5G-A 賦能綠色通信節(jié)能標準進展挑戰(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)展的重要指標之一。對此，國際標準組織3GPP在5G針對網(wǎng)絡(luò)節(jié)能以及終端節(jié)能進行了探索與研究。通過標準3GPP在Release18中首次啟動了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的標準化工作項目。具體地，3GPP從時域、頻域、空域、功率域2DTX/DRX）：針對連接態(tài)終端，3GPP引入了小區(qū)級DTX/DRX機制。該機制可使能小區(qū)在不存在流量或預(yù)期流量處于非活動時段期間靈活地進入休眠狀態(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的傳輸和接收，從而節(jié)省能耗。同時，網(wǎng)絡(luò)可以靈活激活/去激活該機制，從而在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能的同時較好地3·公共信號自適應(yīng)傳輸：對于公共信號（即常開信號，適應(yīng)傳輸機制。該機制可使能網(wǎng)絡(luò)可以在負載較輕/服務(wù)用戶數(shù)較少時將公共信號動態(tài)調(diào)整至稀疏的傳輸方2、頻域節(jié)能技術(shù)：即通過輔助信息，使能網(wǎng)絡(luò)在一些小區(qū)上不發(fā)送公共信號，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)備功耗的開銷較大。針對此問題，中國移動主導(dǎo)提出輔小區(qū)SSB-4less技術(shù)，在輔小區(qū)與錨點小區(qū)間滿足接收時間差、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。終端通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的關(guān)聯(lián)配置基于錨點小區(qū)的SSB獲取輔小區(qū)的定時與同less技術(shù)在一些場景下不適用。為此，3GPP引入了輔小區(qū)SSB按需觸發(fā)的節(jié)能機制。該機制下，輔小區(qū)的SSB默認不發(fā)送或者以較長的周期發(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（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、同步、自動增益控制5在NR系統(tǒng)中，其通常保持20ms的周期性廣播，開銷也較為顯著。對此，3GPP引入了按需觸發(fā)SIB1的機信號配置由另外一個小區(qū)廣播。終端基于該小區(qū)獲取上行喚醒信號配置，待有需求時可向節(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標準化了下列技術(shù)來使能頻域及功率網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用全部的通道/天線傳輸會造成較高的功耗開銷。對此，3GPP引入了基于多CSI的自適應(yīng)通道關(guān)斷機制。具體地，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置多套對應(yīng)不同通道關(guān)7signal，CSI-RS終端設(shè)備測量各套CSI-RS并上報對應(yīng)的CSI。在有業(yè)務(wù)傳輸時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以根據(jù)負載及CSI關(guān)斷部分通道/天線進行傳輸，在保證業(yè)務(wù)體驗不受影響的情況下降低傳輸能耗。同時，多套CSI-RS可以共享相同的傳輸資源，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備傳輸參考負載場景下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用較高的發(fā)射功率傳輸也會造成較高的功耗開銷。對此，3GPP引入了基于多CSI的自適應(yīng)功率回退機制。具體地，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置多套對應(yīng)不同功率回退配置的CSI-RS，終端設(shè)備測量各套CSI-RS并上報對應(yīng)的CSI。在有業(yè)務(wù)傳輸時，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以根據(jù)負載及CSI回退部分發(fā)射功率進行傳輸。8上述網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)分別適用于不同的場景，同時亦有耗的主要來源。因此，針對公共信號的節(jié)能機制更適·針對時域的節(jié)能技術(shù)（即公共信號自適應(yīng)）可以在單小區(qū)場景獨立工作，適用場景更為廣泛。同時，稀疏輔小區(qū)SSB-less）對終端傳輸效率及性能影響相對更9小。同時，由于其依賴于其他小區(qū)上的輔助信息，適2、網(wǎng)絡(luò)輕載或中載場景下，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸是功耗的主要來源。因此，針對數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓?jié)能機制更適用于·針對時域的節(jié)能技術(shù)（即小區(qū)級DTX/DRX）實現(xiàn)相對簡單，終端側(cè)額外開銷較小。