我们都知道3GPP为了与non-3GPP的IoT技术系列竞争在2016年的R13发布了MTC和NBIoT两大版本的3GPP 4G IoT技术。而ITU为NR规划的发展远景中也加入了eMTC的usecase作为5G平台三大主要usecase之一。随着eMBB部署的深入,蜂窝平台必然会急于引入垂直行业的广泛应用,光靠eMBB的发展对于投入巨资的5G网络平台前景堪忧,物联网和URLLC及其他潜在的垂直应用机会才是5G的未来。预计在2022年中发布的R17将正式发布5G NR IoT技术---Reduced capability(REDCAP)作为4G IoT的扩展和延伸技术。在R18中也对其有相应的演进规划。
Ok,基于以上信息,书归正传。NR REDCAP=Reduced Capability将聚焦中速智能物联网IoT应用,其连接性要求高于LTE-M/NB-IoT所能提供的服务,但不需要关键的物联网服务,如要求超低延迟的业务。结合之前的三个5G应用场景,此类技术特性和所处的位置可示意如下:
这里我们一起回顾下蜂窝物联网的发展历史:在过去的几年中,随着工业应用对低功耗广域网(LPWANs)的需求不断增加,两种基于4G蜂窝网络的技术已经成为部署物联网选用的解决方案:LTE CatM和NB-IoT(NBIoT为主)。这两种技术都支持大规模物联网和4G LTE网络上的广域连接,使得数百万小型设备(如传感器和执行器)成为可能,这些设备需要满足基本连接需求、广域覆盖且必须使用电池或有限的电力。NB-IoT旨在将功耗保持在最低水平,并在sub-GHz频段(包括未授权频段)运行。同时,LTE-M使用更高的带宽,也支持短信和语音应用。NB-IoT和LTE-CatM(又名eMTC)均满足mMTC的IMT-2020要求,可认证为5G技术。但随着5G网络的出现,新的可能性出现了,因为5G NR允许使用更高的带宽,特别是毫米波频率mmWave,以及超低延迟,这是远程操作和自动驾驶汽车等关键应用所需的。于是在2019年,作为R17最重要的SI之一引入了被称为NR-Lite(NR-Light)的技术选项,即为REDCAP的前身,在开始study之后重新命名为REDCAP,这个历史记录为:
R17预计将于2022年中之前冻结,REDCAP在整个R17预研过程中的相关的蛛丝马迹回顾:
细看一下:
下面回顾一下5G几个主要场景的特性Spider diagram,首先是eMBB的,各方面特性比较明显,不多赘述:
URLLC:
然后来个混合的Spider Diagram,将各个技术特性放一起看:
更详细的需求参数对比:
当初针对NR-Lite研究的生态系统范围:
REDCAP UE的终端种类如下,有我们所熟知的可穿戴设备,物联网IoT,工业无线传感器等:
也就是说,NR在IoT方向除了认证并接受4G NBIoT/LTE-M外还引入了一套新的技术,虽然这个技术吸取了之前相关技术的设计思路/商用经验和教训,其方方面面都有很多以前各项热门技术的影子。引入新技术的具体原因在NR-Lite讨论阶段也列了一些,供大家参考:
首先是要统一在IoT方面的部署,运营商就可以将所有频谱挪到5G而不必继续维护4G相关资源。当然这是个循序渐进的过程。其次设计的NR REDCAP拥有比LTE的几个IoT技术更高的系统效率。还有就是在NR FR2等新频谱上部署以及要考虑与5G核心网的SBA和slice等新架构与技术的更好集成。看来理由还是比较充分的。
Ok,我们来看看REDCAP的Spider Diagram,看起来还是比较“中庸”:
REDCAP与其他usecase合并的spider diagram:
REDCAP一些主要的应用场景:
R15设备基线与R17 REDCAP设备对照表:
R18针对REDCAP演进增强展望:
截至当前的REDCAP信息的更新如下:
1) REDCAP UE在FR1频段必须支持20MHz带宽,在FR2频段需要支持100MHz带宽,这些是必选条件。
2) REDCAP UE将不支持CA,MR-DC,DAPS,CPC和IAB。
3) 关于REDCAP UE在网络的标识,接入和驻留限制方面, 将采用MSG3/MSGA(2 steps RA)消息中REDCAP LCID来标识REDCAP UE。另外还定义了可选的方案,可以采用MSG1/MSGA(PRACH occasion或者PRACH Preamble)来标识,这时需要网侧使用特定的RA配置。而在采用MSG3/MSGA时,REDCAP UE可通过专有的LCID指示用于CCCH标识(CCCH或者CCCH1)而不管网侧是否使用了REDCAP特定的RA配置。
4)通过系统消息告知REDCAP UE分别使用1RX天线和2RX天线。
5)通过系统消息通知REDCAP UE是否允许采用Half-Duplex FDD模式。
6)通过SIB1可为REDCAP UE提供特定的IFRI,而当缺省时REDCAP UE将不被允许采用。
7)通过系统消息可通知REDCAP UE是否允许在某些频段驻留。
8)所谓的RRM measurement relaxations功能可通过网络打开和关闭。处于RRC_IDLE 和RRC_INACTIVE状态的REDCAP UE可以放松针对邻区的RRM测量,比如满足stationary criteria,或者同时满足stationary criteria和not-at-cell-edge criteria的条件。网络在RRC_Connected连接态时为REDCAP UE配置stationary criteria,而后UE将在满足适当条件时使用UE Assistance 上报其RRM measurement relaxation status。(截至目前,RAN4还没有就相关的消息和信令流程最后定稿)。
9)是关于BWP的topic,我们在之前讨论BWP话题时曾经提到了,在大带宽的NR情况下特地设计了BWP,其出发点之一就是为了同时承载不同的特性的业务,比如Iot和MBB BWP同时使用。
当前的R17版本规定处于RRC_IDLE 和RRC_INACTIVE状态的REDCAP UE只在与CD-SSB关联的initial BWP(可以是default BWP或者REDCAP特定的BWP)监听paging,并通过对CD-SSB的测量进行小区重选。CD-SSB在规范中的定义可以recall下:
举个例子:
如果配置使用了REDCAP特定的initial UL BWP,处于RRC_IDLE 和RRC_INACTIVE状态的REDCAP UE将只在该Initial UL BWP上发起RA。
10)可为REDCAP UE配置使用多个NCD-SSB(Non Cell Defining SSB),但每个BWP最多配置一个SSB。在RRC_CONNECTED时,当active BWP中不包含CD-SSB时,可以配置RLM、BFD和服务cell测量NCD-SSB。
最后,用一张综合的Spider Diagram图和3GPP 规范演进图结束本文:
3GPP NR REDCAP大幕通过R17正在徐徐打开,我们后续将对REDCAP技术各个方面的细节进行总结。就像我们当初总结NBIoT和MTC那样。期待大家共同学习进步。
读书愉快!