5G-A 賦能綠色通信節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展挑戰(zhàn)與展望 2024

1隨著5G技術(shù)在世界范圍內(nèi)和垂直行業(yè)的普及，通信設(shè)備（包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與終端設(shè)備）的能耗問(wèn)題也日益凸顯。一方面，為滿足新型業(yè)務(wù)的通信需求，5G設(shè)備的天線/通道數(shù)更多、傳輸帶寬更大且部署更為密集，從而使得網(wǎng)絡(luò)及終端的功耗隨之提升。另一方面，隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的重視，能耗逐漸成為了通信行業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)之一。對(duì)此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP在5G針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能以及終端節(jié)能進(jìn)行了探索與研究。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)3GPP在Release18中首次啟動(dòng)了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)化工作項(xiàng)目。具體地，3GPP從時(shí)域、頻域、空域、功率域2DTX/DRX）：針對(duì)連接態(tài)終端，3GPP引入了小區(qū)級(jí)DTX/DRX機(jī)制。該機(jī)制可使能小區(qū)在不存在流量或預(yù)期流量處于非活動(dòng)時(shí)段期間靈活地進(jìn)入休眠狀態(tài)，關(guān)閉部分或全部數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及部分周期性參考信號(hào)的傳輸和接收，從而節(jié)省能耗。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以靈活激活/去激活該機(jī)制，從而在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的同時(shí)較好地3·公共信號(hào)自適應(yīng)傳輸：對(duì)于公共信號(hào)（即常開(kāi)信號(hào)，適應(yīng)傳輸機(jī)制。該機(jī)制可使能網(wǎng)絡(luò)可以在負(fù)載較輕/服務(wù)用戶數(shù)較少時(shí)將公共信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)整至稀疏的傳輸方2、頻域節(jié)能技術(shù)：即通過(guò)輔助信息，使能網(wǎng)絡(luò)在一些小區(qū)上不發(fā)送公共信號(hào)，從而減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗。具（SCell）通常也需要發(fā)送SSB，導(dǎo)致設(shè)備功耗的開(kāi)銷較大。針對(duì)此問(wèn)題，中國(guó)移動(dòng)主導(dǎo)提出輔小區(qū)SSB-4less技術(shù)，在輔小區(qū)與錨點(diǎn)小區(qū)間滿足接收時(shí)間差、功率差等條件要求的情況下，輔小區(qū)可以不發(fā)送SSB，從而降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗。終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的關(guān)聯(lián)配置基于錨點(diǎn)小區(qū)的SSB獲取輔小區(qū)的定時(shí)與同less技術(shù)在一些場(chǎng)景下不適用。為此，3GPP引入了輔小區(qū)SSB按需觸發(fā)的節(jié)能機(jī)制。該機(jī)制下，輔小區(qū)的SSB默認(rèn)不發(fā)送或者以較長(zhǎng)的周期發(fā)送，從而節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸功耗。當(dāng)終端設(shè)備有需求時(shí)（例如，輔載波激活或數(shù)據(jù)傳輸），網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以快速觸發(fā)輔小區(qū)SSB的發(fā)送，從而使能定時(shí)、同步、自動(dòng)增益控制5在NR系統(tǒng)中，其通常保持20ms的周期性廣播，開(kāi)銷也較為顯著。對(duì)此，3GPP引入了按需觸發(fā)SIB1的機(jī)信號(hào)配置由另外一個(gè)小區(qū)廣播。終端基于該小區(qū)獲取上行喚醒信號(hào)配置，待有需求時(shí)可向節(jié)能小區(qū)發(fā)送上63、空域及功率域節(jié)能技術(shù)：即根據(jù)負(fù)載及信道狀態(tài)信息（ChannelStateInformation,CSI線）及回退部分發(fā)送功率，從而降低傳輸功耗。具體地，3GPP標(biāo)準(zhǔn)化了下列技術(shù)來(lái)使能頻域及功率網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用全部的通道/天線傳輸會(huì)造成較高的功耗開(kāi)銷。對(duì)此，3GPP引入了基于多CSI的自適應(yīng)通道關(guān)斷機(jī)制。