5G轻量化（RedCap）发展解析

文 | 开山

近日，工信部发布《关于推进5G轻量化（RedCap）技术演进和应用创新发展的通知》，引发行业热议。5G轻量化（RedCap，Reduced Capability）技术作为5G实现人、机、物互联的重要路径，其加快演进和应用创新，将对新型基础设施建设、传统产业转型升级、数字经济与实体经济深度融合等方面发挥积极作用。本文介绍5G RedCap的背景、技术特点、应用场景和产业进展。

5G瘦身，兼顾性能与成本

5G的规模商用推动了万物互联的发展进程，带动移动物联网高速发展。据工信部统计，截止2023年上半年，我国移动物联网连接数已经达到18.45亿，成为全球主要经济体中率先实现“物超人”的国家。全球范围移动物联网也保持快速增长，据GSMA预测，到2030年全球移动物联网连接数有望达到53亿，年增长保持20%以上。

不过，5G在物联网领域的应用潜力尚未完全发掘，其中最主要的制约因素之一就是居高不下的成本。在5G物联网技术体系中，5G NR能力最强，可提供高速率、高性能的连接，满足100Mbps以上超高速率需求的物联网业务。而物联⽹应⽤场景复杂、各⾏各业甚⾄个别客户的诉求差异化明显，导致实际⽤户对⽹络指标要求并不一致，有些商用场景并不需要那么极致的性能，全部采用5G NR将造成较大的性能溢出，提高终端使用成本，影响网络普及进程，影响5G网络发展。

⽐如，在⾼度⾃动化的智慧⼯⼚⾥，虽然5G的超⼤带宽和超低时延⾼可靠特性，能够满⾜⼯业机器⼈精准控制的需求。但⼯⼚中往往还有很⼤⼀部分设备如视频传输、⼯业传感设备等，往往不需要那么极致的性能，但⼜需要⽐mMTC（NB-IoT和eMTC）更⾼性能，⽐4G⽹络更低时延的连接⽀持。

因此，为了兼顾5G网络性能与成本，3GPP在R17中提出5G轻量级（reduced-capability, RedCap）终端。在继承5G NR关键特性的同时，RedCap降低了对数据速率、时延等的要求，同时降低设备成本、复杂性和功耗等。RedCap与 eMBB、 uRLLC和 mMTC典型性能⽐较如图所示。

图1 RedCap与 eMBB、 uRLLC和 mMTC典型性能比较

时延⽅⾯， uRLLC的⽬标时延为1ms，RedCap应⽤在⼯业传感器的⽬标时延低于100ms，视频监控的⽬标时延低于500ms；传输速率⽅⾯， eMBB的⽬标峰值速率在下⾏链路中可达20Gbit/s，在上⾏链路中可达10Gbit/s。⽽要求最⾼的RedCap应⽤（例如可穿戴设备），其下⾏链路要求为150Mbit/s，上⾏链路要求为50Mbit/s；在电池寿命⽅⾯， mMTC的⽬标是10-15年，⽽对于RedCap应⽤来说，⼯业传感器的⽬标是⼏年，可穿戴设备的⽬标是⼀到两周。

RedCap技术的提出，补齐了5G移动物联网技术体系，形成能够满足低、中、高不同速率要求，兼顾不同性能与成本，且4G/5G协同的网络体系。随着5G-Advanced技术的发展和商用，RedCap还将支持当前Cat1所覆盖的中速率场景，蜂窝无源互联网可支持更低速率、零功耗的千亿级物联，形成全场景5G移动物联网技术体系，全面助力行业数字化转型。

图2 移动物联网技术体系

具体来看，在移动物联网技术体系中：

- 面向超高速率场景（>100Mbps），由5G NR承载；

- 面向高速率场景（10-100Mbps），由4G Cat4和5G RedCap承载，未来逐步全部由5G RedCap承载；

- 面向中速率场景 (100kbps-10Mbps)，由4G Cat1承载，未来随着5G R18标准版本完善，RedCap也特具备永我该场景的能力；

- 面向低速率场景(<100kbps)，由NB-IOT承截，是5G低功耗大连接场景的主要技术；

- 面向更低速率场景(<10kDps)，正在研究的蜂窝无源物联网技术，是5G-Advanced关键技术方向之一，以其更低成本、零功耗的优势可支持物流仓储管理、货物追踪、资产盘存等千亿级物联场景。

标准完成，终端复杂度降低60%

2022年6月，3GPP R17标准版本冻结，标准着RedCap标准正式完成。标准主要涵盖以下内容：终端复杂度降低、驻留与接入控制、移动性、终端识别、 BWP 配置以及功耗等。

相较于传统5G终端，RedCap通过将最大传输带宽缩减至 20MHz，裁剪收发天线数目（最低1T1R）、降低上下行最大调制阶数（如64QAM）等手段，使得终端复杂度相较传统eMBB终端降低约60%。另外，为RedCap终端引⼊了扩展不连续接收（eDRX）机制和放宽⽆线资源管理（RRM）的⽅式延⻓电池寿命。

