前 言

5G標準制定之前，國際電信聯盟ITU定義了未來5G三大應用場景。即eMBB，URLLC和mMTC。

eMBB（enhanced Mobile Broad Band），增強移動寬帶，5G Release 15（簡稱Rel 15，本文后續的Release都用Rel代替）版本標準。主要針對以人為中心的高速數據通信場景。不考慮5G 新標準引入的1024QAM調制方式，單純從最大帶寬角度看，相比4G就有5倍提升（4G最大帶寬20MHz，5G最大帶寬100MHz）。

URLLC（Ultra-Reliable Low Latency Communication），超可靠低時延，5G Rel 16版本標準。主要針對像車聯網和遠程醫療等這樣對可靠性和時延要求苛刻的應用場景。

mMTC（Massive Machine Type Communication） 大規模機器類型通信，5G Rel 17版本標準。主要針對萬物互聯的物聯網應用場景。

今天我們要聊的這個RedCap，是Reduced Capability的簡稱，它是5G Rel 17定義的物聯網標準，滿足mMTC場景需求。3GPP最開始的研究項目名稱為NR Light，后期重新命名為5G RedCap。是不斷發展的物聯網（IoT）領域的首個5G標準。最開始的Rel 17版本主要針對介于窄帶物聯網（eMTC和NB-IoT）和eMBB之前的中速物聯網應用場景。

之所以叫RedCap，其實從字面上理解就是“能力裁剪”，也可以叫“5G輕量化”。那為什么要“能力裁剪”呢？通俗的來講，如果直接用5G的eMBB標準來實現物聯網，無疑是“用大炮打蚊子”，不僅成本太高，而且性能過剩。殺雞焉用牛刀，所以5G在原有標準的基礎之上，通過“能力裁剪”的方式定義了RedCap，滿足5G物聯網各類場景的應用需求。在RedCap后續的Rel 18標準中，還將繼續進行“能力裁剪”，使得RedCap可以滿足低速物聯網的應用場景，最終實現5G物聯網領域的技術統一。

為了更好的理解RedCap技術的“能力裁剪”，我們需要介紹一下4G蜂窩物聯網技術的發展。

4G蜂窩物聯網技術的發展

4G LTE技術最早定義的標準起始于Rel 8版本，對應的終端能力是Category 4（簡稱Cat 4）。其下行峰值速率可以達到150Mbps，支持MIMO2*2雙天線連接，應用場景也是以人為中心的高速數據應用。伴隨著LTE技術的發展，通過更高階的調制方式、更多的載波聚合、更多的天線連接數量，MBB移動寬帶峰值速率不斷增長。最終演進到了5G Rel 15版本的eMBB。

與此同時，應運而生了眾多物聯網的應用需求，其主要特點是：峰值速率較低、對時延要求不高、長續航、低成本、低功耗、體積更小。針對不斷增長的各種物聯網應用需求，3GPP定義了不同類型的物聯網技術。而這些物聯網技術基本都是采用了不同程度“功能裁剪”方式來實現，從而降低終端的實現復雜度，最終降低使用成本，以滿足應用需求。3GPP在4G階段定義了終端的能力等級，即Category，來區分不同類型的終端。與物聯網應用相關的能力等級具體如下：

Cat 1

在LTE Rel 8版本定義，由Cat 4發展而來。下行峰值速率10Mbps，上行峰值速率5Mbps。與Cat 4相比性能大幅度降低。可以滿足中速物聯網應用需求。

Cat1bis

為了進一步減低終端尺寸，LTE Rel 13版本基于Cat 1進行能力裁剪，將原來的雙天線接收，降低為了單天線接收。進一步縮小了終端的體積，降低了成本。

Cat 0

LTE Rel 12版本定義。針對低速物聯網應用，其上下行峰值速率僅1Mbps。因為很多低速物聯網應用場景對于時延的要求不高，因此去掉了雙工器，引入半雙工。進一步降低了終端的復雜度和成本。

Cat M1(eMTC)

LTE Rel13版本定義。基于LTE Cat 0演進而來，上下行峰值速率也為1Mbps，帶寬從原來的20MHz降低到了1.4MHz，使得網絡承載終端的數量大幅度提高。之后eMTC進一步演進，并被5G標準接納，功能持續增強。

NB-IoT

NB-IoT技術可以認為是針對于窄帶物聯網的需求“另起爐灶”定義的通信標準，其源于LTE技術。信道帶寬只有180kHz，峰值速率200kbps左右。非常適合于低速，長續航的物聯網終端。之后NB-IoT技術也進一步演進，并被5G標準接納，功能持續增強。

