5G NR DRX框架
在LTE中使用DRX特征以通過允許UE不連續(xù)地監(jiān)視PDCCH來節(jié)省能量。這在許多情況下都很重要,對(duì)于活動(dòng)可能很少的UE(例如mMTC中的設(shè)備),以及對(duì)于具有更頻繁流量的UE(如eMBB)。在NR中,仍然期望系統(tǒng)具有允許UE減少其能量消耗的機(jī)制,并且分析如何設(shè)計(jì)并可能優(yōu)化DRX同時(shí)仍然有效地支持NR的不同服務(wù)是重要的。
考慮到UE和網(wǎng)絡(luò)中的不同性能和成本方面以及這些方面之間的不同權(quán)衡,設(shè)計(jì)了不同的RRC狀態(tài)或“模式”。例如,其中一些參數(shù)是:流量特性、資源利用率、網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)延、移動(dòng)性和能耗。
作為一般規(guī)則,具有或多或少恒定流量的UE可以更好地置于連接模式;而具有零星或不頻繁傳輸?shù)腢E可以更好地置于更節(jié)能的狀態(tài)/模式。在這些狀態(tài)/模式中的每一種內(nèi),可能有不同的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)甚至更不同的能量效率水平。圖1顯示了LTE提供的不同節(jié)能選項(xiàng),以及NR的一個(gè)選項(xiàng)。

UE處于連接模式的原因是因?yàn)橛袛?shù)據(jù)要在非常短的時(shí)間段內(nèi)傳輸或預(yù)傳輸。當(dāng)UE在“長”時(shí)間段內(nèi)處于非活動(dòng)狀態(tài)時(shí),UE最好處于低功耗狀態(tài),例如空閑或非活動(dòng)模式。
在LTE中的連接模式中,UE可以配置有兩個(gè)DRX級(jí)別或周期。具有兩個(gè)級(jí)別的原因是為了適應(yīng)UE活動(dòng)的級(jí)別。當(dāng)UE最近接收到數(shù)據(jù)時(shí),使用短的DRX周期。當(dāng)UE在“更長”的時(shí)間段內(nèi)沒有接收到數(shù)據(jù)時(shí),使用長的DRX周期。
支持不同的服務(wù)、服務(wù)混合、不同的L1和不同的numerology可以觸發(fā)重新接入和增強(qiáng)LTE中發(fā)現(xiàn)的機(jī)制,以減少UE能耗。當(dāng)這樣做時(shí),系統(tǒng)視為一個(gè)整體,并避免在一種狀態(tài)/模式下引入功能,而在另一種狀態(tài)或模式下可能可用。
雖然連接模式DRX可能需要一些增強(qiáng)以幫助UE降低其能耗,但需要考慮的是,改進(jìn)不能僅關(guān)注UE功耗。DRX框架應(yīng)在不同的關(guān)鍵方面(如功耗、時(shí)延、UE和網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性或網(wǎng)絡(luò)資源管理)之間實(shí)現(xiàn)公平的權(quán)衡。連接模式是指在有流量時(shí)使用的,因此,連接模式中的DRX周期旨在通過“機(jī)緣巧合”地在短時(shí)間內(nèi)停止監(jiān)視下行來最小化UE功耗。
改進(jìn)DRX的簡單方法將是將DRX周期增加到例如30秒,或者引入U(xiǎn)E將在其間切換的幾個(gè)新周期。這是可以考慮的,也很可能是有益的,在這一點(diǎn)上,或許不應(yīng)該局限于這些循序漸進(jìn)的改進(jìn)。需要了解目的、目標(biāo)和可以獲得的實(shí)際利益。還應(yīng)考慮到,可能有其他選擇來解決同樣的問題。引入“非活動(dòng)狀態(tài)--Inactive”,這意味著在沒有流量時(shí)使用,并有助于減少UE能耗,它減輕了網(wǎng)絡(luò)和UE的復(fù)雜性(例如,通過限制移動(dòng)性過程、監(jiān)控參考信號(hào)等)。“非活動(dòng)態(tài)”中的DRX機(jī)制類似于空閑狀態(tài)。
在沒有活動(dòng)流量的這段時(shí)間內(nèi),考慮使用其他狀態(tài)/模式是合理的。如果低功耗狀態(tài)/模式與完全連接模式之間的轉(zhuǎn)換速度快且成本低(從信令的角度來看),則在連接模式下具有大量DRX周期、具有長的非活動(dòng)DRX周期或其他高級(jí)DRX方案的益處是值得懷疑的。
連接模式DRX的復(fù)雜性不容忽視,因此新增強(qiáng)的潛在收益必須優(yōu)于現(xiàn)有替代方案。因此,當(dāng)連接模式DRX的可能增強(qiáng)時(shí),層2還應(yīng)考慮所有其他機(jī)制和選項(xiàng),這些機(jī)制和選項(xiàng)可以實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo),并可能具有相同或甚至更多的好處。
