置的去接收携带了DCI Format 2_6的PDCCH；

•Wake-upindication是DCI Format 2_6中的信息。该bit位中的‘0’用于指示UE在下一个DRX周期不需要唤醒，‘1’用于指示UE在下一个DRX周期需要唤醒；

•sizeDCI-2-6-r16。网络侧如果只给某个UE配置了唯一的DCI Format 2_6，则该DCI为UE-specific DCI；而如果网络侧给多个UE配置了相同的DCI Format 2_6，那么该DCI又叫Group Common DCI，这样就会导致DCI Format 2_6的message size可能会发生变化（比如仅给一个UE分配的和给多个UE分配的DCI携带的信息容量就有可能不同），因此网络侧就需要通知支持WUS的UE所下发的DCI size。

•SCelldormancyindication，即辅小区休眠指示，长度为0~5 bit。一般情况下，即使没有数据在SCell（辅小区）上传输，UE在这些激活的SCell仍然需要进行PDCCH监听，所以3GPP Release 15引入了SCell激活/去激活机制。有数据时激活SCell，没数据时，去激活SCell。但是这中间会引入很大的时延，那么为了降低时延，3GPP Release 16引入了SCell休眠，这是通过在休眠BWP（dormant BWP）和激活BWP（non-dormant BWP）之间切换来实现的，这分为两个场景，下面会分别介绍。

***需要注意的是，这里的dormant BWP和non-dormant BWP都是针对下行BWP而言，目前3GPP并未定义上行BWP的辅小区休眠指示。

1)在UE休眠期指示是否进入休眠

支持WUS的UE通过RRC层的消息UE CapabilityInformation上报对应某个CA载波聚合组合（比如SA n41A_n79A）的scellDormancyOutsideActiveTime-r16能力。

网络侧通过RRCReconfiguration信令中携带的OutsideActiveTimeConfig-r16给UE配置对应该CA组合下SCell的休眠信息。OutsideActiveTimeConfig-r16包含了两个IE：firstOutsideActiveTimeBWP-ID-r16（用于指示UE休眠状态下，将要在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为例（n41为PCell，n79为SCell），之后UE在休眠态中如果监听到携带了SCell dormancy indication 的DCI Format 2_6，如果配置SCell的n79对应的dormancy group ID为0，UE切换至dormantBWP-Id指示的休眠BWP；反之，如果配置了SCell的n79对应的dormancy group ID为1，那么UE则切换至firstOutsideActiveTimeBWP-Id-r16所指示的激活BWP。

2)在UE唤醒期指示是否进入休眠

SCell dormancy indication同样也支持通过携带DCI Format 0_1/1_1的PDCCH来指示UE在SCell中进入休眠。这需要UE通过RRC层的消息UE CapabilityInformation上报所支持的对应某个CA载波聚合组合的scellDormancyWithinActiveTime-r16能力。

之后网络侧通过RRCReconfiguration信令中携带的WithinActiveTimeConfig-r16给UE配置对应该CA组合下SCell的休眠信息。WithinActiveTimeConfig-r16包含了两个IE：firstWithinActiveTimeBWP-ID-r16（用于指示UE唤醒状态下，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为例（n41为PCell，n79为SCell），之后UE在休眠态中如果监听到携带了SCell dormancy indication 的DCI Format 0_1/1_1，如果配置SCell的n79对应的dormancy group ID为0，UE切换至dormantBWP-Id指示的休眠BWP；反之，如果配置了SCell的n79对应的dormancy group ID为1，那么UE则切换至firstWithinActiveTimeBWP-Id-r16所指示的激活BWP。

【ps-Offset-r16】

以0.125ms为单位，相对于long DRX的drx-onDurationTimer启动的时间提前偏移量。换句话说UE从drx-onDurationTimer往前倒推ps-Offset-r16，然后在Common Seach Space上盲检用PS-RNTI进行加扰的PDCCH（携带DCI format 2_6），一旦UE成功检测出一个DCI format 2_6，直到DRX On前都不会在PDCCH monitoring occasions上继续盲检对应的PDCCH。

***为什么ps-Offset-r16的单位是0.125ms，这和5G NR的SCS子载波间隔有关。具体来说，SCS 15k对应一个slot为1ms，SCS 30k对应一个slot为0.5ms，SCS 60k对应一个slot为0.25ms，SCS 120k对应一个slot为0.125ms，而SCS 120k正好是目前所支持的最大的子载波间隔（用于mmW毫米波），因此就把当前所支持的最小slot长度0.125ms作为ps-Offset-r16的单位。

【ps-WakeUp-r16】

协议中关于ps-WakeUp-r16的定义为“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.”即该配置用于指示UE在没有检测到携带了DCI format 2_6的PDCCH时，是否需要唤醒进入DRX阶段，假设该配置未下发，UE默认是无需唤醒，继续休眠。

【ps-TransmitPeriodicL1-RSRP-r16】

用于指示UE在收到网络侧下发的无需唤醒继续休眠的WUS信号后，是否需要周期性上报RSRP用于进行SSB的Beam tracking。假设该配置未下发，UE默认是无需上报，继续休眠。

【ps-TransmitOtherPeriodicCSI-r16】

与ps-TransmitPeriodicL1-RSRP-r16作用类似，用于指示UE在休眠阶段除了是否需要在上报RSRP之外，是否需要周期性上报用于网络侧进行信道估计的CSI信息。假设该配置未下发，UE默认是无需上报，继续休眠。

1.2 Dual CDRX

目前3GPP定义了若干5G NR下的FR1+FR2的NR-DC组合，比如N78+N257。那么有的时候会在PCC和SCC分配不同的业务，使得每个小区对DRX的配置要求有所不同，并且作为FR2的小区还需要支持Beam management，如果配置和FR1小区一样的DRX参数的话，长期维持在激活态会导致比较高的功耗，因此5G Release 16新增了参数drx-ConfigSecondaryGroup-r16，可以给FR2小区分配另外一组DRX参数。

前面在介绍DRX的时候已经提到过，如果UE支持drx-ConfigSecondaryGroup-r16，则会将该能力通过RRC层的消息UE CapabilityInformation上报给网络侧。

之后网络侧可以通过RRCReconfiguration信令中携带的drx-ConfigSecondaryGroup-r16下发相应的DRX配置给UE。

目前协议里面定义了可以为PCell（主小区）和SCell（辅小区）分别配置不同的drx-onDurationTimer和drx-InactivityTimer，而其他参数包括drx-SlotOffset、drx-ShortCycle、drx-LongCycleStartOffset、drx-HARQ-RTT-TimerDL、drx-RretransmissionTimerDL等则是主辅小区通用的。

如下图所示，配置给FR2 SCell的drx-onDurationTimer和drx-InactivityTimer均比FR1 PCell对应的参数要小，可以让UE在FR2小区更快的进入休眠，从而节省功耗。

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责任编辑：haq