具體地，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置多套對(duì)應(yīng)不同通道關(guān)7signal，CSI-RS終端設(shè)備測(cè)量各套CSI-RS并上報(bào)對(duì)應(yīng)的CSI。在有業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以根據(jù)負(fù)載及CSI關(guān)斷部分通道/天線進(jìn)行傳輸，在保證業(yè)務(wù)體驗(yàn)不受影響的情況下降低傳輸能耗。同時(shí)，多套CSI-RS可以共享相同的傳輸資源，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸參考負(fù)載場(chǎng)景下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用較高的發(fā)射功率傳輸也會(huì)造成較高的功耗開(kāi)銷。對(duì)此，3GPP引入了基于多CSI的自適應(yīng)功率回退機(jī)制。具體地，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置多套對(duì)應(yīng)不同功率回退配置的CSI-RS，終端設(shè)備測(cè)量各套CSI-RS并上報(bào)對(duì)應(yīng)的CSI。在有業(yè)務(wù)傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以根據(jù)負(fù)載及CSI回退部分發(fā)射功率進(jìn)行傳輸。8上述網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)分別適用于不同的場(chǎng)景，同時(shí)亦有耗的主要來(lái)源。因此，針對(duì)公共信號(hào)的節(jié)能機(jī)制更適·針對(duì)時(shí)域的節(jié)能技術(shù)（即公共信號(hào)自適應(yīng)）可以在單小區(qū)場(chǎng)景獨(dú)立工作，適用場(chǎng)景更為廣泛。同時(shí)，稀疏輔小區(qū)SSB-less）對(duì)終端傳輸效率及性能影響相對(duì)更9小。同時(shí)，由于其依賴于其他小區(qū)上的輔助信息，適2、網(wǎng)絡(luò)輕載或中載場(chǎng)景下，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸是功耗的主要來(lái)源。因此，針對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)能機(jī)制更適用于·針對(duì)時(shí)域的節(jié)能技術(shù)（即小區(qū)級(jí)DTX/DRX）實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，終端側(cè)額外開(kāi)銷較小。同時(shí)，其半靜態(tài)的設(shè)計(jì)也會(huì)對(duì)用戶體驗(yàn)（如UPT，吞吐等指標(biāo)）造成一定應(yīng)通道關(guān)斷/功率回退）可以在性能無(wú)損的前提下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。同時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要獲取各種關(guān)斷通道/回退功率情況下的CSI，終端側(cè)對(duì)于CSI計(jì)算及上報(bào)的重要特性。在Release18及19中，則首次針對(duì)低功耗接收機(jī)（Low-PowerWakeUpReceiver，LP-WUR）及低功耗喚醒信號(hào)（Low-PowerWakeUpSignal，LP-WUS）進(jìn)行了研究與標(biāo)準(zhǔn)化工作。具體地，支持LP-WUR/LP-WUS的終1、主接收機(jī)：該接收機(jī)用于接收NR已有的下行信號(hào)。具體地，其接收性能強(qiáng)，可達(dá)到的傳輸速率高；但同2、低功耗喚醒接收機(jī)：該接收機(jī)用于接收低功耗信號(hào)。具體地，低功耗信號(hào)包括LP-WUS以及低功耗同步信接收性能相對(duì)較弱，傳輸速率相對(duì)有限；但同時(shí)接收對(duì)應(yīng)的圖示如下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以發(fā)送兩種類型的信號(hào)，Keying，OOK）信號(hào)，或者，為疊加時(shí)域序列的OOK信號(hào)。對(duì)應(yīng)地，接收機(jī)只需進(jìn)行基礎(chǔ)的包絡(luò)檢測(cè)或時(shí)域相關(guān)檢測(cè)即可解調(diào)信號(hào)。因此，接收機(jī)整體的功耗2、LP-SS一般周期性（例如，3203、LP-WUS主要用于指示終端是否開(kāi)啟主接收機(jī)，并檢測(cè)尋呼指示。具體地，網(wǎng)絡(luò)在每個(gè)尋呼周期（PagingOccasion，PO）之前配置LP-WUS的檢測(cè)時(shí)機(jī)（LP-WUSmonitoroccasion，又稱作LO）。終端在每個(gè)尋呼周期內(nèi)基于低功耗接收機(jī)檢測(cè)LO，當(dāng)檢測(cè)到LP-WUS信息且指示終端喚醒時(shí)，終端基于主接收機(jī)開(kāi)始置LO。終端在每個(gè)C-DRX周期前基于低功耗接收機(jī)檢測(cè)LO，當(dāng)檢測(cè)到LP-WUS信息且指示終端不喚醒時(shí)，終端在下個(gè)C-DRX周期不啟動(dòng)on-）；2）另一種方式下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（在C-DRX周期的非活動(dòng)時(shí)間）配置周期性的LO。