考慮到網(wǎng)絡(luò)可以選擇重配置DRX周期和其中的參數(shù),命令UE在DRX周期之間轉(zhuǎn)換,并將UE重新配置為不同的狀態(tài),LTE DRX框架是一個(gè)良好的基線,它允許靈活和動(dòng)態(tài)的DRX周期以及配置來處理服務(wù)的混合。然而,支持同時(shí)numerology可能需要對(duì)DRX操作進(jìn)行一些修改。
在LTE中,eNB可以配置DRX參數(shù),指示UE何時(shí)從短DRX移動(dòng)到長DRX。相同的行為可以用于NR;當(dāng)UE正在應(yīng)用一個(gè)周期時(shí),UE運(yùn)行計(jì)時(shí)器。
在LTE中,存在可由eNB用于將UE直接移動(dòng)到DRX(將其移動(dòng)到短DRX或直接移動(dòng)到長DRX)的MAC CE。如果eNB沒有更多的數(shù)據(jù)要調(diào)度給UE,這允許eNB讓UE休眠。這也應(yīng)該在NR中得到支持,但通過幾種DRX配置,eNB可以選擇UE應(yīng)該應(yīng)用哪種配置。
在LTE中,C-DRX狀態(tài)被綁定到MAC實(shí)體。這意味著,在UE具有多于一個(gè)MAC實(shí)體(例如在DC中)的情況下,針對(duì)每個(gè)MAC實(shí)體單獨(dú)進(jìn)行DRX配置。在UE被配置有CA的情況下,即連接到多個(gè)載波但仍然僅使用一個(gè)MAC實(shí)體,相同的DRX配置被應(yīng)用于所有載波。在NR中,還支持多連接(例如NR-NR和LTE-NR)和CA(NR內(nèi)),這可能為實(shí)現(xiàn)DRX操作的不同方式開辟了道路。在具有多連接的NR中,將存在多個(gè)MAC實(shí)體,并且UE將能夠使用不同的技術(shù)并且可能具有不同的numerology從多于一個(gè)eNB發(fā)送/接收。因此,出現(xiàn)了如何設(shè)計(jì)DRX的問題。
DRX過程的主要目的是通過允許UE在不監(jiān)視PDCCH時(shí)休眠來節(jié)省UE中的能量以延長電池壽命。然而,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)具有用于UE的數(shù)據(jù)時(shí),這伴隨著時(shí)延增加的成本。取決于DRX狀態(tài)是如何設(shè)計(jì)的以及它們?cè)赨E中是如何實(shí)現(xiàn)的,節(jié)能和時(shí)延將受到影響,但復(fù)雜性也會(huì)受到影響。
關(guān)鍵屬性是DRX狀態(tài),即活動(dòng)時(shí)間。DRX狀態(tài)描述了所使用的電池節(jié)約水平,而這又對(duì)應(yīng)于PDCCH的監(jiān)控頻率。在LTE中,DRX狀態(tài)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)DRX周期中的一個(gè),即短周期和長周期,并且處于活動(dòng)時(shí)間。DRX狀態(tài)可以在UE的各種實(shí)體中實(shí)現(xiàn)。
對(duì)于單連接情況,UE將僅具有一個(gè)MAC實(shí)體,因此每個(gè)UE具有一個(gè)DRX狀態(tài)。對(duì)于具有多于一個(gè)MAC實(shí)體的多連接情況,UE中的所有MAC實(shí)體將被迫使用相同的DRX狀態(tài)以最大化功率節(jié)省。這將比如在具有每個(gè)MAC實(shí)體的DRX狀態(tài)的LTE中那樣設(shè)計(jì)更復(fù)雜且效率更低。例如,如果一個(gè)支路發(fā)送(因此導(dǎo)致DRX狀態(tài)的改變),則另一個(gè)MAC也需要改變其DRX狀態(tài)。出于效率原因,當(dāng)MeNB調(diào)度UE但SeNB不調(diào)度時(shí),UE需要在SeNB上喚醒,盡管對(duì)于MeNB而言,喚醒是足夠的。在所有小區(qū)上主動(dòng)監(jiān)視的DRX狀態(tài)的這種實(shí)現(xiàn)將浪費(fèi)功率,而不同MAC實(shí)體之間的DRX配置沒有靈活性。因此,在MeNB和SeNB上運(yùn)行的不同流量無法從不同的DRX配置中獲益,并且會(huì)在延遲和節(jié)能方面受到懲罰。
