景洪水（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 100033）

0 引言

隨著智能終端的發(fā)展，手機(jī)的處理能力越來越強(qiáng)大，屏幕尺寸越來越大，隨之而來的是耗電量的增加和待機(jī)時(shí)間的縮短，手機(jī)的待機(jī)時(shí)長成為影響用戶使用感知的一個(gè)重要因素，手機(jī)廠家采用各種各樣的技術(shù)手段來延長手機(jī)電池的待機(jī)時(shí)間。

截至2016 年4 月，中國聯(lián)通移動網(wǎng)智能終端用戶達(dá)1億以上，終端的智能化程度越來越高，終端的地位已經(jīng)等同于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)一個(gè)不可分割的通信節(jié)點(diǎn)，與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)之間的交互、協(xié)同越來越密切，本文從運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)與智能終端協(xié)同優(yōu)化的思路出發(fā)，通過研究無線網(wǎng)DRX 尋呼的機(jī)制和DRX 對網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)荷和終端耗電影響的關(guān)系，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)最優(yōu)設(shè)置研究，并以iPhone 終端為例進(jìn)行了效果驗(yàn)證，最終提高中國聯(lián)通智能終端用戶的待機(jī)時(shí)長、用戶感知。

1 DRX參數(shù)基本原理

根據(jù)3GPP 規(guī)范，當(dāng)手機(jī)駐留在一個(gè)小區(qū)中，要一直監(jiān)聽尋呼信道以隨時(shí)進(jìn)入業(yè)務(wù)接入過程。一種方式是固定每10 ms去解碼SCCPCH，另一種是按一定的周期去解碼PICH，當(dāng)存在尋呼指示時(shí)，才去解碼隨路的SCCPCH 信息，即不連續(xù)接收方式（DRX）。

DRX 分2 種，一種是空閑態(tài)DRX，當(dāng)手機(jī)處于空閑（IDLE）狀態(tài)下的非連續(xù)性接收，由于處于空閑狀態(tài)時(shí)，已經(jīng)沒有RRC 連接以及用戶的專有資源，因此主要監(jiān)聽呼叫信道與廣播信道，只要定義好固定的周期，就可以達(dá)到非連續(xù)接收的目的。另一種是連接態(tài)DRX，即手機(jī)處在連接態(tài)下的DRX，可以優(yōu)化系統(tǒng)資源配置，更重要的是降低手機(jī)功耗。

在WCDMA網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)在IDLE態(tài)與PCH態(tài)時(shí)采用不連續(xù)接收（DRX）方式監(jiān)聽PICH 信道。利用DRX方式，手機(jī)在每個(gè)DRX 周期內(nèi)只需要監(jiān)聽一次尋呼指示（PI——Paging Indicator），即每個(gè)手機(jī)有自己的尋呼時(shí)機(jī)PO（Paging Occasion），手機(jī)在PO所對應(yīng)的SFN去監(jiān)聽一個(gè)PICH 幀，再根據(jù)計(jì)算的PI 找到這一幀中屬于自己的PI，如圖1 所示；RNC 也需根據(jù)手機(jī)的尋呼時(shí)機(jī)來填寫PICH信道上的PI信息。

圖1 WCDMA尋呼時(shí)刻示意圖

在LTE網(wǎng)絡(luò)中，手機(jī)在空閑態(tài)模式下對PDCCH 的監(jiān)視采用DRX 方式，從而降低了功耗，空閑模式下的DRX 工作機(jī)制固定，采用固定的周期，并在尋呼時(shí)刻（PO）到來時(shí)啟動監(jiān)視PDCCH 的功能，進(jìn)入空閑模式下的激活期（Onduration Timer），在激活期需要全面監(jiān)視PDCCH，在DRX 激活期過去之后再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)，PF（Paging Frame）表示含有1 個(gè)或者多個(gè)PO 的無線幀；若使用DRX，則手機(jī)僅監(jiān)控每個(gè)DRX 周期的PO。

在手機(jī)開機(jī)后將會按照默認(rèn)的DRX 周期配置進(jìn)行循環(huán)。在尋呼時(shí)刻到來時(shí)將用P-RNTI 對PDCCH進(jìn)行解碼以便解出上面的數(shù)據(jù)。

