tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2023-9-5-16-24tuzsut-511Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, INSTRUMENTATION AND COMMUNICATIONSАнализ энергоэффективности схемы прерывистого приема в системах связи 5G NREnergy Efficiency Analysis of the Discontinuous Reception Scheme in 5G NR Communication Systemshttps://orcid.org/0000-0003-4213-953XЕрмолаевГ. А.ErmolaevG.

аспирант кафедры статистической радиофизики и мобильных систем связи Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

gregory.a.ermolaev@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6679-9295БолховскаяО. В.BolkhovskayaO.

кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры статистической радиофизики и мобильных систем связи Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

obol@rf.unn.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8694-0033МальцевА. А.MaltsevA.

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой статистической радиофизики и мобильных систем связи Национального исследовательского Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

maltsev@rf.unn.ruНациональный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. ЛобачевскогоРоссияLobachevsky State University of Nizhny NovgorodRussian Federation202314112023951624Copyright © Ермолаев Г.А., Болховская О.В., Мальцев А.А., 20232023Ермолаев Г.А., Болховская О.В., Мальцев А.А.Ermolaev G., Bolkhovskaya O., Maltsev A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/511

Целью данной работы является анализ схем энергосбережения пользовательского оборудования в первых релизах (Release 15) систем сотовой мобильной связи пятого поколения 5G NR, а также определение возможных направлений повышения энергоэффективности этих систем. В работе описаны выявленные недостатки существующей схемы прерывистого приема, используемой для энергосбережения пользовательского оборудования в 5G NR. Путем имитационного моделирования системы проведен детальный анализ эффективности снижения потребления энергии пользовательским оборудованием при использовании схемы прерывистого приема для различных моделей трафика и ключевого сценария развертывания систем беспроводной сотовой мобильной связи 5G. Анализ результатов моделирования показал, что использование схемы прерывистого приема не позволяет достичь верхней границы возможного энергосбережения для всех исследованных моделей трафика по ряду причин, описанных в данной работе.

The purpose of this work is to analyze the energy saving schemes of user equipment in the first releases (Release 15) of the fifth generation (5G NR) cellular mobile communication systems, as well as to identify possible ways to improve the energy efficiency of these systems. The paper describes the identified drawbacks of the existing discontinuous reception scheme (DRX-scheme) used for user equipment energy saving in 5G NR. The effectiveness of discontinuous reception scheme in reducing user equipment energy consumption was analyzed in detail by simulation study for various traffic models and a key scenario for the deployment of 5G wireless cellular mobile communication systems. Analysis of the simulation results shows that the discontinuous reception scheme does not reach the upper limit of possible energy saving for all the traffic models studied for a number of reasons described in this paper.