由于不同的流量類型通常被映射到不同的邏輯信道或不同的numerology,因此每個(gè)LCH都有一個(gè)DRX狀態(tài)或每個(gè)numerology都有一種DRX狀態(tài)似乎是一種可行的選擇。然而,由于DRX狀態(tài)是關(guān)于監(jiān)視PDCCH的,而不管所使用的numerology或流量使用的是哪個(gè)LCH,這是不適用的。
然而,這不應(yīng)與例如具有適合不同業(yè)務(wù)類型(即每個(gè)LCH)的不同DRX定時(shí)器配置相混淆。
每個(gè)載波的DRX狀態(tài)可能是有用的,因?yàn)楫?dāng)PDCCH上僅調(diào)度一個(gè)載波時(shí)。然而,應(yīng)當(dāng)假設(shè),對(duì)于CA,當(dāng)UE在PCell和SCell中都被分配了載波時(shí),應(yīng)當(dāng)調(diào)度所有載波進(jìn)行傳輸。在并非所有載波都被使用的情況下,eNB中的SCell激活/去激活過程應(yīng)用于去激活未使用的SCell。這將導(dǎo)致UE功率節(jié)省超過通過在未使用載波上具有DRX而實(shí)現(xiàn)的功率節(jié)省。
每個(gè)載波具有DRX狀態(tài)的主要缺點(diǎn)是復(fù)雜性和時(shí)延增加。eNB將需要知道UE對(duì)于每個(gè)載波是醒著還是睡著了。此外,為了喚醒所有載波上的UE,eNB必須在所有載波上調(diào)度UE。因此,為了使所有載波啟動(dòng)并運(yùn)行,eNB需要等待每個(gè)載波的onDuration,然后才能在每個(gè)PDCCH上發(fā)送調(diào)度分配。這當(dāng)然會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?,并增加完成傳輸所需的總時(shí)間。
每個(gè)MAC實(shí)體的DRX狀態(tài)將是重用現(xiàn)有LTE DRX框架作為NR的基線,而不管是否考慮CA或MC。例如,在DC中,將存在兩個(gè)DRX狀態(tài),并且UE將分別監(jiān)視MeNB和SeNB上的PDCCH。
如果UE由在MeNB上的PDCCH上發(fā)送的分配激活,則它將開始監(jiān)視在MeNB中分配的所有載波,但在SeNB上保持其DRX狀態(tài),從而與每個(gè)載波的DRX狀態(tài)相比,潛在地節(jié)省能量并減少延遲。與每個(gè)UE的DRX相比,它將同時(shí)提供增加的靈活性,因?yàn)閮蓚€(gè)MAC實(shí)體將被獨(dú)立地配置。對(duì)于eNB來說,跟蹤每個(gè)MAC實(shí)體的一組DRX參數(shù)而不是跟蹤每個(gè)載波的DRX狀態(tài)的幾個(gè)參數(shù)也是足夠的,這將降低復(fù)雜性。由于減少了在SeNB和MeNB之間協(xié)調(diào)DRX設(shè)置的需要,因此該解決方案也比具有每個(gè)UE的DRX狀態(tài)的解決方案復(fù)雜。
不同的服務(wù)可能需要不同長度的DRX周期。例如,對(duì)于語音業(yè)務(wù),UE需要頻繁喚醒以滿足語音業(yè)務(wù)的時(shí)延要求。但是在發(fā)送/接收語音分組之后,UE可以快速入睡,因?yàn)樵谙乱粋€(gè)語音分組到達(dá)之前。另一方面,F(xiàn)TP流量不像語音那樣對(duì)時(shí)延敏感,長的DRX周期更好地允許UE盡可能多地睡眠。但是,當(dāng)FTP流量處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí),最好在一段時(shí)間后保持清醒,看看是否應(yīng)該傳輸更多數(shù)據(jù),例如TCP ACK或其他文件傳輸?shù)?。不希望在發(fā)送FTP流量后讓UE快速休眠,因?yàn)樵谶@種情況下,TCP-ACK可能會(huì)延遲整個(gè)DRX周期,這會(huì)影響TCP吞吐量。
當(dāng)UE有幾種類型的業(yè)務(wù)活動(dòng)時(shí),事情變得有點(diǎn)復(fù)雜。例如,如果UE同時(shí)具有FTP流量和正在進(jìn)行的語音流量,則“語音DRX”或“FTP DRX”可能都不合適。下圖顯示了三種不同DRX設(shè)置的FTP比特率;
No DRX-UE持續(xù)活動(dòng)
FTP DRX-長DRX周期,長時(shí)間不活動(dòng)
語音DRX-短DRX周期,短時(shí)間不活動(dòng)
DRX配置對(duì)FTP比特率有很大影響。當(dāng)然,完全沒有DRX可以提供最高的吞吐量,但功耗會(huì)受到影響,因此這不是優(yōu)選的。對(duì)于“FTP DRX”,吞吐量大致相同,但現(xiàn)在UE可以休眠,從而節(jié)省電力。使用“語音DRX”可顯著降低FTP比特率。這樣做的原因是在一些分組被發(fā)送到UE之后,UE太快地移動(dòng)到睡眠狀態(tài)。

