4635
3GPP于2022年6月冻结的5G标准版本Rel-17，面向中高速连接场景引入了第一项基于5G的蜂窝物联网技术，并定义为5G轻量化终端设备类型——“RedCap”。国内外同步启动RedCap技术研发，IMT-2020（5G）推进组基于产业发展节奏，分两个阶段规划我国RedCap技术试验，2022年已完成关键技术测试，2023年将开展设备端到端的互操作测试。
首个5G物联网国际标准发布
基于5G统一空口的RedCap是“轻量化”的5G蜂窝物联网技术，在满足特定应用需求的前提下，通过精简设备能力和降低设备复杂度，达到节约成本、缩小尺寸、降低功耗和延长寿命等目标。
RedCap重点面向工业无线传感器、可穿戴设备和视频监控等应用场景，技术定位介于5G增强移动宽带（eMBB）与低功耗广域（LPWA）技术之间。RedCap能够实现高于NB-IoT、LTE-M等LPWA物联网技术的数据传输速率；同时，其终端成本和功耗又远低于5G eMBB，在使用RedCap后终端成本降幅最高可达70%，在传感器场景下电池续航时长高达两年。
为降低成本和功耗，RedCap在Sub-6GHz频段将最大带宽从100MHz收窄至20MHz，带宽降至20%；接收天线数/通道数从典型的4天线减少为2天线或1天线接收，最小接收天线数/通道数降至1/4；最大调制阶数从256QAM降至64QAM，并支持半双工模式等。此外，RedCap终端还可以根据应用需求，选择支持VoNR、小数据包传输、较低时延、网络切片、定位等5G原生能力，通过定制化方案平衡性能与成本，满足更多物联网场景需求。
目前，3GPP正在制定的Rel-18标准，面向智能电网、智慧城市、工业自动化和工业监测传感等速率需求更低、对终端成本更敏感的业务，提出了5G RedCap演进技术，进一步降低RedCap终端设备成本与复杂度，拓宽5G在蜂窝物联网领域的应用空间。
分两阶段规划我国RedCap技术试验
2022年3月，IMT-2020（5G）推进组（下称“推进组”）基于产业发展节奏，明确了我国RedCap技术试验规划包括制定试验规范和构建测试环境两部分，并分两个阶段组织RedCap技术与产品测试。2022年面向典型应用场景，推进组制定关键技术测试规范，开展芯片测试终端和终端原型样机测试；2023年面向商用需求，重点验证RedCap商用和预商用设备的端到端功能，以及芯片测试终端和系统间的互操作能力，推动产业成熟。
第一阶段的关键技术试验于2022年11月圆满完成，验证了RedCap各项关键技术以及测试终端与系统配合工作的基本能力。其中，华为、中兴、中国信科、爱立信和诺基亚贝尔5家系统厂商通过升级5G商用基站软件，完成了系统侧的RedCap关键技术功能和外场性能测试；翱捷科技（ASR）、紫光展锐等厂商基于芯片的RedCap测试终端参加了关键技术功能和外场性能测试；vivo、必博科技基于RedCap终端原型验证平台参加了关键技术功能测试。
RedCap外场测试是在怀柔外场的5G试验网络环境中，采用3.5GHz频段商用系统配置，对RedCap UE的接入与基本工作、下行和上行单用户峰值速率、多点接入与速率、用户面时延和基站间切换等内容开展测试。测试数据显示，部分系统与芯片厂商组合的上下行峰值速率接近或可达到预期理论值，但部分测试组合尚有一定差距；Ping包用户面平均时延最小可达7ms，与eMBB终端时延相当；部分测试组合的性能与工作稳定性仍有待提升。
第二阶段的RedCap设备端到端功能和互操作试验工作已于2023年初启动。今年6月，推进组发布了《RedCap终端设备技术要求》《RedCap终端设备测试方法》《支持RedCap的基站设备技术要求》《支持RedCap的基站设备测试方法》《RedCap外场性能测试方法》和《RedCap终端与基站互操作测试方法》等6项设备级技术试验规范。今年的试验将在第一阶段关键技术测试的基础上，重点验证RedCap设备和系统的商用能力，增加面向商用需求的基站功能、终端功能、终端与系统的互操作以及外场性能测试。目前，产业界正在进行RedCap芯片终端与5G系统的调试，8月底将正式启动测试，11月前完成二阶段全部试验工作，为我国RedCap的正式商用提供技术支撑。
快速推进RedCap通信行业标准制定
