4676
本文作者 | u-blox产品规划和营销总监Sabrina Bochen、u-blox企业战略部Sylvia Lu
在本文中，我们将分析RedCap主要应用场景及其特性。此外还会分析5G技术与4G LTE Cat 1和Cat 4的区别，以及您在为设备选择适合当下与未来的蜂窝通信解决方案时，需要根据哪些因素来判断5G RedCap是否为理想之选。
导言
从中短期来看，4G蜂窝通信网络还不会消失，但如果您的业务涉及到设计依赖于蜂窝连接的设备，那么提前考虑未来趋势是为明智之举。如果您希望自己设计的产品在未来十年间保持良好运营状态，更要结合未来趋势规划筹谋。
5G是蜂窝通信技术发展的下一篇章，这一点毋庸置疑。我们已经见证了5G的广泛使用，消费类智能手机领域在这方面的行动尤为积极，但在物联网中使用5G技术则相对缓慢，特别是其中的几个细分领域。
原因是在最初的5G规范（2018年在3GPP第15版中首次公布）中，并没有充分考虑消费类可穿戴设备、重型工业设备和智能工厂设备等领域的需要。
如果您的业务中恰好涵盖任何此类设备的设计，那么有一个好消息：
3GPP第17版公布了《5G New Radio (NR)
Reduced Capability》。新版规范通常简称为“5G RedCap”或“NR-Light”，弥补了5G技术拼图上缺失的一角，让5G成为一种可行选择。
01.回顾初版5G规范
为明确RedCap的必要性，我们需要快速回顾一下初版5G规范。
5G NR最初是在2018年6月的3GPP第15版中发布的。该规范定义了三种主要应用场景。
首先是增强移动宽带(eMBB)。这已成为5G技术的主要部署动力，着重面向消费类智能手机领域。相较于4G LTE，eMBB提供了更高的数据传输速率和更低的延迟。
第二个应用场景是超可靠低延迟通信(uRLLC)。顾名思义，此场景的目标是尽可能降低延迟并充分提高网络可靠性，从而满足对延迟极为敏感的任务关键型应用的需要。随着自动驾驶汽车、工业自动化和机器人的普及，uRLLC必定会蓬勃发展。
第三个应用场景是海量机器类型通信(mMTC)。mMTC以物联网为目标，侧重于在传统蜂窝通信技术的基础上尽可能降低功耗、扩大室内覆盖范围。值得注意的是，虽然从技术角度上来讲，LTE-M和NB-IoT都归入4G LTE大类，但这两项技术能够满足ITU IMT-2020 5G mMTC要求，因此被正式纳入5G mMTC系列。
在这方面，我们还需要注意有关5G NR的几个要点。5G NR专为5G而开发，使用两个频率范围。频率范围1(FR1)面向7.125 GHz以下的频段，频率范围2(FR2)面向24.25 GHz到71.0 GHz之间的频段。24 GHz以上的频率范围也称为毫米波(mmWave)。
02.问题依然存在
虽然初版5G规范有种种优点，但其中缺少了专为满足中阶的IoT和消费级应用量身打造的规范，目前许多此类应用都在使用LTE Cat 1或Cat 4支持其蜂窝通信。
智能手表与可穿戴设备等消费类产品领域，以及智能工厂应用（如传感器网络、视频监控、工业可穿戴设备）或自主导航车辆等其他领域也存在类似的情形，所有这些领域都需要中等数据传输速率。
还有建筑、农业和矿业设备中使用的车联网、远程诊断和车队管理设备，这些领域也需要中等数据传输速率，并且希望能够在未来多年持续保持运行——在有些情况下，甚至在4G网络停用之后仍可能会继续工作。
在这些应用场景中，eMBB和uRLLC的规范都可以说是“大材小用”，所以至少从经济效益角度上来讲不够理想。与此同时，LTE-M和NB-IoT等mMTC解决方案无法满足这些中频频段设备的性能要求。
03.取代LTE Cat 1和Cat 4，进入5G RedCap时代
3GPP第17版弥补了这一缺憾：5G NR Reduced
Capability——简称RedCap，有时也称为5G NR-Light。