對(duì)應(yīng)地，終端周期性地在LO上檢測(cè)LP-WUS，當(dāng)檢測(cè)到LP-WUS信息且指示終端喚醒時(shí)，終端基于主接收機(jī)開(kāi)始檢測(cè)相較于已有的終端節(jié)能技術(shù)，LP-WUR/LP-WUS從接收機(jī)/波形設(shè)計(jì)這一新的維度研究并設(shè)計(jì)，同時(shí)也存在與之1、一方面，由于引入了新型低功耗接收機(jī)，主接收機(jī)可以在無(wú)尋呼信息/PDCCH傳輸時(shí)關(guān)閉全部或大部分模塊，終端僅基于極低功耗的LP-WUR檢測(cè)LP-WUS信2、另一方面，主接收機(jī)模塊的開(kāi)啟需要較長(zhǎng)的時(shí)間（例要20ms），一定程度上會(huì)影響傳輸?shù)募皶r(shí)性與用戶體驗(yàn)；同時(shí)，終端設(shè)備需要額外支持低功耗接收機(jī)，也5G-A針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能及終端節(jié)能已經(jīng)進(jìn)行了相當(dāng)?shù)难芯颗c標(biāo)準(zhǔn)化工作。然而，當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中仍面臨一協(xié)議的終端，為了前向兼容，當(dāng)前節(jié)能機(jī)制能夠應(yīng)用的信號(hào)較為有限。例如，對(duì)于公共信號(hào)自適應(yīng)/按需觸發(fā)輔小區(qū)SSB機(jī)制，其僅適用于非CD-SSB類型的SSB信號(hào)，從而避免對(duì)舊有終端初始小區(qū)選擇的影響；同時(shí)，CD-SSB仍需要保持20ms的周期性發(fā)送以支持初始小區(qū)選擇功能。這使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍需頻繁開(kāi)啟傳2、使用場(chǎng)景限定：如前述介紹，一些節(jié)能技術(shù)（例如，網(wǎng)絡(luò)節(jié)能中的頻域節(jié)能技術(shù)）需要其他小區(qū)輔助。因此，針對(duì)頻域的節(jié)能技術(shù)只能應(yīng)用在錨點(diǎn)小區(qū)同覆蓋（即錨點(diǎn)小區(qū)的覆蓋區(qū)域包含節(jié)能小區(qū)的覆蓋區(qū)域）3、各節(jié)能機(jī)制間相互獨(dú)立，相互間影響設(shè)計(jì)復(fù)雜：標(biāo)準(zhǔn)化工作中，各個(gè)節(jié)能機(jī)制均獨(dú)立研究并標(biāo)準(zhǔn)化，需要考慮不同機(jī)制之間的相互影響。往往設(shè)計(jì)一種新的節(jié)能機(jī)制，需要分析其對(duì)于所有已有技術(shù)的影響。例如，在設(shè)計(jì)小區(qū)級(jí)CellDTX/DRX機(jī)制時(shí)，由于其作用于本生成，UCI復(fù)用等機(jī)制均存在沖突并設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)解決方案。因此，整體的標(biāo)準(zhǔn)化流程及產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)也相對(duì)復(fù)4、一側(cè)的節(jié)能機(jī)制會(huì)增加另一側(cè)的開(kāi)銷：網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)通常需要終端側(cè)接收/發(fā)送額外信號(hào)；反之，終端節(jié)能技術(shù)也通常需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備額外發(fā)送新的信號(hào)。以前述介紹的節(jié)能機(jī)制為例，網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機(jī)制一般需要終端檢測(cè)額外的指示信息，或者進(jìn)行CSI測(cè)量及上報(bào)，造成終端側(cè)開(kāi)銷的增加；而LP-WUR/LP-WUS機(jī)制則需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)額外發(fā)送LP-SS和LP-WUS信號(hào)，造成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開(kāi)銷的增加。因此，無(wú)論標(biāo)準(zhǔn)討論還是實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)往往較難得到網(wǎng)絡(luò)廠商和終端廠5G-A針對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能及終端節(jié)能進(jìn)行了諸多探索與研究，從標(biāo)準(zhǔn)層面規(guī)范與設(shè)計(jì)了豐富的節(jié)能機(jī)制，取得了顯著的節(jié)能效果，為實(shí)現(xiàn)綠色通信邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。同時(shí)，當(dāng)前的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用仍存在一系列挑戰(zhàn)與相當(dāng)?shù)脑鲆骐S著通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)潛在的服務(wù)頻段更高（例如，6