隨著3GPP R17版本的凍結,一個新的名詞逐漸開始熱門起來,那就是RedCap。
究竟什么是RedCap?為什么要引入它?它和現在的5G有什么區別?
█ 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階段,專門立項研究的一種新技術標準。
對于RedCap這個名字,大家可能覺得比較陌生。其實,它此前的名字,可能有讀者聽說過,就是NR light(NR lite)。
說白了,RedCap就是輕量級的5G。
值得一提的是,國內有些文章將RedCap全名說成是Reduced Capacity。這顯然是不對的,Capacity的意思是容量,Capability是能力。
█ 為什么會有RedCap
5G搞得好好的,為什么要搞一個輕量級的版本呢?原因如下:
眾所周知,5G分為三大應用場景,分別是eMBB(增強型移動寬帶)、uRLLC(低時延高可靠通信)、mMTC(海量物聯網通信)。
eMBB是4G時代MBB(移動寬帶)的升級,主要側重于網絡速率、帶寬容量、頻譜效率等指標。目前我們使用的5G手機通信,就屬于eMBB場景。
而uRLLC和mMTC,前者側重可靠性和時延,后者側重連接數和能耗。兩者都是主要服務于行業互聯網,包括工業制造、車聯網、遠程抄表等垂直行業領域。
我以前和大家說過,物聯網的應用場景是極其復雜、多樣的。不同的場景,對網絡的指標要求并不一樣。
以速率為例,VR/AR、高清轉播需要高速連接,但是,遠程抄表(水表、電表),還有共享單車同步數據,只需要低速就可以了。相比速率,很多應用場景更關心功耗和成本。
物聯網經過這么多年發展,已經形成了高速、中速和低速三個類別:
“631”結構
如果算上現在越來越火的無源物聯網(超低速率),那就是四個類別:
僅靠5G,是滿足不了全部需求的。所以,現階段,是5G、4G一起在扛。甚至2G、3G也在幫忙。
隨著2G、3G的退網,絕大部分的2G、3G物聯網業務將會遷移到LTE Cat.1、LTE Cat.4和NB-IoT。也就是4G、5G打天下。
那么問題來了,將來4G要退網,怎么辦?或者,新運營商成立,難道除了5G之外,還要再建一個4G網絡嗎?
所以,5G必須考慮長遠,建立一個輕量化的版本,用于覆蓋住目前LTE Cat.1以及Cat.4的需求,也就是中速及中高速需求。
于是,就有了RedCap。
換言之,NB-IoT/eMTC是閹割版的4G。而RedCap,是閹割版的5G。
從技術特性上來說,RedCap介于eMBB(超寬帶)和LPWA(低功耗廣域網,NB-IoT等)之間。
RedCap主要針對的是帶寬、功耗、成本等需求都基于eMBB和LPWA之間的應用。
它的帶寬速率低于eMBB,但是遠高于LPWA。它的功耗和成本高于LPWA,但是卻又遠低于eMBB。
RedCap的能力,非常“均衡”(黃色線是RedCap)
RedCap誕生的另一個驅動力,是5G終端芯片和模組的成本問題。
完整版的5G終端芯片和模組,設計極為復雜,研發門檻極高,投入成本巨大。它們的價格,也一直居高不下(500-1000元)。
高昂的價格,影響了5G在垂直行業的落地,用戶不愿意花這么多錢。
所以,搞一個輕量化的5G,也是為了在一些對速率、時延要求不那么高的場景,降低5G部署和使用的成本,更好地服務用戶,加速5G落地。
█ RedCap是如何實現低成本的?
來到本文的關鍵部分,RedCap究竟是如何被閹割Reduced的。
下面這個表格,顯示了5G RedCap設備和5G傳統設備之間的主要區別。
原圖來自愛立信(鮮棗課堂翻譯)
首先,RedCap的頻譜帶寬更小。在Sub-6GHz頻段,RedCap的帶寬為20MHz,小于傳統5G的100MHz。
其次,RedCap減少了收發天線數量,并降低了MIMO層數。對于Sub-6GHz頻段,RedCap終端的接收鏈路可減少為1個或2個,相應下行MIMO降低為1層或2層接收。這樣一來,就降低了對終端射頻收發信機和基帶處理模塊的能力要求。
第三,RedCap采用了64QAM這種更簡單的調制方式,同樣意味著對射頻和基帶的要求大幅降低。
第四,RedCap采用半雙工FDD(HD-FDD),可以在不同時刻在不同頻率上進行收發,不需要雙工器。不僅節約了成本,還獲得了更好的集成能力(雙工器一般都比較大),減小了對設備空間的占用,有利于設備的小型化。
第五,RedCap引入了一些節省功耗的手段,例如增強的非連續接收特性(eDRX),采用更長的休眠模式,讓終端減小功耗,獲得更高的續航能力。
基于上述改動,根據預測,RedCap相比于5G公網終端,復雜度下降了60%,在基帶和射頻側大約有70%左右的成本降低。更有說法稱,RedCap的整體成本可以減小2-5倍,甚至7-8倍。
雖然RedCap被嚴重閹割,但基本性能還是保留的。它可以基于5G現網平滑升級引入,不需要對現網進行大的改造。
說完好的,再說不好的。RedCap失去了什么呢?