LTE 網(wǎng)絡(luò)中在RRC 連接態(tài)模式下的DRX 工作機(jī)制如圖2 所示，采用定時(shí)器與DRX 環(huán)結(jié)合的工作方式，且eNodeB 也會保持與手機(jī)相同的DRX 工作方式，并實(shí)時(shí)了解手機(jī)是處于激活期還是休眠期，保證在激活期傳遞數(shù)據(jù)，而在休眠期不會進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖2 LTE連接態(tài)DRX周期

2 DRX與網(wǎng)絡(luò)性能及終端功耗的關(guān)系

在GSM 和WCDMA 網(wǎng)絡(luò)中，DRX 對網(wǎng)絡(luò)性能基本無影響。從理論分析，會增加手機(jī)的業(yè)務(wù)接入時(shí)延。在手機(jī)呼叫手機(jī)的語音接續(xù)時(shí)延中，尋呼時(shí)延占了較大的比重。一方面如果尋呼信道和尋呼指示信道的功率設(shè)置不合適導(dǎo)致Paging 消息重發(fā)，則會加大接續(xù)時(shí)延。另一方面DRX 決定了Paging 下發(fā)的時(shí)間，如果DRX 設(shè)置過大將會引起較大的時(shí)延。

在網(wǎng)絡(luò)開啟了DRX后，DRX周期長度系數(shù)設(shè)得越大，DRX的周期就越長，對手機(jī)而言，處于sleep狀態(tài)的時(shí)間也越長，將降低手機(jī)的整體功耗，相對而言就能越省電，從而增加手機(jī)的待機(jī)時(shí)長。

在LTE 網(wǎng)絡(luò)中，DRX 設(shè)置增加了短DRX 環(huán)循環(huán)、長DRX 環(huán)循環(huán)等模式，以確保RRC 連接狀態(tài)下的省電。同時(shí)，由于LTE 網(wǎng)絡(luò)中的DRX 引入了休眠期，在節(jié)約UE 耗電量的同時(shí)可能會增加該UE 正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)的時(shí)延，與時(shí)延相關(guān)的業(yè)務(wù)會受到影響，如FTP業(yè)務(wù)的流量可能下降。此外，若DRX 參數(shù)設(shè)置得不合理，也可能給網(wǎng)絡(luò)帶來如下影響。

a）長周期參數(shù)設(shè)置過大可能會影響CQI 上報(bào)周期，進(jìn)而影響調(diào)度、MIMO 等的吞吐性能，切換成功率降低，掉話率上升。

b）DRX休眠期過短可能會影響鄰區(qū)（ANR）測量。

c）DRX 打開后，可能會在DRX 休眠期時(shí)影響隨機(jī)接入成功率，導(dǎo)致下行丟包率上升。

3 DRX參數(shù)優(yōu)化研究

3.1 參數(shù)設(shè)置

為解決DRX 參數(shù)設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)性能和手機(jī)待機(jī)時(shí)長之間的矛盾，本文以WCDMA 網(wǎng)絡(luò)DRX 設(shè)置為例進(jìn)行了測試和優(yōu)化。

iPhone 作為中國聯(lián)通的一款明星終端，電量消耗快一直是影響用戶使用感知的普遍問題，基于此，此次DRX 參數(shù)測試優(yōu)化工作，特邀請?zhí)O果測試團(tuán)隊(duì)參與，以iPhone終端為例，對參數(shù)調(diào)優(yōu)前后iPhone電量消耗及待機(jī)時(shí)長效果進(jìn)行了詳細(xì)驗(yàn)證。

中國聯(lián)通WCDMA 網(wǎng)絡(luò)DRX 周期設(shè)置為640 ms，該設(shè)置主要為減少DRX 開啟對網(wǎng)絡(luò)性能的負(fù)面影響。優(yōu)化方案根據(jù)DRX 周期參數(shù)調(diào)整步長，當(dāng)DRX 設(shè)置為6、7、8 時(shí)，其尋呼周期分別為640、1 280、2 560 ms，因此以現(xiàn)有640 ms 設(shè)置為基礎(chǔ)，分別調(diào)整為1 280 和2 560 ms，并在現(xiàn)網(wǎng)選取試點(diǎn)驗(yàn)證實(shí)際效果，以觀測調(diào)整前后手機(jī)省電效果，以及是否會給現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)性能帶來負(fù)面影響，最終在網(wǎng)絡(luò)性能和終端節(jié)電2個(gè)方面得到DRX參數(shù)設(shè)置的一個(gè)平衡設(shè)置值。

