淺談RRC狀態(tài)與手機耗電的關(guān)系

時間：2015-03-18　來源：中國集群通信網(wǎng)　作者：郭安　點擊：次

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最近有人問我，用了4G后發(fā)現(xiàn)手機更耗電了，是怎么回事？其實，影響手機耗電量的原因很多，除了手機本身因素，還有網(wǎng)絡(luò)因素。

今天，我們談?wù)勍ㄐ艆f(xié)議中的RRC狀態(tài)是如何影響手機耗電的？通過與WCDMA技術(shù)對比來解釋為何4G手機比3G更耗電？

WCDMA RRC狀態(tài)與手機耗電的關(guān)系

從用戶的角度看，手機無非就是兩種運行模式：空閑模式（待機）和連接模式（上網(wǎng)、通話）。從技術(shù)的角度看，我們把這叫RRC狀態(tài)。WCDMA有5種狀態(tài)：IDLE，CELL_FACH，CELL_DCH，CELL_PCH和URA_PCH。IDLE狀態(tài)表示手機空閑；CELL_DCH狀態(tài)表示手機正在執(zhí)行任務(wù)，比如上網(wǎng)看視頻；CELL_FACH狀態(tài)表示手機正在執(zhí)行一些少量任務(wù)。

你用手機上網(wǎng)，無非就幾個步驟：掏出手機—>刷微信—>瀏覽完內(nèi)容—>關(guān)閉屏幕，放進褲袋。而在網(wǎng)絡(luò)側(cè)，要響應(yīng)你的每一步動作，要完成三種RRC狀態(tài)的轉(zhuǎn)移：IDLE—>CELL_DCH—>CELL_FACH—>IDLE。

下面這張圖是WCDMA RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

我們IDLE狀態(tài)開始，順時針方向來分析上圖。

1. IDLE狀態(tài)下，手機關(guān)閉無線發(fā)射。當(dāng)開始傳送數(shù)據(jù)時，手機會開啟無線發(fā)射，手機狀態(tài)從IDLE轉(zhuǎn)移到CELL_DCH狀態(tài)，這一狀態(tài)轉(zhuǎn)移有2s時延。

2. 手機處于CELL_DCH狀態(tài)時，表示手機正在傳送或接收數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，手機會保留CELL_DCH狀態(tài)5秒，以備還有后續(xù)數(shù)據(jù)要傳。這個5秒鐘的空閑時間我們稱之為DCH tail。

3. 假如5秒內(nèi)沒有續(xù)傳數(shù)據(jù)，手機會轉(zhuǎn)移至共享信道FACH，這叫CELL_FACH狀態(tài)。CELL_FACH狀態(tài)下，手機只傳送信令或少量數(shù)據(jù)，如果有更多數(shù)據(jù)內(nèi)容需要傳送，手機會重新轉(zhuǎn)移至CELL_DCH狀態(tài)。

4. 在進入CELL_FACH狀態(tài)12秒后，如果沒有數(shù)據(jù)傳送，手機將轉(zhuǎn)移至IDLE狀態(tài)，關(guān)閉無線發(fā)射。

現(xiàn)在，我們來看一看LTE狀態(tài)機運行情況。

LTE RRC狀態(tài)與手機耗電的關(guān)系

LTE的RRC狀態(tài)相對簡化，只有兩種：RRC_IDLE和RRC_CONNECTED。

基于包的數(shù)據(jù)流通常是突發(fā)性的，在沒有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，可以通過關(guān)閉UE的接收電路來降低功耗，從而提升電池使用時間，為此，LTE采用DRX（Discontinuous Reception，不連續(xù)接收）技術(shù)。

DRX的基本機制是為UE配置一個DRX cycle。DRX cycle由“On Duration”和“Opportunity for DRX”組成：在“On Duration”的時間內(nèi)，UE監(jiān)聽并接收PDCCH（激活期）；在“Opportunity for DRX”時間內(nèi)，UE不接收下行信道的數(shù)據(jù)以節(jié)省功耗（休眠期）。

根據(jù)LTE的兩種RRC狀態(tài)，DRX也分為兩種：一種是IDLE DRX，顧名思義，也就是當(dāng)UE處于IDLE狀態(tài)下的非連續(xù)性接收，由于處于IDLE狀態(tài)時，已經(jīng)沒有RRC連接以及用戶的專有資源，因此這個主要是監(jiān)聽呼叫信道與廣播信道，只要定義好固定的周期，就可以達到非連續(xù)接收的目的。此時，手機發(fā)射功率非常低，小于15毫瓦。