根據以上的描述，我們發現通過降低帶寬、減少天線數量、引入半雙工等方式實現了不同程度的“功能裁剪”，從而降低了終端實現復雜度和成本，最終滿足不同應用場景的需求。

RedCap

那么既然已經有了4G時代的低速物聯網技術eMTC和NB-IoT，以及中速物聯網技術Cat 1和Cat 1bis。為什么要引入RedCap技術呢？雖然5G已經吸收了eMTC和NB-IoT技術作為5G前期的物聯網技術。但是這兩種技術只能應對低速場景。像視頻監控等中速物聯網需求，在5G階段還是空白，所以3GPP參考4G階段物聯網的發展路線，在原有的eMBB基礎上通過“能力裁剪”定義了Rel 17版本的RedCap技術。

那具體裁剪了哪些能力呢？

1. 最大帶寬從NR的100MHz縮減為20MHz，和4G LTE保持一致。

2.終端的天線配置從原來的2T4R縮減為1T1R或者1T2R，大幅度降低了天線的復雜度。

3.限制終端的調制方式到64QAM，256QAM作為可選項，而5G新引入的1024QAM不作考慮。

4. FDD頻段支持半雙工，參考LTE Cat 0的實現。

5. 終端僅支持SA獨立組網。5G定義了NSA非獨立組網和SA獨立組網。NSA非獨立組網，要求終端同時支持4G和5G兩種模式，而RedCap要求終端僅支持5G SA模式，去掉了4G支持能力，大大降低了終端的成本和實現復雜度。

6. 不支持CA載波聚合。載波聚合功能主要針對于更高帶寬的eMBB場景需求，RedCap不需要考慮

7功耗：為了降低功耗，降低了終端發射功率等級，支持eDRX功能，RRM測量放松等技術。

可以看出通過以上的“能力裁剪”，RedCap可以充分滿足中速物聯網的應用需求。技術是要不斷向前發展的，為了進一步統一5G物聯網的支持能力和范圍，覆蓋原來eMTC和NB-IoT的低速物聯網場景，Rel 18中進一步進行了“能力裁剪”，比如帶寬降低到5MHz，同時還增加了定位和sidelink連接功能，從而可以支持更廣泛的物聯網應用，最終實現所有物聯網技術在5G的大統一。此舉也有利于5G發展后期，將4G頻譜資源進行重耕。

R&S測試解決方案

介紹完RedCap技術，那么怎么進行測試呢？說道這里，我們就要介紹一下羅德與施瓦茨公司開發的，下一代信令無線通信測試儀，CMX500 OBT(One Box Tester)。它可以同時滿足4G LTE 和 5G FR1/FR2以及WLAN技術測試, RedCap的支持更是不在話下，是一款真正意義上的5G測試一體機。

儀表采用了Linux操作系統，基于Web網頁的GUI操作界面進行測試，界面美觀，應用靈活。CMX OBT采用靈活的硬件配置，全新設計的射頻硬件，頻率覆蓋范圍從400MHz到8GHz。每塊射頻板卡，支持4T2R，可以支持下行MIMO4*4和UL MIMO測試。每個下行通道可以支持1GHz的工作帶寬。射頻硬件的數量可以根據測試需求靈活配置，最多可以配置4塊。針對RedCap，最低配置的CMX OBT Lite （一塊射頻板卡）即可滿足從研發、功能、性能到GCF協議一致性（對應GCF認證平臺編號TP292）的全部測試需求，如下圖所示。

CMX500不僅可以進行物理層吞吐量測試。內置數據應用服務器，還可以滿足各類應用場景測試要求，包括VONR，Iperf，HTTP，FTP，DNS，連接外網等。面向未來的硬件架構設計，性能卓越，最高支持20Gbps應用層吞吐量測試，完全滿足IMT-2020定義的技術性能要求。

基于CMX500的TS8980 FTA-3A射頻一致性測試系統，可以滿足RedCap的RF/RRM一致性認證測試（對應GCF認證平臺編號TP298和TP296）。

通過以上描述，相信大家應該對5G RedCap有了一定的了解，也了解了羅德與施瓦茨公司針對RedCap的信令測試解決方案。

總結

R&S的CMX500可以充分滿足5G當前的測試，以及未來5G發展的測試要求。想了解更多關于CMX500和RedCap的相關信息可以訪問R&S官網，也可以聯系我們本地的工程師。

羅德與施瓦茨業務涵蓋測試測量、技術系統、網絡與網絡安全，致力于打造一個更加安全、互聯的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產品和解決方案賦能眾多行業客戶，助其獲得數字技術領導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業，公司在全球范圍內獨立、長期、可持續地開展業務。