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移动通信技术-从iPhone 5s看4G手机耗电v1-0

从iPhone 5s看4G手机耗电

孔露婷139******** kongluting@https://www.sodocs.net/doc/725975969.html,终端技术研究所

阮航136******** ruanhang@https://www.sodocs.net/doc/725975969.html,终端技术研究所

肖善鹏139******** xiaoshanpeng@https://www.sodocs.net/doc/725975969.html,终端技术研究所

摘要:随着智能手机的普及程度越来越高,业务应用越来越丰富,手机耗电已经成为最重要的用户体验之一。伴随2014年初支持TD-LTE的iPhone 5s上市,研究院针对iPhone 5s及其他主流TD-LTE手机进行了耗电专项测试研究,从硬件、网络配置、业务应用等方面开展分析。本文详细分析了iPhone 5s的耗电性能,并基于此提出若干降低4G终端功耗的优化方法。

关键字:LTE终端,耗电,iPhone 5s

1 引言

自2013年12月苹果公司iPhone 5s支持我公司网络以来,一直受到产业界和用户的高度关注,同时研究院终端所从各方面收集到了一些手机使用过程中的问题,其中包括耗电问题。

为此近期开展了针对iPhone 5s的耗电测试,主要针对待机、业务心跳、语音通话、数据下载、网络因素、用户行为等方面,希望通过与竞品手机的测试对比分析,找到影响耗电的关键因素,并提出建议优化,改善用户感受。

研究发现,iPhone 5s电池容量仅为主流中高端安卓手机的一半左右,但待机功耗优势明显,一定程度弥补了容量小的影响。待机电流低的原因,一方面是苹果对硬件的耗电优化效果较好,另一方面是采用了统一的心跳发送机制,在安装微信、微博等应用后平均待机电流仅6.5mA,远低于竞品安卓手机的22mA。另外发现,手机使用TD-LTE传输相同数据比TD-SCDMA节电30%甚至90%以上,合理的网络配置也可以显著降低终端功耗,用户的不同使用习惯对终端耗电影响较大。

2 iPhone 5s耗电结果分析

下文从待机功耗、语音通话功耗、数据传输功耗三大方面介绍iPhone 5s

的耗电性能。同时,分析得出合理的网络参数配置对降低手机耗电起到很大的作用。最后分析不同的用户使用习惯对手机耗电的影响。

2.1 电池容量小于安卓主流手机

iPhone 5s的电池容量为1560mAh,比起iPhone4S的1420mAh来讲,已经算是有所进步。但考虑到目前安卓中高端手机主流容量为2500mAh~3200mAh,iPhone 5s电池仅为其一半容量,处于绝对劣势。

2.2 待机电流优势明显,归功于特有心跳推送机制

如下图所示,手机待机电流由底电流①和针对APP的服务器消息推送电流②组成。

底电流由维护射频硬件的基础电流和寻呼电流组成,一般为5-8mA,手机硬件构造越复杂,寻呼周期越短,底电流越高。测试发现在TD-LTE网络待机下iPhone 5s待机底电流为4.2mA,而普通手机的待机低电流一般为8mA左右,iPhone 5s待机底电流具有绝对优势,这要归功于苹果公司对硬件耗电的持续优化。

智能手机均会预装不同客户应用,如飞信、和视频、和音乐等;每个手机用户也会根据自己的喜好,安装APP应用程序,如现在普遍使用的微信、微博等,这些已经成为了很多用户互相联系的重要方式。用户一般在打开APP后,会将其置为后台运行,这样能够实时接收到消息。APP会按照某个固定周期向其服务器推送心跳,以便实时报告用户的状态,达到消息及时送达的目的。这就是APP的心跳机制。

当接收到心跳包后,手机会从RRC空闲态迁移到RRC连接态,约15秒后再次进入到RRC空闲态。通过测试发现,预装微信和微博业务并打开数据连接,iPhone 5s平均待机电流为6.5mA;而安装相同软件的某主流安卓手机平均待机电流则达到22mA。

为什么iPhone的待机电流如此低?这一方面要归功于其较低的待机底电流,另一方面要得益于iOS特有的消息推送机制。安卓操作系统不同APP的心跳推送独立完成,当同时安装微信和微博后,推送间隔大概为每2分钟一次,且安装的即时通信APP越多,推送间隔越短,其待机耗电也越高。而iOS系统采用统一心跳推送机制,所有APP的心跳由操作系统统一推送,推送间隔为每8-20分钟推送一次,还可以自适应调整,一般为15分钟。iPhone推送间隔长于安卓系统手机,在安装微信和微博等OTT业务后的平均待机电流仅从4.2mA 增加到6.5mA,功耗优势十分明显。

iPhone心跳推送安卓手机心跳推送

2.3 语音通话耗电与竞品接近

在现网信号中强场测试表明,iPhone 5s GSM语音耗电为103mA,TD-SCDMA 语音耗电为152mA,相同地点某TD-LTE安卓中高端手机GSM和TD-SCDMA语音耗电分别为106mA和141mA,两者耗电比较接近。但如果考虑到iPhone 5s的电池容量较小,理论上其通话时长要短于中高端安卓手机。

