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1、 WCDMA和GSM终端耗电量对比分析报告 WCDMA和GSM终端耗电量对比分析华为技术有限公司目 录第一部分、概述3第二部分、WCDMA终端耗电量分析3第一节 综述3第二节 网络和参数因素3第三节 移动终端的发射功率5第三节 Rake接收机在信号处理时的能量消耗6第四节 移动终端CPU在处理信息时的能量消耗7第五节 移动终端电池发热对能量的消耗9第六节 其他10第三部分、小结11第一部分、概述 在当今中国，3G技术带着其比GSM无以伦比的优势进入到人们生活中时，也带来了更多的关注度。特别是WCDMA作为3G技术中最为成熟，使用最为广泛的技术也带来了比其他3G制式更多的社会关注度从而成为同GS
2、M相对的一个阵营。而在其中，移动终端的耗电问题也日益浮现出来成为人们乐于讨论和研究的话题。因此，本文从移动终端主要的几个耗电量大的方面作为出发点进行阐述其耗电量和GSM移动终端耗电的对比关系。第二部分、WCDMA终端耗电量分析第一节 综述根据目前的使用和测试经验，以及国外相关的报道可以了解到，WCDMA终端耗电主要表现在以下几个方面： 网络和参数因素 移动终端的发射功率； rake接收机在信号处理时的能量消耗 移动终端CPU在处理信息时所要消耗的能量 移动终端电池发热对能量的消耗补充说明：测试时使用的是华为120E测试手机，其所使用的电池是华为HBU83S，容量为800mAh，正常工作电压为3
3、.7V。也就是说这款手机的电池的总容量为W=800/1000*3.7*3600J=10656J（也就是说该款手机的电池化学能能提供的总能量就只有10656焦）。而一般的输出电流为800的20%，也就是正常情况下该款手机可以保持通话达5个小时左右，再除去CPU的运算耗能，电池发热耗能等，最多也就在4个小时左右。下面将就影响终端耗电主要的几个方面展开分析。（以下论述，只是对GSM和WCDMA在同时进行语音业务下的对比）第二节 网络和参数因素1. 无线网络质量：无线信号强度、网络覆盖情况、基站交叠覆盖区域的信号稳定性等。终端若频繁进行网络系统捕获则必然增加终端待机时的耗电量。相对而言，终端移动次数越
4、频繁越容易耗电。同时终端如果距基站越远,也越容易耗电。根据华为120E测试手机的测试，手机在定点做通话业务的时候，持续通话时间是3.5个小时, 在对城区进行测试的时候可以坚持3.2个小时（其中包括经过弱区覆盖的地方），W系统的功控受远近效益的影响很大，在进行移动测试的时候，同时考虑了远近效益的因素，是否处于切换带等多种因素，所以耗电量比定点测试大。2. 如W C D M A 系统中的寻呼周期系数，这个参数决定终端在空闲状态时醒来监听寻呼信道消息的时间间隔，时间间隔大意味着终端醒来的次数就少，则终端待机时间相对就长，这个参数对终端待机耗电影响比较明显。其它参数如基于时间登记的周期计时器等，也会对
5、终端待机耗电产生影响。但是这些参数只影响手机的待机时间长短，并不能对手机进行业务持续的时间起到优化作用。比较网络质量和参数设置对手机耗电量的影响，如果是针对进行业务的时间，网络质量对耗电量的影响更为明显，因为这里网络质量直接和TPC，SIR，重传比例，BLER，EcNo等多种指标联系紧密，就比如说一个UE在一个RSCP不好的地方，EcNo的质量也不是很好，那么手机在建立起来业务进行闭环功率控制的时候，上行链路和下行链路的闭环功率控制都是由接收方估计接收到的DPCH的SIR，与预先设置的门限相比较。如果估计值大于门限就发出TPC命令“0”（降低功率）；如果小于门限就发出TPC命令“1”（升高功率
