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    什么是5G RedCap?

    2023/09/06
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    近日,工信部發布《關于推進5G輕量化(RedCap)技術演進和應用創新發展的通知(征求意見稿)》,提出到2025年,5G RedCap產業綜合能力顯著提升,新產品、新模式不斷涌現,融合應用規模上量,安全能力同步增強。其中,全國縣級以上城市實現5G RedCap規模覆蓋,5G RedCap連接數實現千萬級增長。

    一時間,RedCap再次成為業界關注的焦點。

    那到底什么是RedCap?我們今天來展開講講。

    蜂窩物聯技術演進

    先來畫一張蜂窩物聯技術演進圖。

    自Release 8以來,在移動寬帶(MBB/eMBB)速率不斷增長的同時,3GPP也引入了LTE Cat 1、Cat 1 bis、eMTC、NB-IoT、EC-GSM、RedCap等多種蜂窩物聯技術。

    這些蜂窩物聯技術通過不同程度的“功能裁剪”來降低終端和模組的復雜度、成本、尺寸和功耗等指標,從而“量體裁衣”適配不同的物聯需求。

    簡單介紹一下:

    LTE Cat 1/LTE Cat 1 bis:LTE Cat 1是3GPP Release 8專門為M2M物聯應用制定的蜂窩物聯技術,信道帶寬為20MHz,下行峰值速率為10Mbps,上行為5Mbps。

    LTE Cat1 bis提出于Release 13,作為Cat 1的演進,它進一步將LTE Cat 1終端的雙接收天線裁剪為單接收天線。

    LTE Cat 0/eMTC:LTE Cat 0是3GPP Release 12提出的適用于物聯應用的UE類型,信道帶寬為20MHz,上下行峰值速率為1Mbps。LTE Cat 0支持單接收天線和半雙工模式,因此與LTE Cat 1相比,終端復雜度下降至少50%。

    在Release 13中,LTE Cat 0演進為eMTC或LTE-M(Cat M1)。由于最大信道帶寬縮減至1.4MHz,LTE Cat M1相比LTE Cat 0的復雜度進一步減小,覆蓋能力得到進一步提升。

    之后,eMTC演進至5G時代的Release 15和Release 16,功能持續增強。

    NB-IoT:NB-IoT是3GPP Release 13引入的窄帶物聯技術,信道帶寬為180KHz,峰值速率幾十至200Kbps左右。

    與eMTC一樣,NB-IoT也從4G時代的Release 13、Release14持續演進至5G時代,功能不斷增強,共同推動5G Massive IoT發展。

    EC-GSM-IoT:EC-GSM-IoT是3GPP Release 13規范的一部分,主要由2G技術升級演變而來,可通過2G GSM網絡軟件升級實現,信道帶寬為200KHz,峰值速率約70至240Kbps。

    RedCap:RedCap制定于5G Release 17版本,全稱Reduced Capability NR,即“裁剪NR能力”的意思,所以也被稱為輕量版、簡化版的5G NR。

    為什么要引入RedCap?

    眾所周知,5G最初定義了eMBB、uRLLC和mMTC三大場景,與之相對應,5G時代的物聯網類型包括寬帶物聯網、關鍵任務型物聯網和大規模物聯網。

    eMBB主要針對高清視頻、VR/AR等大帶寬應用,通常網絡下行峰值速率高達Gbps,上行達幾百Mbps。

    uRLLC主要針對遠程控制、無人駕駛等關鍵任務型物聯網應用,要求網絡端到端時延低至毫秒級,可靠性高達5個9。

    而mMTC由4G時代的NB-IoT和eMTC低功耗廣域物聯網技術演進而來,主要面向智能抄表、智能路燈等大規模物聯網場景,對數據傳輸速率和時延要求很低,網速小于2Mbps,時延可容忍至10秒。

    雖然這三大場景差異化匹配了高速率、低時延和低速率的物聯應用需求,但細心的你一定發現了,那些對速率和時延要求中等的物聯網應用還沒有覆蓋到。

    比如,用于測量和采集溫度、濕度、壓力等數據的工業無線傳感器要求數據傳輸速率約2Mbps,時延小于100毫秒,可靠性僅需99.99%;智能手表、醫療監控設備、AR/VR眼鏡等可穿戴設備要求數據傳輸速率約2至10Mbps;監控攝像頭要求數據傳輸速率約2至25Mbps,時延小于500毫秒,可靠性僅需99%至99.9%。

    這些物聯網場景如果用eMBB和uRLLC能力來支撐,就是大材小用、資源浪費,而mMTC的速率和時延能力又不能滿足需求。

    RedCap,正是為了填補eMBB、mMTC與uRLLC之間的“空白地帶”而生的蜂窩物聯技術。

    正如演進圖中所示,RedCap位于中間位置。如果根據帶寬、時延、成本、終端功耗、覆蓋距離等技術指標將5G蜂窩物聯網分為低、中、高三個檔位,那么RedCap就是5G時代的“中檔”物聯技術。

    RedCap裁剪了哪些能力?

    如上表,Release 17 RedCap主要裁剪了以下功能,從而將終端復雜度和成本下降50%至65%。

    ? 最大帶寬從NR的100MHz縮減為20MHz

    ? 天線配置從NR的2T4R減少到1T1R或1T2R

    ? 最小下行MIMO層數減少至1

    ? 最大調制階數最低可支持64QAM

    ? 引入了半雙工模式

    為了實現更高的峰值速率,RedCap終端設備也可以不用裁剪得這么狠,可以選擇更高級的功能,比如支持2個接收天線、2個下行MIMO層、256QAM、全雙工FDD等。

    通過這些能力剪裁,可更加低成本、高效率地匹配可穿戴設備(包括可穿戴手表、AR/VR眼鏡等)、工業無線傳感器、監控攝像頭等物聯應用的網絡連接需求。

    同時,針對可穿戴設備、工業無線傳感器等通常沒有外部供電條件的場景,要求電池使用壽命長達1-2周甚至數年,RedCap還通過降低終端發射功率等級、引入eDRX和RRM測量放松等節電技術,來進一步降低終端功耗。

    RedCap將取代誰?

    比較一下技術指標,很明顯,RedCap主要將取代4G時代的LTE Cat 4和LTE Cat 1/1 bis。

    準確點講,Release 17版本的RedCap預計將取代基于LTE Cat 4的物聯應用。而Release 18版本中的RedCap,即增強版RedCap預計將取代基于LTE Cat 1和LTE Cat 1 bis的物聯應用。

    在R18版本中,增強版的RedCap或將增加支持5MHz、10MHz和40MHz帶寬,并進一步降低終端復雜度和成本,以及增加定位、sidelink連接等功能,從而支撐更廣泛的物聯應用。

    為啥要取代LTE Cat 4和Cat 1/1bis?

    首先,RedCap為4G時代的LTE Cat1/1 bis和Cat 4提供了向5G網絡遷移的路徑,面向未來利于運營商重耕4G LTE頻譜資源。據統計,當前LTE Cat 1 bis 和 Cat 4 約占當前全球蜂窩物聯網市場的一半。

    其次,與LTE Cat 4和Cat 1/1bis相比, RedCap天然具有5G能力優勢,比如,不僅支持包括毫米波在內的更廣泛的頻段、網絡效率更高、具備5G安全能力,而且可與5G網絡切片、5G專網、5G定位等技術結合提供更好的物聯服務,同時理論上運營商只需對現有5G網絡進行軟件升級即可部署。

    另外,RedCap填補了中檔物聯空白,使5G具備了一張網絡適配所有低、中、高檔物聯應用的能力,這也利于蜂窩物聯網統一高效管理。

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