2.4 传输相同大小文件,LTE省电明显

在现网某中强场信号环境下,iPhone 5s在TD-LTE网络下进行文件下载,下载速率为21Mbps,平均电流为470mA;在TD-SCDMA网络下进行相同文件下载,下载速率约为0.3Mbps,平均电流为220mA左右。

虽然在TD-LTE网络下电流更高,但因数据速率优势明显,下载用时更短,总体耗电其实更低。按照每MB数据消耗的电量(mAh/MB)计算,iPhone 5s TD-LTE 每MB数据耗电量仅约为TD-SCDMA每MB数据耗电量的1/30,节电90%以上。即使在进行文本、图片等小包数据业务时,也可以节电30%以上。安卓手机也同样具有这些特点。

2.5 网络参数对手机耗电的影响

RRC连接态耗电高于空闲态,即使没有数据传输,RRC连接态耗电仍可达200mA以上。为降低终端在RRC连接态的耗电,现网开启了连接态非连续接收(C-DRX)功能,并综合对终端耗电及网络性能的影响,确定选用长周期=160ms、DRX非激活定时器=60psf的网络配置参数。

通过现网测试,C-DRX开启后可以有效降低iPhone 5s耗电:无业务连接态耗电从220mA降至66mA,降幅约70%;网页浏览耗电从310mA降至约187mA,降幅约40%;在线视频业务耗电从489mA降至367mA,降幅约25%。

同时缩短RRC连接时间并快速返回空闲态是降低手机耗电的重要手段。目前TD-LTE全网RRC连接超时定时器统一为10秒,相比商用初期部分网络设置的40秒,iPhone待机耗电从8.5mA降到6.5mA。

2.6 用户行为对手机耗电的影响

每位iPhone用户都会有自己的偏好,比如习惯使用蓝牙耳机,喜欢绚丽的动态壁纸,即使不用导航也常年打开GPS等。这些行为会不会对手机耗电带来影响呢?

蓝牙耳机对耗电影响较小:打开蓝牙后,iPhone 5s增加耗电约3mA;使用蓝牙耳机进行语音通话,耗电增加也仅在7mA左右。

WiFi接入影响小,但WiFi下传输数据耗电明显增加:打开WiFi后,无论是否连接到WiFi AP,耗电增加3mA左右;如果通过WIFI下载,耗电将增至150mA 左右;如果将iPhone作为AP热点并进行数据下载,耗电达到390mA。

扬声器对耗电影响有限,但音量越大耗电越高:通话过程打开扬声器,音量控制在中等及以下,电流增加不明显,在10mA以内;扬声器在最高音量下功耗增加显著,相比关闭扬声器增加100mA左右。

屏幕动态壁纸耗电大:iPhone 5s为4英寸屏幕,在低亮度和中等亮度下屏幕耗电为100mA左右,最高亮度屏幕耗电达到200mA左右。同时,在中等亮度下使用苹果自带动态壁纸,耗电升高为220mA,是静态壁纸耗电的两倍。

开关GPS对功耗影响很小,但开启导航功耗大幅增加:仅打开GPS功能对功耗影响极小;如果位置定位成功并进行导航,功耗大幅增至344mA,这主要因为运行导航软件及点亮屏幕。

相机取景和拍照的耗电极大:iPhone 5s相机取景耗电为440mA,拍照和录像耗电为560mA,由此可见长时间拍照和录像必然会使手机电量快速下降。而单纯相机取景的耗电也不容忽视,建议不拍照时应该及时退出相机取景。

3结束语

iPhone 5s的待机功耗优化较好,但是由于其远低于主流安卓手机的电池容量,总体续航并没有体现出很大优势。从iPhone几代的演进情况看,电池容量势必会越来越大,但这也依赖于产品尺寸,不能期待未来的iPhone马上达到3000mAh的容量。

虽然电池容量等因素取决于苹果的产品设计,用户无法改变,但用户可以从自身使用习惯入手进行优化,如尽量避免使用动态壁纸、减少相机取景时间等,这样也可以在一定程度上延长iPhone 5s的续航时间。

另一方面,iPhone 5s通过统一心跳推送机制,有效解决了终端应用心跳包频繁推送等问题,具有很大的功耗优势,这对我公司加速永远在线推送平台建设具有启示意义。研究多应用共享长连接方案,加速永远在线平台的应用对解决信令风暴等网络问题、降低终端耗电、提升用户体验有非常积极的作用。此外,网络参数对手机耗电影响较大,建议合理配置网络参数,积极开展VoLTE 参数对手机耗电影响的研究,降低VoLTE终端功耗,有助于提升用户体验。

随着4G时代的全面来临,智能终端被赋予了越来越多的功能和期望,虽然现在针对功耗问题已经有了一些优化方法,但这是一项长期而持久的工作,还有很多领域值得我们继续研究。

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