当然，RedCap也延续了5G NR的各类优秀特性，如大带宽、低时延、高可靠性、业务保障、数据不出厂、低功耗、强覆盖等诸多优势 ，可针对不同应用场景按需引入，有效满足业务需求。

在未来的R18标准中，RedCap对标4G Cat1/1bis，将通过缩减业务带宽、降低峰值速率等进一步降低终端复杂度，同时进一步扩展支持中速率物联网业务。R18版本RedCap预计将会在2024年Q1结项。国内标准CCSA与也在同步推进RedCap研究，正在开展RedCap基站、终端、模组等行标征求意见稿讨论。

聚焦工业、视频、可带穿戴设备和电力场景

在众多5G应用场景中，3GPP提出了三类RedCap典型应用场景：工业无线传感器、视频监控、可穿戴设备，关键指标要求见下表。表1 3GPP RedCap典型场景及关键指标要求

工业无线传感器场景，覆盖行业较为广泛，包含制造业、钢铁、矿山、石化等行业，RedCap在工业领域主要是以数据采集类应用为主。这类数据采集类应用对接企业平台系统，特点是数量规模较大，对终端成本控制要求严。设备包括工业环境中的工业控制类、传感器数采类、预测性维护、物流AGV、扫码枪、打印机、AI机器视觉等。数据速率往往小于2Mbps，电池使用寿命要求至少可持续几年。预估5G的市场空间在20万/年，逐步提升到百万/年的连接数。

广域的视频监控场景是RedCap规模发展的重要领域，预估监控摄像头规模可突破亿级。通过将5G终端模组与监控摄像机集成，为视频监控提供灵活、低成本的回传手段， 其典型业务需求如下：经济型视频监控的参考速率要求为 2-4Mbps，高端型视频监控的速率要求为7.5-25Mbps，业务量以上行为主；视频监控业务的时延要求小于500ms；通信可靠性要求在99%-99.9%之间。

可穿戴设备场景，主要特点是尺寸比较小，采用电池供电，对5G模组的尺寸和功耗有较高要求，且对广覆盖有要求。主要包括智能手表、智能手环、医疗监控设备等，普遍要求设备体积小、功耗低。下行参考速率为5-50Mbps、上行参考速率为2-5Mbps，下行峰值速率为150Mbps、上行峰值速率为50Mbps；电池的理想工作续航为数天甚至1-2周。

此外，5G对电力行业发、输、变、配、用各个环节向数字化转型至关重要。据南方电网数据，预计2025年接入终端设备将超过2亿只，2030年终端数有望达到4亿只。电力数字化业务可分为智能控制类和智能采集类，控制类业务包括智能分布式能源调控、用电负荷需求响应、配电自动化；采集类包括高级计量、变电站巡检、输电线路无人机巡检、配电房视频综合监控等。这些场景对速率的要求较低，对时延和可靠性要求较高，是RedCap的重点应用场景。

表2 RedCap适用的能源电力业务需求

2023年产业发展提速

运营商加速验证

为加速推动产业成熟，2022年7月，IMT-2020 5G推进组牵头完成RedCap关键技术及测试标准制定，引导终端、网络设备产业快速具备商用条件。

中国移动于2023年上半年成⽴6⽀RedCap战队，联合开展RedCap商⽤攻关。目前，华为、中兴、爱立信、诺基亚、中信科等5家网络主设备厂家已参与中国移动组织的RedCap技术验证，支持终端接入、用户识别、移动性、数据业务传输等基本功能，正推进多BWP等增强型特性。通过拉通端到端产业链各环节，缩短从产品研发到应⽤落地的周期，预计于2023年底前推出RedCap商用版本，开始具备商用能力。试点方面，8月30日发布5G RedCap“1+5+5”创新示范之城，为产业链上下游提供技术试验和应用示范平台，加快推动RedCap规模化商用。

中国电信⾃2021年起便不断探索RedCap的应⽤场景。2022年初，中国电信在江苏镇江港、浙江国⽹电⼒、河北澳森钢铁、内蒙古准能煤矿、江⻄星⽕化⼯等企业展开了⾏业应⽤场景的RedCap⽹络验证。2023年，为进⼀步验证RedCap在⼴域范围内⾏业应⽤的拓展及协同，中国电信在深圳进⾏了“ RedCap 城市” 试点，并同时启动全国15个⾏业试点单位进⾏场景验证。⽬前，中国电信已对接RedCap⾏业终端超过50款，验证了超20个⾏业应⽤场景。

中国联通⾸发百站连⽚试验⽹，同时启动了多个省市分公司的⽹络试验，开展覆盖⾃有频段、相关⼚商的RedCap功能、性能、⽹络优化、端⽹协同等技术验证。

2023年7⽉，中国⼴电联合产业合作伙伴，基于⼴电5G⽹络配置，在⼴电 700MHz和4.9GHz频段开展RedCap商⽤关键功能和性能端到端测试，协同开展RedCap技术研讨、部署⽅案优化、业务场景构建分析等。

