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到底什么是RedCap?

鲜枣课堂

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2022-06-16 16:41:50

随着3GPP R17版本的冻结,一个新的名词逐渐开始热门起来,那就是RedCap


究竟什么是RedCap?为什么要引入它?它和现在的5G有什么区别?


且看小枣君的深入解析……


█ 什么是RedCap


RedCap,全名是Reduced Capability,中文意思是“降低能力”。它是3GPP在5G R17阶段,专门立项研

究的一种新技术标准。


对于RedCap这个名字,大家可能觉得比较陌生。其实,它此前的名字,可能有读者听说过,就是NR light

(NR lite)。


说白了,RedCap就是轻量级的5G


值得一提的是,国内有些文章将RedCap全名说成是Reduced Capacity。这显然是不对的,Capacity的意

思是容量,Capability是能力。


█ 为什么会有RedCap


5G搞得好好的,为什么要搞一个轻量级的版本呢?原因如下:


众所周知,5G分为三大应用场景,分别是eMBB(增强型移动宽带)、uRLLC(低时延高可靠通信)、

mMTC(海量物联网通信)。



eMBB是4G时代MBB(移动宽带)的升级,主要侧重于网络速率、带宽容量、频谱效率等指标。目前我们使用的5G手机通信,就属于eMBB场景。


而uRLLC和mMTC,前者侧重可靠性和时延,后者侧重连接数和能耗。两者都是主要服务于行业互联网,包括工业制造、车联网、远程抄表等垂直行业领域。


我以前和大家说过,物联网的应用场景是极其复杂、多样的。不同的场景,对网络的指标要求并不一样。


以速率为例,VR/AR、高清转播需要高速连接,但是,远程抄表(水表、电表),还有共享单车同步数据,只需要低速就可以了。相比速率,很多应用场景更关心功耗和成本。


物联网经过这么多年发展,已经形成了高速、中速和低速三个类别:


“631”结构


如果算上现在越来越火的无源物联网(超低速率),那就是四个类别:




仅靠5G,是满足不了全部需求的。所以,现阶段,是5G、4G一起在扛。甚至2G、3G也在帮忙。



随着2G、3G的退网,绝大部分的2G、3G物联网业务将会迁移到LTE Cat.1、LTE Cat.4和NB-IoT。也就是

4G、5G打天下。


那么问题来了,将来4G要退网,怎么办?或者,新运营商成立,难道除了5G之外,还要再建一个4G网络

吗?


所以,5G必须考虑长远,建立一个轻量化的版本,用于覆盖住目前LTE Cat.1以及Cat.4的需求,也就是

速及中高速需求。



于是,就有了RedCap



换言之,NB-IoT/eMTC是阉割版的4G。而RedCap,是阉割版的5G。


从技术特性上来说,RedCap介于eMBB(超宽带)和LPWA(低功耗广域网,NB-IoT等)之间。



RedCap主要针对的是带宽、功耗、成本等需求都基于eMBB和LPWA之间的应用。


它的带宽速率低于eMBB,但是远高于LPWA。它的功耗和成本高于LPWA,但是却又远低于eMBB。


RedCap的能力,非常“均衡”(黄色线是RedCap)


RedCap诞生的另一个驱动力,是5G终端芯片和模组的成本问题


完整版的5G终端芯片和模组,设计极为复杂,研发门槛极高,投入成本巨大。它们的价格,也一直居高不

下(500-1000元)。


高昂的价格,影响了5G在垂直行业的落地,用户不愿意花这么多钱。


所以,搞一个轻量化的5G,也是为了在一些对速率、时延要求不那么高的场景,降低5G部署和使用的成

本,更好地服务用户,加速5G落地。


█ RedCap是如何实现低成本的?


来到本文的关键部分,RedCap究竟是如何被阉割Reduced的。


下面这个表格,显示了5G RedCap设备和5G传统设备之间的主要区别。


原图来自爱立信(鲜枣课堂翻译)


首先,RedCap的频谱带宽更小。在Sub-6GHz频段,RedCap的带宽为20MHz,小于传统5G的

100MHz。


其次,RedCap减少了收发天线数量,并降低了MIMO层数。对于Sub-6GHz频段,RedCap终端的接收链

路可减少为1个或2个,相应下行MIMO降低为1层或2层接收。这样一来,就降低了对终端射频收发信机和

基带处理模块的能力要求。


第三,RedCap采用了64QAM这种更简单的调制方式,同样意味着对射频和基带的要求大幅降低。


第四,RedCap采用半双工FDD(HD-FDD),可以在不同时刻在不同频率上进行收发,不需要双工器。不

仅节约了成本,还获得了更好的集成能力(双工器一般都比较大),减小了对设备空间的占用,有利于设

备的小型化。


第五,RedCap引入了一些节省功耗的手段,例如增强的非连续接收特性(eDRX),采用更长的休眠模

式,让终端减小功耗,获得更高的续航能力。


基于上述改动,根据预测,RedCap相比于5G公网终端,复杂度下降了60%,在基带和射频侧大约有70%

左右的成本降低。更有说法称,RedCap的整体成本可以减小2-5倍,甚至7-8倍。


虽然RedCap被严重阉割,但基本性能还是保留的。它可以基于5G现网平滑升级引入,不需要对现网进行

大的改造。


说完好的,再说不好的。RedCap失去了什么呢?