2023年4月，中国通信标准化协会（CCSA）无线通信技术工作委员会（TC5）的移动通信无线工作组（WG9），正式启动了基于Rel-17的RedCap终端设备及支持RedCap的基站设备通信行标制定工作。标准由中国信通院与运营商牵头，国内外基站、终端、芯片和模组等企业广泛参与。在起草单位的积极推进下，《轻量化（RedCap）终端设备技术要求（第一阶段）》和《6GHz以下频段基站设备技术要求（第三阶段）》已完成第三版征求意见稿，预计8月形成标准送审，年底前完成标准编制，并进入报批阶段。在技术要求标准内容基本定型后，开始起草3项测试方法标准，即《轻量化（RedCap）终端设备测试方法（第一阶段）第1部分：功能和网络兼容性测试》、《轻量化（RedCap）终端设备测试方法（第一阶段）第2部分：一致性测试》和《6GHz以下频段基站设备测试方法（第三阶段）》。这3项标准将于明年6月前提交报批，初步形成指导RedCap技术与产品研发的标准体系。
RedCap国际标准仍在持续演进，CCSA也于今年启动了面向增强RedCap技术的标准预研课题——《5G轻量化终端的演进关键技术研究》。产业界正基于应用发展需求，研究RedCap演进技术的新业务场景、关键技术和网络部署方案等，预计年底完成研究工作。2024年，推进组将基于研究结论，向工信部提交面向3GPP Rel-18版本的第二阶段RedCap通信行标立项建议，并于2025年形成标准文稿。
积极规划RedCap产品“路标”
RedCap是目前解决5G终端高成本问题的有效途径，产业界积极跟进RedCap产品规划，以期快速实现RedCap商用，助力5G与行业的融合向纵深发展。
在芯片方面，高通、联发科技、紫光展锐、翱捷科技等主流芯片企业积极投入研发，预计2023年第三季度将推出工程样片或预商用芯片，随后陆续发布商用芯片，2024年实现芯片的规模商用。值得一提的是，相比于5G NR，RedCap研发门槛较低，这也给予了国内芯片初创企业更多的发展空间，必博科技、新基讯、无锡摩罗科技等新兴芯片企业也启动了RedCap的技术和芯片研发。
在终端方面，厂商为典型的消费应用场景和行业应用场景规划了多样的RedCap终端设备。预计2023年RedCap终端将具备商用条件，业界出现面向智慧电力、视频监控等场景的终端样机，2024年RedCap终端进入商用阶段，形态日渐丰富。
在模组方面，预计2023年底移远通信、广和通、鼎桥等企业将推出基于RedCap模组的样机，2024年商用模组陆续问世。对于应用方最关注的成本问题，RedCap模组商用初期价格约在250~300元区间。随着应用规模的不断扩大，预计未来RedCap模组价格将逐步降至60元左右，与LTE Cat.4售价相当。
在网络方面，5G基站可以通过软件升级的方式支持Rel-17协议版本和RedCap相关功能。面向智能可穿戴设备等消费类应用，推进组建议基站基于5G现网逐步升级RedCap功能，依托我国5G公网优势为消费类终端提供更广的覆盖和更稳定的连接。而面向智慧电力、视频监控等行业应用，推进组则建议根据不同场景的业务需求，制定差异化的网络部署方案，既可以升级现网支持RedCap及5G相关特性，也可以按需部署新的5G网络。2023年5G基站将支持RedCap，预计2023年底前我国将推出RedCap商用版本基站，同时运营商启动RedCap网络升级，围绕电力、工业、视频监控等重点行业进行项目试点，打造示范案例。从2024年开始，我国将根据不同场景的业务发展需求，有序推动5G RedCap网络规模升级和商用部署。
基于产业各方努力，2023年RedCap产业链将逐步成熟，预计年底商用芯片将陆续发布，5G网络启动RedCap升级并实现首个商用案例；2024年RedCap商用芯片模组和商用终端上市，网络升级范围扩大；2025年RedCap产业开始进入规模发展阶段。随着全球5G的大规模商用，5G发展进入“下半场”，产业界对RedCap赋能千行百业寄予厚望，期待RedCap在各方的共同努力下，在未来物联网领域实现“新爆发”。
*本文刊载于《通信世界》总第925期 2023年8月10日 第15期
原文标题：《 RedCap标准及产业进展》
作者：中国信息通信研究院
移动通信创新中心 黎卓芳
责编/版式：王禹蓉
审核：舒文琼
监制：刘启诚
下载ECAD模型