3.2 優(yōu)化效果

3.2.1 對網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)性能的影響

DRX 周期參數(shù)分別調(diào)整為1 280、2 560 ms 后，相比640 ms，對網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)如RRC Service、CS RAB、PS RAB建立成功率基本無影響。

DRX 周期參數(shù)調(diào)整為1 280 ms 后，相比640 ms，語音尋呼時(shí)延增長約300 ms，分組尋呼時(shí)延增長約350 ms。

DRX 周期參數(shù)調(diào)整為2 560 ms 后，相比640 ms，語音尋呼時(shí)延增長約950 ms，分組尋呼時(shí)延增長約1 000 ms。

利用網(wǎng)優(yōu)支撐系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)了17 個(gè)省的語音接續(xù)時(shí)延現(xiàn)狀，基本分布在5～7 s。以此為依據(jù)，能夠預(yù)測DRX 參數(shù)調(diào)整為1 280 ms 后語音接續(xù)時(shí)延仍分布在5～7 s，用戶撥打電話的等待感受基本不會受影響。而DRX 參數(shù)調(diào)整為2 560 ms 后語音接續(xù)時(shí)延將分布在6～8 s，用戶撥打電話的等待時(shí)間將增加約1 s，將會影響用戶的使用感受。

分組尋呼發(fā)生的場景為用戶有下行數(shù)據(jù)或消息時(shí)，這些下行數(shù)據(jù)或消息來自于上層應(yīng)用系統(tǒng)，當(dāng)DRX 參數(shù)調(diào)整為1 280 ms 后，用戶側(cè)基本感受不到尋呼時(shí)延增長了約350 ms 帶來的等待，因此調(diào)整為1 280 ms 所帶來的分組尋呼增長的時(shí)延不會影響用戶接收下行數(shù)據(jù)的感受。DRX 參數(shù)調(diào)整為2 560 ms 后，下行數(shù)據(jù)到達(dá)用戶的時(shí)間會稍微增長，可能會對用戶推送通知類業(yè)務(wù)產(chǎn)生一些影響，如即時(shí)通信、VoIP 等業(yè)務(wù)。

3.2.2 對手機(jī)電量消耗影響

根據(jù)蘋果公司測試數(shù)據(jù)，當(dāng)DRX參數(shù)由640 ms調(diào)整為1 280 ms后，蘋果手機(jī)待機(jī)時(shí)間能夠增長75 h，增長38%，節(jié)電效果顯著；由此推測其他手機(jī)也會與蘋果有相似的省電效果，能夠大大提升智能終端待機(jī)時(shí)長。當(dāng)DRX 參數(shù)由640 ms 調(diào)整為2 560 ms 后，與1 280 ms相比手機(jī)待機(jī)時(shí)長改善效果不明顯（見圖3）。

圖3 蘋果手機(jī)24 h電量消耗對比

從上述分析結(jié)果可以看出，DRX 設(shè)置為7（1 280 ms）時(shí)，對尋呼時(shí)延的增長基本在可接受范圍內(nèi)，不會影響業(yè)務(wù)感受，同時(shí)又達(dá)到了提升終端待機(jī)時(shí)長的目的，因此1 280 ms 是符合當(dāng)前中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)狀況的一個(gè)合適設(shè)置值，使智能終端用戶待機(jī)時(shí)長體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)性能之間得到平衡，既可以保證智能終端用戶的待機(jī)時(shí)長，又使得網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)性能的影響在可接受的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

本文從智能終端與網(wǎng)絡(luò)協(xié)同的角度研究終端節(jié)電以提升待機(jī)時(shí)長，通過對網(wǎng)絡(luò)DRX 參數(shù)的機(jī)制研究，結(jié)合中國聯(lián)通移動網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，在不影響網(wǎng)絡(luò)性能、不降低用戶業(yè)務(wù)感知的前提下，通過試點(diǎn)驗(yàn)證提出符合中國聯(lián)通情況的DRX 尋呼參數(shù)設(shè)置，并以蘋果終端為例進(jìn)行了效果驗(yàn)證，中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)上的蘋果終端待機(jī)時(shí)長提高了75 h,整體提升38%，其他智能終端與蘋果終端具有相似效果，該研究成果已應(yīng)用到中國聯(lián)通全網(wǎng)，大大提升了中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)上智能終端整體待機(jī)時(shí)長。