首先是速率。随着终端带宽的下降,MIMO接收的简化,以及最高调制阶数的下降,RedCap的峰值速率也

将大幅下降。


具体的速率值,根据天线数量和帧结构有所不同,可以参看下面的表格:


RedCap 上下行峰值速率参考

(来自5G RedCap 技术白皮书)


覆盖能力方面,因为天线设计的缩水,加上可穿戴终端的尺寸限制,覆盖能力略有缩水。


传输时延方面,HD-FDD不能同时发送和接受,传输时延会有所增加。不过,对于RedCap的应用场景来

说,这些问题都没有太大影响。


值得一提的是,考虑到应用场景和成本,3GPP提出RedCap一次只能在一个频带内工作,不需要支持载波

聚合或者双连接。(当然了,早期的RedCap终端,肯定是双模的,毕竟5G的覆盖并不完美。)


差点忘记说价格。根据预测,RedCap的模组价格将会控制在100-200元(人民币)之间,远低于目前大几

百元的5G模组,但是会比几十元的NB-IoT模组高。


█ RedCap的典型业务场景


目前,根据3GPP R17的标准定义,RedCap支持三大业务场景,分别是:可穿戴设备、工业传感器和视频

监控。


这三种场景对网络的具体需求,如下表所示:


原图来自爱立信(鲜枣课堂翻译)


可穿戴设备,以智能手表为例。


目前,市面上主流的智能手表都只支持4G,不支持5G。因为5G芯片成本太高,发热量大,而且eMBB的高

速率,对于手表的屏幕尺寸来说,有点多余。


采用RedCap,完全可以满足智能手表的视频通话需求,不仅下行带宽足够,上行带宽也远远高于LTE

 Cat.1。


此外,RedCap在尺寸和功耗方面,也能够满足智能手表的需求。


再看看工业传感器


工业无线传感器大家可能比较陌生。这个东西的类别很多,包括压力传感器、湿度传感器、运动传感器、

温度计、加速度计、驱动器,等等。


这些传感器在工业领域广泛应用,数量巨大。它对可靠性要求略高,大概是99.99%。但是,对时延要求不

算高,100ms以内就行。速率的话,一般都不超过2Mbps。


毫无疑问,RedCap是可以满足的。


最后是视频监控


视频监控是目前广泛存在的一种物联网需求,我们身边到处都是。


很多人认为,视频监控要用5G。其实,视频监控也分为多种类别。有的是4K/8K超高清,高端型监控

(7.5-25 Mbps)。也有的是高清或标清,属于经济型监控(2-4 Mbps)。


在实际应用中,经济型视频监控的占比反而更大一些,这些都不需要5G,用LTE Cat.1/Cat.4,还有我们的

RedCap,就足够了。


除了上述三大场景之外,RedCap可以应用的地方还有很多,例如智能物流、智能电力、智能巡检、智能制

造等。


根据各大市场咨询机构的预测数据,到2025年,国内可穿戴、视频监控及电力行业终端规模均可达千万量

级。对于RedCap来说,市场前景广阔。


 RedCap什么时候可以商用?


2019年6月,在3GPP RAN #84会议上,RedCap被首次作为一个R17 Study Item(研究项目)出现在大

家面前。


2021年3月,3GPP正式通过了NR RedCap UE 标准化(即Work Item)项目的立项。


如今,2022年6月9日,3GPP R17冻结,也就意味着RedCap R17标准化完成。


根据经验,标准化之后,至少要1-2年的时间,才能实现初步的产业化。所以说,预计到2023年的年中

(或者2024年年初),我们将看到RedCap的早期商用化产品。


注意啊,RedCap的标准化并没有彻底结束。2021年12月,3GPP R18 RedCap的标准化,已经启动了。


3GPP RedCap 标准化工作进程

(来自5G RedCap 技术白皮书)


R18 RedCap的目标,是对标Cat.1/1bis,进一步降低终端复杂度,实现RedCap终端复杂度的极致简化。


换言之,RedCap这项技术,未来还有很长的路要走。

特别声明:本文为人民日报新媒体平台“人民号”作者上传并发布,仅代表作者观点。人民日报提供信息发布平台。

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