6、）。接收到TPC命令的一方根据一定的算法决定发射功率的升高或降低。上下行闭环功控的频率是1500HZ，这其中要经过复杂的计算，消耗手机的能量。同时EcNo差又可能导致BLER上升，进而导致重传率升高，这些过程都会导致手机的耗电量提升，而手机的耗电量主要消耗在进行业务的时候，所以网络质量对手机进行业务的持续时间是有影响的，而其本质原因是因为网络质量问题影响到了手机的内部运算机制，从而导致了手机的耗电量增加。而对于待机状态下的手机，进行寻呼周期系数的调整确实可以增长手机的待机时间，但是同时也影响了手机对寻呼信道的监听能力，可能导致呼叫发起后找不到被叫，或者接受不到寻呼信息等情况。这个参数只影响手机
7、的待机时间，并不影响手机的业务时间，所以是否需要进行调整需要更加具体情况来选择。网络质量和参数的设置对手机的耗电量是有影响，但是对手机耗电量的影响并不是那么大。这些在下文会进行详细介绍。第三节 移动终端的发射功率1、 移动终端的发射功率（TX Power）也就是我们常说的手机上行的发射功率，发射射频信号必然需要消耗大量的能量，这是移动终端耗电的一个主要的方面。发射功率越大对应的耗电量也就越大。2、 在正常情况下（非弱覆盖区域），WCDMA的移动终端的发射功率都是小于0dBm的，这个就意味着，在正常情况下，每次的发射功率小于1mw。（dBm=10*log（TX Power/103）3、 WCDM
8、A的功率控制频率一般为1500HZ，也就是说，WCDMA对于功率的控制做的比GSM要好（GSM在1秒钟内的功控次数最多2次）。根据DT测试结果来看，平均的TX Power在-20dBm（定点测试时该值会更好）。低于GSM的手机发射功率。4、 在GSM网络测试中，经常看到手机的上行发射功率TxPower为大于0的值，一般在519（GSM900）或是015（DCS1800/GSM1900），而一般对应的最小的上行发射功率（19）为5dBm，这样在一次发射中，GSM的发射功率至少比WCDMA的发射功率高出25个dB，也就是316倍，即GSM终端发射一次的所耗能量可供WCDMA终端发射300次信号。5
9、、 从以上的分析可以看出，由于WCDMA快速功控的存在，在进行每一次的发射时，WCDMA移动终端都要比GSM的终端要省电得多，但是为了抵抗快衰落对WCDMA网络信号的影响，WCDMA的功控频率是GSM的750倍，简单的说，WCDMA系统中功率控制的目标就是在保证用户通信质量的条件下，使用户的发射功率尽量小。6、 如果手机在一个信号很好的地方，发射功率是15dbm，那么如果手机电池的功率全部用在功率发射上，那么手机可以坚持的时间是(测试手机为例)：T= (0.8*3.7) *1000/ 10(-15/10) = 296000 (小时)既是发射功率是0dbm，且全部用在发射功率上，那么手机可以坚持
10、的时间是：T= (0.8*3.7) *1000/ 10(0/10) = 2960 (小时)7、 射频芯片组是也是手机另一块主要耗电单元（这里说的是射频芯片组，并不是单指射频功率），尤其是当手机处于通话状态，在通话过程中无线收发信机处于工作状态，终端发射功率越大耗电也就越大，在待机情况下，相同手机，在WCDMA网络下待机的时间要比在GSM网络下待机的时间长，各个不通的终端，待机的差值也不同。这些数据可以简单的说明，WCDMA手机在发射功率上，耗电量是很小的，同时也反映了W手机快速功控的优势，所以真正影响手机耗电量的是来自终端内部的处理机制和手机的放热上，下面就通过W手机的内部进行描述。第三节 R
