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(xiàn)在的 5G 有什么區(qū)別？且看小棗君的深入解析……
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(lián)網(wǎng)通信）。
eMBB 是 4G 時代 MBB（移動寬帶）的升級，主要側重于網(wǎng)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(shù)和能耗。兩者都是主要服務于行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，包括工業(yè)制造、車聯(lián)網(wǎng)、遠程抄表等垂直行業(yè)領域。
我以前和大家說過，物聯(lián)網(wǎng)的應用場景是極其復雜、多樣的。不同的場景，對網(wǎng)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(shù)據(jù)，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(lián)網(wǎng)經過這么多年發(fā)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(xiàn)在越來越火的無源物聯(lián)網(wǎng)（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(xiàn)階段，是 5G、4G 一起在扛。甚至 2G、3G 也在幫忙。
隨著 2G、3G 的退網(wǎng)，絕大部分的 2G、3G 物聯(lián)網(wǎng)業(yè)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(wǎng)，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(wǎng)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(wǎng)，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?！熬狻保S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(fā)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(yè)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(xiàn)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(tǒng)設備之間的主要區(qū)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(tǒng) 5G 的 100MHz。
其次，RedCap 減少了收發(fā)天線數(shù)量，并降低了 MIMO 層數(shù)。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(fā)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(fā)，不需要雙工器。不僅節(jié)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(jié)省功耗的手段，例如增強的非連續(xù)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(xù)航能力。
基于上述改動，根據(jù)預測，RedCap 相比于 5G 公網(wǎng)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(xiàn)網(wǎng)平滑升級引入，不需要對現(xiàn)網(wǎng)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(shù)的下降，RedCap 的峰值速率也將大幅下降。
具體的速率值，根據(jù)天線數(shù)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(fā)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(jù)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(yè)務場景
目前，根據(jù) 3GPP R17 的標準定義，RedCap 支持三大業(yè)務場景，分別是：可穿戴設備、工業(yè)傳感器和視頻監(jiān)控。
這三種場景對網(wǎng)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(fā)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(yè)傳感器。
工業(yè)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(yè)領域廣泛應用，數(shù)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(jiān)控。
視頻監(jiān)控是目前廣泛存在的一種物聯(lián)網(wǎng)需求，我們身邊到處都是。
很多人認為，視頻監(jiān)控要用 5G。其實，視頻監(jiān)控也分為多種類別。有的是 4K / 8K 超高清，高端型監(jiān)控（7.5-25 Mbps）。也有的是高清或標清，屬于經濟型監(jiān)控（2-4 Mbps）。
在實際應用中，經濟型視頻監(jiān)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(jù)各大市場咨詢機構的預測數(shù)據(jù)，到 2025 年，國內可穿戴、視頻監(jiān)控及電力行業(yè)終端規(guī)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(xiàn)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(jù)經驗，標準化之后，至少要 1-2 年的時間，才能實現(xiàn)初步的產業(yè)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(xiàn) 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。
好了，以上就是關于 RedCap 的全部內容。感謝大家的耐心觀看，我們下期再見！
參考文獻：
1、https://www.ericsson.com/ en / blog / 2021/2 / reduced-cap-nr，愛立信
2、《5G R17 帶來的芯片機會》，李飛，半導體行業(yè)觀察
3、《RedCap，來了！》，5GSA
4、《5G RedCap UE 關鍵技術與標準化進展》，徐霞艷，移動通信；
5、3GPP Enhancements Planned for 5G Release 17 Include RedCap, Coverage Improvements, Satellite Standards, and More， sierrawireless.com
6、https://blog.3g4g.co.uk/2021/07/introduction-to-5g-reduced-capability.html，3G4G
7、3GPP.org
8、5G RedCap 技術白皮書，中國移動
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