системы радиосвязиэнергосбережениесхема прерывистого приемаDRXприемо-передающее оборудованиеалгоритмы цифровой обработки сигналов5G NRradio communication systemsenergy savingdiscontinuous reception schemeDRXreceiving and transmitting equipmentdigital signal processing algorithms5G NRисследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-32-90197This research was funded by RFBR according to the research project No. 20-32-90197ReferencesDahlman E., Parkvall S., Skold J. 5G NR: The Next Generation Wireless Access Technolog. Academic Press, 2018.Dahlman E., Parkvall S., Skold J. 5G NR: The Next Generation Wireless Access Technology. Academic Press; 2018.Rec. ITU-R M.2410-0 (2017). Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s).Rec. ITU-R M.2410-0. Minimum requirements related to technical performance for IMT-2020 radio interface(s). 2017.Mondal B., Sergeev V., Sengupta A., Ermolaev G., Davydov A., Kwon E., et al. MU-MIMO and CSI Feedback Performance of NR/LTE // Proceedings of the 53rd Annual Conference on Information Sciences and Systems (CISS, Baltimore, USA, 20‒22 March 2019). IEEE, 2019. PP. 1‒6. DOI:10.1109/CISS.2019.8692922Mondal B., Sergeev V., Sengupta A., Ermolaev G., Davydov A., Kwon E., et al. MU-MIMO and CSI Feedback Perfor-mance of NR/LTE. Proceedings of the 53rd Annual Conference on Information Sciences and Systems, CISS, 20‒22 March 2019, Baltimore, USA. IEEE; 2019. p.1‒6. DOI:10.1109/CISS.2019.8692922Бурков А.А., Тюрликов А.М. Верхняя оценка спектральной эффективности для систем с гибридной решающей обратной связью при ограничении на вид модуляции // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2020. № 1. С. 74–83.Burkov A.A., Turlikov A.M. An Upper Estimate of the Spectral Efficiency for Systems with Hybrid Automatic Repeat Request with a Restriction on the Type of Modulation. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2020;1:74–83.Ermolaev G.A, Bolkhovskaya O.V., Maltsev A.A. Advanced Approach for TX Impairments Compensation Based on Signal Statistical Analysis at the RX Side // Proceedings of the International Scientific Conference on Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF, St. Petersburg, Russia, 31 May 2021 ‒ 04 June 2021). IEEE, 2021. PP. 1‒5. DOI:10.1109/WECONF51603.2021.9470687Ermolaev G.A, Bolkhovskaya O.V., Maltsev A.A. Advanced Approach for TX Impairments Compensation Based on Signal Statistical Analysis at the RX Side. Proceedings of the International Scientific Conference on Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems, WECONF, 31 May 2021 ‒ 04 June 2021, St. Petersburg, Russia. IEEE; 2021. p.1‒5. DOI:10.1109/WECONF51603.2021.9470687Болховская О.В., Ермолаев Г.А., Tрушков С.Н., Мальцев А.А. Прототип приемопередающего оборудования скоростной передачи данных в частотном диапазоне 57‒64 ГГц // Труды учебных заведений связи. 2023. Т. 9(2). С. 23‒39. DOI:10.31854/1813-324X-2023-9-2-23-39Bolkhovskaya O., Ermolaev G., Trushkov S., Maltsev A. Prototype of High-Speed Data Transmission Receiving and Transmitting Equipment in the 57‒64 GHz Frequency Range. Proceedings of Telecommun. Univ. 2023;9(2):23‒39. DOI:10.31854/1813-324X-2023-9-2-23-39Burkov A., Shneer S., Turlikov A. An Achievability Bound of Energy Per Bit for Stabilized Massive Random Access Gaussian Channel // IEEE Communications Letters. 2020. Т. 25. № 1. PP. 299–302. DOI:10.1109/LCOMM.2020.3023461Burkov A., Shneer S., Turlikov A. An Achievability Bound of Energy Per Bit for Stabilized Massive Random Access Gaussian Channel. IEEE Communications Letters. 2020;25(1):299–302. DOI:10.1109/LCOMM.2020.Herreria-Alonso S., Rodriguez-Perez M., Fernandez-Veiga M., Lopez-Garcia C. Adaptive DRX Scheme to Improve Energy Efficiency in LTE Networks with Bounded Delay // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2015. Vol. 33. Iss. 12. PP. 2963‒2973. DOI:10.1109/JSAC.2015.2478996Herreria-Alonso S., Rodriguez-Perez M., Fernandez-Veiga M., Lopez-Garcia C. Adaptive DRX Scheme to Improve Ener-gy Efficiency in LTE Networks with Bounded Delay. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2015;33(12):2963‒2973. DOI:10.1109/JSAC.2015.2478996Wang H.C., Tseng C.C., Chen G.Y., Kuo F.C., Ting K.C. Power saving by LTE DRX mechanism using a mixture of short and long cycles // Proceedings of the International Conference of IEEE Region 10 (TENCON 2013, Xi'an, China, 22‒25 October 2013). IEEE, 2013. PP. 1‒6. DOI:10.1109/TENCON.2013.6719041Wang H.C., Tseng C.C., Chen G.Y., Kuo F.C., Ting K.C. Power saving by LTE DRX mechanism using a mixture of short and long cycles. Proceedings of the International Conference of IEEE Region 10, TENCON 2013, 22‒25 October 2013, Xi'an, China. IEEE; 2013. p.1‒6. DOI:10.1109/TENCON.2013.6719041Arunagiri P., Nagarajan G. Optimization of power saving and Latency in LTE network using DRX mechanism // Proceedings of the 10th International Conference on Intelligent Systems and Control (ISCO, Coimbatore, India, 07‒08 January 2016). IEEE, 2016. PP. 1‒4. DOI:10.1109/ISCO.2016.7727036Arunagiri P., Nagarajan G. Optimization of power saving and Latency in LTE network using DRX mechanism. Proceedings of the 10th International Conference on Intelligent Systems and Control, ISCO, 07‒08 January 2016, Coimbatore, India. IEEE; 2016. p.1‒4. DOI:10.1109/ISCO.2016.7727036ETSI TS 138.211 (2020-07). NR; Physical channels and modulation (3GPP TS 38.211 version 16.2.0 Release 16).ETSI TS 138.211. NR; Physical channels and modulation (3GPP TS 38.211 version 16.2.0 Release 16). July 2020.ETSI TS 138.212 (2018-07). NR; Multiplexing and channel coding (3GPP TS 38.212 version 15.2.0 Release 15).ETSI TS 138.212. NR; Multiplexing and channel coding (3GPP TS 38.212 version 15.2.0 Release 15). July 2018.ETSI TS 138.213 (2018-07). NR; Physical layer procedures for control (3GPP TS 38.213 version 15.2.0 Release 15).ETSI TS 138.213. NR; Physical layer procedures for control (3GPP TS 38.213 version 15.2.0 Release 15). July 2018.ETSI TS 138.214 (2018-10). NR; Physical layer procedures for data (3GPP TS 38.214 version 15.3.0 Release 15).ETSI TS 138.214. NR; Physical layer procedures for data (3GPP TS 38.214 version 15.3.0 Release 15). October 2018.ETSI TS 138.901 (2020-11). Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz (3GPP TR 38.901 version 16.1.0 Release 16).ETSI TS 138.901. Study on channel model for frequencies from 0.5 to 100 GHz (3GPP TR 38.901 version 16.1.0 Release 16). November 2020.3GPP R1-070674. LTE Physical Layer Framework for Performance Verification. 2007.3GPP R1-070674. LTE physical layer framework for performance verification. 2007.ETSI TS 138.101-1 (2018-10). 5G; NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 1: Range 1 Standalone (3GPP TS 38.101-1 version 15.3.0 Release 15).ETSI TS 138.101-1. 5G; NR; User Equipment (UE) radio transmission and reception; Part 1: Range 1 Standalone (3GPP TS 38.101-1 version 15.3.0 Release 15). October 2018.ATIS.3GPP.38.840.V1600 (2019-06). Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Study on User Equipment (UE) power saving in NR (Release 16).ATIS.3GPP.38.840.V1600. Technical Specification Group Radio Access Network; NR; Study on User Equipment (UE) power saving in NR (Release 16). June 2019.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.