芯片、模组加大研发力度

芯片厂商对RedCap技术高度关注，积极规划相关商用产品。2022年芯片厂商已推出原型样机，参加技术验证。

今年2月，⾼通宣布推出全球⾸个5G NR-Light （也称“5G RedCap” ）骁⻰ ®X35 5G调制解调器及射频系统。自2023年第二季度起，高通、联发科、 紫光展锐、翱捷科技等芯片厂商不断加大RedCap芯片研发力度，芯片商用进程加速。其中，联发科参与了今年几乎所有海外主流运营商RedCap的测试。预计部分芯片厂有望2023年下半年推出先发产品，具备商用条件，2024年将有更多芯片厂商推出商用Redcap芯片。

模组整体计划与芯片节奏紧密相关，包括移远、广和通、鼎桥、芯讯通、海信、美格、有方、中兴、中移物联等模组厂家均在进行RedCap模组研发。2023年上半年RedCap模组由原先的1款增加至6款，其中：中移物联RedCap模组MR880A系列，⾯向智慧⼯⼚、视频监控、智慧电⼒、智能穿戴、⻋载通信等多种⾏业应⽤；中国电信天翼物联与芯模⼚商智联安、利尔达联合发布的全球⾸款5G RedCap低功耗定位模组；移远通信基于⾼通骁⻰®X35 5G调制解调器及射频系统的5G RedCap模组Rx255C系列；中国联通发布⾸款通⽤型5G RedCap商⽤模组产品NX307等。

今年，联通雁⻜、美格、广和通、南瑞配网自动化终端、中移物联企业网关、中微普业工业网关等RedCap终端相继推出，RedCap终端增加至21款。预计2023年下半年，将推出面向电力、视频监控、工业互联网、物探等场景的终端样机，2024年起RedCap终端将在更多行业落地，终端类型将愈加丰富，在各行各业应用落地。

在价格方面， RedCap相关芯片模组的成本也有望大幅下降，RedCap模组商用初期预计售价在200-300元，随着商用节奏加速、市场规模发展，预计可降至百元，期望最终能与现阶段4G Cat4模组价格持平。

国外纷纷测试

2023年8月24日，Verizon宣布成功完成RedCap的测试，其采用爱立信的软件和联发科RedCap测试平台，完成基于Verizon 5G网络的数据和语音会话。测试是在C波段TDD频谱和850 MHz FDD频谱上、通过Verizon的5G SA核心网完成。

此前，美国另一家运营商AT&T宣布在实验室和场外完成了美国首个RedCap数据通信测试，测试基于AT&T 5G SA现网。AT&T这次测试是和诺基亚、联发科合作实施的，基于诺基亚的AirScale平台和联发科的RedCap测试平台完成的。

澳洲两大运营商也完成了5G RedCap的测试。Telstra宣布和爱立信、联发科完成首个基于RedCap的VoNR测试，在Telstra的5G现网上使用了爱立信预商用RedCap软件和联发科的RedCap测试设备。本次VoNR的测试会话由FDD承载，标志着Telstra在5G功能的持续测试和验证的开始；澳大利亚第二大运营商Optus与爱立信、联发科合作完成首个RedCap远程数据会话。

亚洲的运营商也同样跟进，韩国SK电信宣布与诺基亚、联发科合作，完成了基于商用频段的RedCap开发和外场测试。

2025年连接数有望实现千万级增长

据《推进5G轻量化技术演进和应用创新发展的通知》提出，我国计划到2025年实现5G RedCap标准持续演进，技术能力满足多样化场景需求，推动产业芯片、模组、终端等成本持续下降，终端产品超过100款，连接数实现千万级增长，打造5个以上实现百万连接的5G RedCap应用领域。5G RedCap的发展将有望进一步激活5G市场，解决目前物联网终端功耗大成本高的问题，覆盖40%-50%的5G中速率场景，为5G规模发展带来新机遇。

RedCap技术的引⼊，只需进行网络软件升级，不过对网络接⼊管理、资源管理、信令开销、⽹络覆盖等多个方面亦有影响，下一步如何确保⽹络采⽤合适的管理策略，发展5G RedCap同时避免对⾮RedCap终端造成负⾯影响，对⽹络运维和优化提出了新的挑战。

总之，5G RedCap发展已步入快车道，需要持续推动5G RedCap标准制定，完善产业体系，加快网络能力升级和应用创新，未来发展能否达到预期，让我们拭目以待。

参考文献

[1] 工信部，《关于推进5G轻量化(RedCap)技术演进和应用创新发展的通知》，2023

[2] 中国移动，《中国移动5G-RedCap技术产业白皮书》，2023

[3] 中国移动，《中国移动5G-RedCap技术白皮书》，2022

[4] 中国联通，《中国联通5G RedCap白皮书》，2022

[5] 通信世界，《当5G“遇⻅”RedCap:5G商用⻜轮转动起来》，2023

[6] 通信世界，《5G RedCap技术能否助力运营商重拾信心?》，2023

[7] 物联网智库，《2030年5G RedCap出货量将超1/4的份额，海外密集进行测试》，2023