11、ake接收机在信号处理时的能量消耗1、 对某一时延位置而言，通常会有许多条长度几乎相等的无线信号传播路径。例如,与单个码片持续时间（3.84Mcps时一个码片的持续时间为0.26us，相当于78m）相比长度差为半个波长（2GHz情况大约为7cm）的路径上的信号事实上是在同一瞬间到达的。这样即使当接收机只移动了很短的距离，就会发生信号抵消，也被称作“快衰落”的效果。最好是把信号抵消理解成一些加权向量的求和，加权向量表示的是一个特定时隙的一条特定路径的相移（通常以无线信号的波长为模）和衰减2、 WCDMA中对抗衰落的方法有：1) 使用多个Rake指峰（相关接收机）把那些延迟的、分散的能量集中起来，
12、这些指峰分配到那些有显著能量到来的延迟位置上。2) 利用快速功率控制和Rake接收机内在地分集接收的性质来减轻信号功率衰落的问题。3) 采用强大的编码、交织和重传协议给信号增加冗余度和时间分集以助于接收机从衰落中恢复用户比特。RAKE接收机框图3、 如上图，Rake接收机的原理就是当多径信号到达移动终端的时延大于一个码片的传输时间的时候，就可以认为这几路信号是不相干的，再对其进行相位纠正后加权求和取得最大的接收信号。 4、 对于多个接收天线分集接收而言，多个接收天线接收的多径可以用上面的方法同样处理，RAKE接收机既可以接收来自同一天线的多径，也可以接收来自不同天线的多径，从RAKE接收的角度
13、来看，两种分集并没有本质的不同。但是，在实现上由于多个天线的数据要进行分路的控制处理，增加了基带处理的复杂度。5、 WCDMA移动终端具有较强接收增益的Rake接收功能，使得接收到较弱的信号都能获得很好的接收性能。而GSM的移动终端在这点上是比不上WCDMA的，所以为了获得很好的接收增益也会造成很大的耗电量。毕竟根据能量守恒定律，在这里很弱的信号得到了极大的加强，必是有外加的能量作用于其上所造成的，故而因WCDMA移动终端高接收增益的Rake接收机的存在使得WCDMA的移动终端比GSM的移动终端更加的耗电。第四节 移动终端CPU在处理信息时的能量消耗基带处理芯片是终端主要的耗电单元，基带编解码
14、等处理技术的复杂程度直接决定了基带数据处理量的大小和基带芯片结构的复杂程度，数据处理量越大、芯片结构越复杂，则在相同的半导体制造工艺水平下基带处理芯片耗电量就越大。1、 WCDMA较之GSM更为复杂的技术带来高扩频增益等优势的同时也引入了比GSM更多的、更复杂的运算。例如信道编码运算，卷积码，Turbo码，Map算法，Turbo码的迭代译码原理，多用户检测技术，功率控制，软切换和更软切换等。下面对这些算法的运算量做一个简单的分析：1) 信道编码和交织运算：信道编码按一定的规则给数字序列M增加一些多余的码元，使不具有规律性的信息序列M变换为具有某种规律性的数字序列Y（码序列）。采用编码编码增益（
15、dBBER=10-3）编码增益（dBBER=10-5）数据速率理想编码11.213.6级联码（RS与卷积码Viterbi译码）6.5-7.58.5-9.5适中卷积码序列译码（软判决）6.0-7.08.0-9.0适中分组码（软判决）5.0-6.06.5-7.5适中级联码（RS与分组码）4.5-5.56.5-7.5很高卷积码Viterbi译码4.0-5.55.0-6.5高卷积码序列译码（硬判决）4.0-5.06.0-7.0高分组码（硬判决）3.0-4.04.5-5.5高分组码门限译码2.0-4.03.5-5.5高卷积码门限译码1.5-3.02.5-4.0很高上表可以看出既是对于相同的调制方式，不同的编码方案得到的解调信噪比是不同的，即编码增益是不同的。我们通常采用的编码方式有线性分组码、卷积码、Reed-Solomon码、BCH码、Turbo码等。WCDMA选用的码字是语音和低速信令采用卷积码，数据采用Turbo码。2) Map算法：是按符号来计算最大后验概率的算法。该算法根据接收的整个序列R对每个传输符号计算它的软输出值，该值用最大后验