而另一種就是ACTIVE DRX，也就是UE處在RRC-CONNECTED 狀態(tài)下的DRX，可以優(yōu)化系統(tǒng)資源配置，更重要的是可以節(jié)約手機功率，而不需要通過讓手機進入到RRC_IDLE 模式來達到這個目的，例如一些非實時應(yīng)用，像web瀏覽，即時通信等，總是存在一段時間，手機不需要不停的監(jiān)聽下行數(shù)據(jù)以及相關(guān)處理，由于這個狀態(tài)下依然存在RRC連接，因此UE要轉(zhuǎn)到連接狀態(tài)的速度非常快。

在RRC_CONNECTED狀態(tài)下的DRX又分為：Short DRX 和 Long DRX，對應(yīng)的DRX cycle 分別叫short DRX cycle和long DRX cycle。

不論是short DRX cycle還是long DRX cycle，都要啟動OnDurationTimer定時器，在這個定時器內(nèi)，終端都會不停地監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)傳輸，此時手機發(fā)射功率較大（1000-3500毫瓦）。

我們簡化一下，來看看下面這張RRC狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖：

手機傳送數(shù)據(jù)時處于連續(xù)接收（Continuous Reception）狀態(tài)，如果手機停止數(shù)據(jù)傳送（定時器終止）而進入等待數(shù)據(jù)傳送，此時，由連續(xù)接收狀態(tài)轉(zhuǎn)移至short DRX 和 long DRX 。

手機處于連續(xù)接收狀態(tài)，表明手機正在傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送完成，手機轉(zhuǎn)移至short DRX，等待傳送數(shù)據(jù)，此時，如果還有后續(xù)數(shù)據(jù)要傳，手機將返回連續(xù)接收狀態(tài)。如果沒有后續(xù)數(shù)據(jù)再傳，手機將進一步轉(zhuǎn)移至long DRX。

手機處于long DRX，就意味著準(zhǔn)備進入RRC_IDLE狀態(tài)，如果此時還有后續(xù)數(shù)據(jù)要傳，同樣也會返回到連續(xù)接收狀態(tài)；如果沒有，手機將轉(zhuǎn)移至RRC_IDLE狀態(tài)。

無論是連續(xù)接收狀態(tài)，還是short DRX、long DRX，都需要去監(jiān)聽是否有數(shù)據(jù)傳輸，此時手機發(fā)射功率較高。當(dāng)手機進入RRC_IDLE狀態(tài)，手機發(fā)射功率非常低，使用小于15毫瓦功率。

LTE和WCDMA兩種不同的RRC狀態(tài)機對手機耗電有什么影響？

實驗證明，LTE網(wǎng)絡(luò)下，手機在連續(xù)接收狀態(tài)下消耗的電量的大小取決于手機上網(wǎng)速率的高低，速率越低，消耗的電量越低，速率越高，消耗的電量越高。

而在WCDMA網(wǎng)絡(luò)下，手機處于CELL_DCH狀態(tài)時，無論速率大小，手機耗電量不變。

不過，4G手機的耗電量略比3G手機高，主要原因不在數(shù)據(jù)傳送時，而是在數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后的那段等待時間。

在LTE Short DRX 和 Long DRX監(jiān)聽狀態(tài)下，雖然沒有數(shù)據(jù)傳送，但此時手機仍然保持較高功率發(fā)射；而在WCDMA CELL_FACH狀態(tài)下，手機發(fā)射功率將減半。

為了清楚的描述LTE 和 WCDMA狀態(tài)機運行差異對手機耗電的影響，來自AT&T實驗室給出了兩張診斷對比圖。

比較上面兩幅圖的“RRC States”狀態(tài)欄，在這條橫軸上，陰影交叉線部分表示了數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后的那段等待時間（LTE Short DRX/Long DRX狀態(tài)和WCDMA CELL_FACH狀態(tài)）。比較一下兩幅圖陰影交叉線部分的長度，很顯然，LTE明顯高于WCDMA，這正是4G手機耗電量大于3G手機的原因。

下面兩張表是RRC各狀態(tài)消耗功率對比表