浅谈RRC状态与手机耗电的关系

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最近有人问我，用了4G后发现手机更耗电了，是怎么回事？其实，影响手机耗电量的原因很多，除了手机本身因素，还有网络因素。

今天，我们谈谈通信协议中的RRC状态是如何影响手机耗电的？通过与WCDMA技术对比来解释为何4G手机比3G更耗电？

WCDMA RRC状态与手机耗电的关系

从用户的角度看，手机无非就是两种运行模式：空闲模式（待机）和连接模式（上网、通话）。从技术的角度看，我们把这叫RRC状态。WCDMA有5种状态：IDLE，CELL_FACH，CELL_DCH，CELL_PCH和URA_PCH。IDLE状态表示手机空闲；CELL_DCH状态表示手机正在执行任务，比如上网看视频；CELL_FACH状态表示手机正在执行一些少量任务。

你用手机上网，无非就几个步骤：掏出手机—>刷微信—>浏览完内容—>关闭屏幕，放进裤袋。而在网络侧，要响应你的每一步动作，要完成三种RRC状态的转移：IDLE—>CELL_DCH—>CELL_FACH—>IDLE。

下面这张图是WCDMA RRC状态转移图。

我们IDLE状态开始，顺时针方向来分析上图。

1. IDLE状态下，手机关闭无线发射。当开始传送数据时，手机会开启无线发射，手机状态从IDLE转移到CELL_DCH状态，这一状态转移有2s时延。

2. 手机处于CELL_DCH状态时，表示手机正在传送或接收数据。当数据传送结束，手机会保留CELL_DCH状态5秒，以备还有后续数据要传。这个5秒钟的空闲时间我们称之为DCH tail。

3. 假如5秒内没有续传数据，手机会转移至共享信道FACH，这叫CELL_FACH状态。CELL_FACH状态下，手机只传送信令或少量数据，如果有更多数据内容需要传送，手机会重新转移至CELL_DCH状态。

4. 在进入CELL_FACH状态12秒后，如果没有数据传送，手机将转移至IDLE状态，关闭无线发射。

现在，我们来看一看LTE状态机运行情况。

LTE RRC状态与手机耗电的关系

LTE的RRC状态相对简化，只有两种：RRC_IDLE和RRC_CONNECTED。

基于包的数据流通常是突发性的，在没有数据传输的时候，可以通过关闭UE的接收电路来降低功耗，从而提升电池使用时间，为此，LTE采用DRX（Discontinuous Reception，不连续接收）技术。

DRX的基本机制是为UE配置一个DRX cycle。DRX cycle由“On Duration”和“Opportunity for DRX”组成：在“On Duration”的时间内，UE监听并接收PDCCH（激活期）；在“Opportunity for DRX”时间内，UE不接收下行信道的数据以节省功耗（休眠期）。

根据LTE的两种RRC状态，DRX也分为两种：一种是IDLE DRX，顾名思义，也就是当UE处于IDLE状态下的非连续性接收，由于处于IDLE状态时，已经没有RRC连接以及用户的专有资源，因此这个主要是监听呼叫信道与广播信道，只要定义好固定的周期，就可以达到非连续接收的目的。此时，手机发射功率非常低，小于15毫瓦。

而另一种就是ACTIVE DRX，也就是UE处在RRC-CONNECTED 状态下的DRX， 可以优化系统资源配置，更重要的是可以节约手机功率，而不需要通过让手机进入到RRC_IDLE 模式来达到这个目的，例如一些非实时应用，像web浏览，即时通信等，总是存在一段时间，手机不需要不停的监听下行数据以及相关处理，由于这个状态下依然存在RRC连接，因此UE要转到连接状态的速度非常快。

在RRC_CONNECTED状态下的DRX又分为：Short DRX 和 Long DRX，对应的DRX cycle 分别叫short DRX cycle和long DRX cycle。

不论是short DRX cycle还是long DRX cycle，都要启动OnDurationTimer定时器，在这个定时器内，终端都会不停地监听是否有数据传输，此时手机发射功率较大（1000-3500毫瓦）。

我们简化一下，来看看下面这张RRC状态转移图：

手机传送数据时处于连续接收（Continuous Reception）状态，如果手机停止数据传送（定时器终止）而进入等待数据传送，此时，由连续接收状态转移至short DRX 和 long DRX 。

手机处于连续接收状态，表明手机正在传送数据。当数据传送完成，手机转移至short DRX，等待传送数据，此时，如果还有后续数据要传，手机将返回连续接收状态。如果没有后续数据再传，手机将进一步转移至long DRX。

手机处于long DRX，就意味着准备进入RRC_IDLE状态，如果此时还有后续数据要传，同样也会返回到连续接收状态；如果没有，手机将转移至RRC_IDLE状态。

无论是连续接收状态，还是short DRX、long DRX，都需要去监听是否有数据传输，此时手机发射功率较高。 当手机进入RRC_IDLE状态，手机发射功率非常低，使用小于15毫瓦功率。

LTE和WCDMA两种不同的RRC状态机对手机耗电有什么影响？

实验证明，LTE网络下，手机在连续接收状态下消耗的电量的大小取决于手机上网速率的高低，速率越低，消耗的电量越低，速率越高，消耗的电量越高。

而在WCDMA网络下，手机处于CELL_DCH状态时，无论速率大小，手机耗电量不变。

不过，4G手机的耗电量略比3G手机高，主要原因不在数据传送时，而是在数据传送结束后的那段等待时间。

在LTE Short DRX 和 Long DRX监听状态下，虽然没有数据传送，但此时手机仍然保持较高功率发射；而在WCDMA CELL_FACH状态下，手机发射功率将减半。

为了清楚的描述LTE 和 WCDMA状态机运行差异对手机耗电的影响，来自AT&T实验室给出了两张诊断对比图。

比较上面两幅图的“RRC States”状态栏，在这条横轴上，阴影交叉线部分表示了数据传送结束后的那段等待时间（LTE Short DRX/Long DRX状态和WCDMA CELL_FACH状态）。比较一下两幅图阴影交叉线部分的长度，很显然，LTE明显高于WCDMA，这正是4G手机耗电量大于3G手机的原因。

下面两张表是RRC各状态消耗功率对比表

数据进一步表明，4G手机比3G手机更耗电的主要原因是，在LTE Long DRX下耗费了太多电量。

当然，影响手机耗电的原因还很多，比如覆盖、频率、手机采用的省电技术等等，本文仅就RRC 协议部分对手机耗电影响进行分析，不能以点概面，仅供参考！