首先是速率。隨著終端帶寬的下降,MIMO接收的簡化,以及最高調制階數的下降,RedCap的峰值速率也將大幅下降。
具體的速率值,根據天線數量和幀結構有所不同,可以參看下面的表格:
RedCap 上下行峰值速率參考
(來自5G RedCap 技術白皮書)
覆蓋能力方面,因為天線設計的縮水,加上可穿戴終端的尺寸限制,覆蓋能力略有縮水。
傳輸時延方面,HD-FDD不能同時發送和接受,傳輸時延會有所增加。不過,對于RedCap的應用場景來說,這些問題都沒有太大影響。
值得一提的是,考慮到應用場景和成本,3GPP提出RedCap一次只能在一個頻帶內工作,不需要支持載波聚合或者雙連接。(當然了,早期的RedCap終端,肯定是雙模的,畢竟5G的覆蓋并不完美。)
差點忘記說價格。根據預測,RedCap的模組價格將會控制在100-200元(人民幣)之間,遠低于目前大幾百元的5G模組,但是會比幾十元的NB-IoT模組高。
█ RedCap的典型業務場景
目前,根據3GPP R17的標準定義,RedCap支持三大業務場景,分別是:可穿戴設備、工業傳感器和視頻監控。
這三種場景對網絡的具體需求,如下表所示:
原圖來自愛立信(鮮棗課堂翻譯)
可穿戴設備,以智能手表為例。
目前,市面上主流的智能手表都只支持4G,不支持5G。因為5G芯片成本太高,發熱量大,而且eMBB的高速率,對于手表的屏幕尺寸來說,有點多余。
采用RedCap,完全可以滿足智能手表的視頻通話需求,不僅下行帶寬足夠,上行帶寬也遠遠高于LTE Cat.1。
此外,RedCap在尺寸和功耗方面,也能夠滿足智能手表的需求。
再看看工業傳感器。
工業無線傳感器大家可能比較陌生。這個東西的類別很多,包括壓力傳感器、濕度傳感器、運動傳感器、溫度計、加速度計、驅動器,等等。
這些傳感器在工業領域廣泛應用,數量巨大。它對可靠性要求略高,大概是99.99%。但是,對時延要求不算高,100ms以內就行。速率的話,一般都不超過2Mbps。
毫無疑問,RedCap是可以滿足的。
最后是視頻監控。
視頻監控是目前廣泛存在的一種物聯網需求,我們身邊到處都是。
很多人認為,視頻監控要用5G。其實,視頻監控也分為多種類別。有的是4K/8K超高清,高端型監控(7.5-25 Mbps)。也有的是高清或標清,屬于經濟型監控(2-4 Mbps)。
在實際應用中,經濟型視頻監控的占比反而更大一些,這些都不需要5G,用LTE Cat.1/Cat.4,還有我們的RedCap,就足夠了。
除了上述三大場景之外,RedCap可以應用的地方還有很多,例如智能物流、智能電力、智能巡檢、智能制造等。
根據各大市場咨詢機構的預測數據,到2025年,國內可穿戴、視頻監控及電力行業終端規模均可達千萬量級。對于RedCap來說,市場前景廣闊。
█ RedCap什么時候可以商用?
2019年6月,在3GPP RAN #84會議上,RedCap被首次作為一個R17 Study Item(研究項目)出現在大家面前。
2021年3月,3GPP正式通過了NR RedCap UE 標準化(即Work Item)項目的立項。
如今,2022年6月9日,3GPP R17凍結,也就意味著RedCap R17標準化完成。
根據經驗,標準化之后,至少要1-2年的時間,才能實現初步的產業化。所以說,預計到2023年的年中(或者2024年年初),我們將看到RedCap的早期商用化產品。
注意啊,RedCap的標準化并沒有徹底結束。2021年12月,3GPP R18 RedCap的標準化,已經啟動了。
3GPP RedCap 標準化工作進程
(來自5G RedCap 技術白皮書)
R18 RedCap的目標,是對標Cat.1/1bis,進一步降低終端復雜度,實現RedCap終端復雜度的極致簡化。
換言之,RedCap這項技術,未來還有很長的路要走。
審核編輯 :李倩
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原文標題:輕量級的5G RedCap
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