从功能角度来看，5G RedCap处于eMBB与uRLLC之间，但高于LTE-M和NB-IoT，恰到好处地满足了目前使用LTE Cat 1或Cat 4技术的应用的需求。
在第17版中，RedCap设备在FR1中必须支持高达20 MHz的频率，在FR2中必须支持高达100 MHz的频率。考虑到成本因素，我们预计大多数RedCap设备都会部署到FR1频谱中，大多数设备需要的最大带宽就是20 MHz。
在20 MHz带宽下部署时，RedCap支持最高达到LTE Cat 4范围的数据传输速率。根据网络设置和双工操作类型的不同，具体速率可能有所不同。
例如，在全双工频分双工(FD-FDD)下，使用20 MHz带宽（考虑接收分集）和256-QAM调制模式工作时，下行数据传输速率可达到227Mb/s，上行数据传输速率可达到91Mb/s。
理论上，FR1和FR2频段范围支持的参数与5G eMBB设备相同，以便将这一规范推广到全球移动网络运营商。尽管如此，移动运营商最终仍有可能决定在比eMBB套件更有限的频段集上部署RedCap。
从功耗的角度而言，RedCap增加了非活动和空闲模式下的扩展非连续接收(eDRX)周期，并且在静止设备的相邻小区测量方面相对宽松。相较于eMBB，这有助于降低功耗。
RedCap还通过其他方式降低设备复杂性，包括减少天线、下行链路多输入多输出(MIMO)层、下行链路调制顺序和双工操作。若要进一步了解所有这些领域，请参阅我们的白皮书《5G时代物联网应用的蜂窝通信技术演进》（点击下划线处了解更多内容），其中更详细地介绍了5G RedCap的技术细节。
04.5G RedCap与4G LTE Cat 1和Cat 4的比较
如果所设计的设备需要5G RedCap提供的蜂窝连接类型，大多数设计人员最终要都在RedCap和4G LTE Cat 1或Cat 4之间做出取舍。
在某些配置中，相较于LTE Cat 4（峰值下行数据传输速率约为150 Mbps），使用RedCap可以实现更高的峰值数据传输速率和更低的延迟。RedCap还能提供与专用网络中5G核心的内在关联，如果您高度注重网络使用寿命，这一点尤为有益。
另外一个因素是您的产品上市时间。您的设备将在何时发布？需要在哪些地理区域内工作？我们预计，首批5G RedCap设备将于2024年问世，最初将投向先采用蜂窝通信技术的一些国家和地区，例如北美的一些国家/地区、中国以及亚太区的其他国家/地区。
客户对于设备的正常使用寿命有怎样的期待？如果设备的预计使用寿命很长，那么采用较新的技术可能更为合理，这样就能确保设备在2030年仍能顺畅连接到移动网络。
05.RedCap革命：3GPP R18版本
3GPP标准预计于2024年初发布第18版，将拓展RedCap的支持范围，涵盖额外的应用场景。其中大多是较低级别的物联网设备，其功能介于现有低功耗广域(LPWA)用户设备与第17版标准界定的RedCap用户设备之间，例如工业无线传感器网络和智能电网。
第18版RedCap的目标是10Mb/s左右的峰值数据传输速率。为实现此目标，可针对FR1内的数据通道将用户设备基带的带宽降低到5 MHz，同时将用户设备的射频带宽维持在20 MHz，这也有助于减少设备生态系统的碎片化问题。
重点在于，第18版RedCap并非意在取代现有LPWA解决方案，因为现有方案在室内覆盖范围和功耗方面的表现依然要更好一些。
06.更多相关资源
如果您目前在解决方案中使用LTE Cat 1或Cat 4实现与远程设备之间的数据收发，5G RedCap规范的问世应该让您注意到时机已经成熟，您应该开始去探索如何在设计与生态系统中最终取代4G蜂窝通信技术。
虽然4G网络的停用还有待时日，但使用LTE Cat 1和Cat 4的许多设备都有着很长的使用寿命，立即开始筹划未来举措也不失为明智之举。
下载ECAD模型