綜上所述,僅基于哪種承載可用來選擇DRX模式可能不是一個(gè)好主意,因?yàn)楹线m的DRX模式取決于哪種業(yè)務(wù)對(duì)于UE是活動(dòng)的。當(dāng)UE同時(shí)進(jìn)行語音呼叫和FTP傳輸時(shí),配置為適合語音的DRX或配置為適合FTP的DRX都不是最佳選擇。
在一些情況下,例如當(dāng)UE在切換過程期間發(fā)送了測量報(bào)告時(shí),重要的是UE不要太快入睡,因?yàn)樗赡軙?huì)錯(cuò)過潛在的切換命令。在這種情況下,UE應(yīng)該配置有相對(duì)長的不活動(dòng)定時(shí)器。另一方面,如果UE已經(jīng)發(fā)送了例如語音分組,則很可能希望UE快速入睡以節(jié)省電力,因?yàn)樵谄谕乱粋€(gè)語音分組之前不期望有更多的數(shù)據(jù)。因此,UE應(yīng)該配置有相對(duì)較短的不活動(dòng)定時(shí)器。
UE應(yīng)該應(yīng)用多長時(shí)間的不活動(dòng)定時(shí)器取決于UE有哪些業(yè)務(wù)可用。確保UE蘇醒以接收對(duì)上行鏈路傳輸?shù)捻憫?yīng)的一種方式是始終為UE配置長不活動(dòng)定時(shí)器值,但這在UE有語音要發(fā)送的情況下浪費(fèi)了UE功率。因此,根據(jù)流量配置不活動(dòng)計(jì)時(shí)器將是有益的。
很明顯,不同的業(yè)務(wù)或不同的業(yè)務(wù)混合將需要不同的DRX配置,以允許優(yōu)化的DRX行為。因此,如果可以根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行的流量配置不同的DRX參數(shù)設(shè)置,這將是有益的。eNB然后可以在不同的可用DRX配置中選擇對(duì)于當(dāng)前業(yè)務(wù)組合最為最佳的配置,并相應(yīng)地配置UE。如果業(yè)務(wù)的特性改變,eNB可以用新的DRX參數(shù)重新配置UE。
實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)有多種方式。定時(shí)器的配置通常是RRC信令的一部分,沒有理由改變這一點(diǎn)。當(dāng)前業(yè)務(wù)組合可能會(huì)快速變化,這表明此類命令應(yīng)由MAC CE處理,這反過來又表明UE通過RRC預(yù)先配置了一組DRX配置,然后可以由MAC“激活”。
在LTE中,UE可以配置有兩個(gè)DRX周期。具有兩個(gè)周期性的原因是,如果UE最近傳輸了數(shù)據(jù),則UE很快將傳輸更多數(shù)據(jù)的概率較高。因此,如果UE最近是活動(dòng)的,則使用一個(gè)短的DRX周期,這確保了如果更多數(shù)據(jù)到達(dá),則發(fā)送該數(shù)據(jù)的時(shí)延將很低。但是如果UE在更長時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)送數(shù)據(jù),而UE可以應(yīng)用更長的周期性。
在NR中應(yīng)采用相同的方法,其中應(yīng)支持一個(gè)以上的周期,但問題是層2是否應(yīng)以兩個(gè)DRX周期解決,或者當(dāng)前框架是否應(yīng)通用,允許兩個(gè)以上的DRX周期?
如果擴(kuò)展當(dāng)前框架以支持三個(gè)周期性,例如,UE可以首先(剛剛接收到某物之后)具有非常短的周期性,如10ms。但是如果UE仍然沒有接收到任何數(shù)據(jù),則可以通過應(yīng)用非常長的DRX周期(例如,以秒的數(shù)量級(jí))來允許UE進(jìn)入更深的睡眠。另一方面,在這種情況下,也許最好將UE置于空閑模式。但是,在MTC中可能會(huì)有非常長的DRX可能有用的應(yīng)用。
針對(duì)喚醒方案,有兩種:盲WakeUp方案和智能WakeUp方案。
UE應(yīng)該在數(shù)據(jù)傳輸之前的DRX周期中獲得非常短且節(jié)能的通知。這樣,能源節(jié)約將是雙重的;UE將只需要監(jiān)聽短時(shí)間段來接收WU信號(hào),而不是監(jiān)聽整個(gè)onDuration時(shí)間,并且用于能夠接收該WU信號(hào)的接收機(jī)將不需要斜升和斜降能耗。這種節(jié)能的成本是:
由于WU信號(hào)將在第一DRX周期期間發(fā)送,然后在下一DRX周期中發(fā)送分配;
該喚醒方案似乎需要新的接收機(jī)用于該WU信號(hào)并與主接收機(jī)并行使用。