同時，其半靜態(tài)的設(shè)計也會對用戶體驗（如UPT，吞吐等指標）造成一定應(yīng)通道關(guān)斷/功率回退）可以在性能無損的前提下實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)能。同時，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)對于CSI計算及上報的重要特性。在Release18及19中，則首次針對低功耗接收機（Low-PowerWakeUpReceiver，LP-WUR）及低功耗喚醒信號（Low-PowerWakeUpSignal，LP-WUS）進行了研究與標準化工作。具體地，支持LP-WUR/LP-WUS的終1、主接收機：該接收機用于接收NR已有的下行信號。具體地，其接收性能強，可達到的傳輸速率高；但同2、低功耗喚醒接收機：該接收機用于接收低功耗信號。具體地，低功耗信號包括LP-WUS以及低功耗同步信接收性能相對較弱，傳輸速率相對有限；但同時接收對應(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，Keying，OOK）信號，或者，為疊加時域序列的OOK信號。對應(yīng)地，接收機只需進行基礎(chǔ)的包絡(luò)檢測或時域相關(guān)檢測即可解調(diào)信號。因此，接收機整體的功耗2、LP-SS一般周期性（例如，3203、LP-WUS主要用于指示終端是否開啟主接收機，并檢測尋呼指示。具體地，網(wǎng)絡(luò)在每個尋呼周期（PagingOccasion，PO）之前配置LP-WUS的檢測時機（LP-WUSmonitoroccasion，又稱作LO）。終端在每個尋呼周期內(nèi)基于低功耗接收機檢測LO，當(dāng)檢測到LP-WUS信息且指示終端喚醒時，終端基于主接收機開始置LO。終端在每個C-DRX周期前基于低功耗接收機檢測LO，當(dāng)檢測到LP-WUS信息且指示終端不喚醒時，終端在下個C-DRX周期不啟動on-）；2）另一種方式下，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（在C-DRX周期的非活動時間）配置周期性的LO。對應(yīng)地，終端周期性地在LO上檢測LP-WUS，當(dāng)檢測到LP-WUS信息且指示終端喚醒時，終端基于主接收機開始檢測相較于已有的終端節(jié)能技術(shù)，LP-WUR/LP-WUS從接收機/波形設(shè)計這一新的維度研究并設(shè)計，同時也存在與之1、一方面，由于引入了新型低功耗接收機，主接收機可以在無尋呼信息/PDCCH傳輸時關(guān)閉全部或大部分模塊，終端僅基于極低功耗的LP-WUR檢測LP-WUS信2、另一方面，主接收機模塊的開啟需要較長的時間（例要20ms），一定程度上會影響傳輸?shù)募皶r性與用戶體驗；同時，終端設(shè)備需要額外支持低功耗接收機，也5G-A針對網(wǎng)絡(luò)節(jié)能及終端節(jié)能已經(jīng)進行了相當(dāng)?shù)难芯颗c標準化工作。然而，當(dāng)前的標準與產(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)能機制能夠應(yīng)用的信號較為有限。例如，對于公共信號自適應(yīng)/按需觸發(fā)輔小區(qū)SSB機制，其僅適用于非CD-SSB類型的SSB信號，從而避免對舊有終端初始小區(qū)選擇的影響；同時，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)備仍需頻繁開啟傳2、使用場景限定：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，針對頻域的節(jié)能技術(shù)只能應(yīng)用在錨點小區(qū)同覆蓋（即錨點小區(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)能機制間相互獨立，相互間影響設(shè)計復(fù)雜：標準化工作中，各個節(jié)能機制均獨立研究并標準化，需要考慮不同機制之間的相互影響。往往設(shè)計一種新的節(jié)能機制，需要分析其對于所有已有技術(shù)的影響。例如，在設(shè)計小區(qū)級CellDTX/DRX機制時，由于其作用于本生成，UCI復(fù)用等機制均存在沖突并設(shè)計對應(yīng)解決方案。因此，整體的標準化流程及產(chǎn)品實現(xiàn)也相對復(fù)4、一側(cè)的節(jié)能機制會增加另一側(cè)的開銷：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；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。以前述介紹的節(jié)能機制為例，網(wǎng)絡(luò)節(jié)能機制一般需要終端檢測額外的指示信息，或者進行CSI測量及上報，造成終端側(cè)開銷的增加；而LP-WUR/LP-WUS機制則需要網(wǎng)絡(luò)側(cè)額外發(fā)送LP-SS和LP-WUS信號，造成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開銷的增加。因此，無論標準討論還是實際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，一項節(jié)能技術(shù)往往較難得到網(wǎng)絡(luò)廠商和終端廠5G-A針對網(wǎng)絡(luò)節(jié)能及終端節(jié)能進行了諸多探索與研究，從標準層面規(guī)范與設(shè)計了豐富的節(jié)能機制，取得了顯著的節(jié)能效果，為實現(xiàn)綠色通信邁出了堅實的一步。同時，當(dāng)前的節(jié)能標準及產(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，未來網(wǎng)絡(luò)潛在的服務(wù)頻段更高（例如，6