隨著 3GPP R17 版本的凍結(jié),一個(gè)新的名詞逐漸開(kāi)始熱門起來(lái),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(xiàng)研究的一種新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于 RedCap 這個(gè)名字,大家可能覺(jué)得比較陌生。其實(shí),它此前的名字,可能有讀者聽(tīng)說(shuō)過(guò),就是 NR light(NR lite)。說(shuō)白了,RedCap 就是輕量級(jí)的 5G。
值得一提的是,國(guó)內(nèi)有些文章將 RedCap 全名說(shuō)成是 Reduced Capacity。這顯然是不對(duì)的,Capacity 的意思是容量,Capability 是能力。
為什么會(huì)有 RedCap
5G 搞得好好的,為什么要搞一個(gè)輕量級(jí)的版本呢?原因如下:眾所周知,5G 分為三大應(yīng)用場(chǎng)景,分別是 eMBB(增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶)、uRLLC(低時(shí)延高可靠通信)、mMTC(海量物聯(lián)網(wǎng)通信)。
eMBB 是 4G 時(shí)代 MBB(移動(dòng)寬帶)的升級(jí),主要側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)速率、帶寬容量、頻譜效率等指標(biāo)。目前我們使用的 5G 手機(jī)通信,就屬于 eMBB 場(chǎng)景。
而 uRLLC 和 mMTC,前者側(cè)重可靠性和時(shí)延,后者側(cè)重連接數(shù)和能耗。兩者都是主要服務(wù)于行業(yè)互聯(lián)網(wǎng),包括工業(yè)制造、車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程抄表等垂直行業(yè)領(lǐng)域。
我以前和大家說(shuō)過(guò),物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景是極其復(fù)雜、多樣的。不同的場(chǎng)景,對(duì)網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)要求并不一樣。以速率為例,VR / AR、高清轉(zhuǎn)播需要高速連接,但是,遠(yuǎn)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(yīng)用場(chǎng)景更關(guān)心功耗和成本。
物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)過(guò)這么多年發(fā)展,已經(jīng)形成了高速、中速和低速三個(gè)類別:
▲ “631”結(jié)構(gòu)
如果算上現(xiàn)在越來(lái)越火的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)(超低速率),那就是四個(gè)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(wù)將會(huì)遷移到 LTE Cat.1、LTE Cat.4 和 NB-IoT。也就是 4G、5G 打天下。
那么問(wèn)題來(lái)了,將來(lái) 4G 要退網(wǎng),怎么辦?或者,新運(yùn)營(yíng)商成立,難道除了 5G 之外,還要再建一個(gè) 4G 網(wǎng)絡(luò)嗎?
所以,5G 必須考慮長(zhǎng)遠(yuǎn),建立一個(gè)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(shù)特性上來(lái)說(shuō),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(duì)的是帶寬、功耗、成本等需求都基于 eMBB 和 LPWA 之間的應(yīng)用。
它的帶寬速率低于 eMBB,但是遠(yuǎn)高于 LPWA。它的功耗和成本高于 LPWA,但是卻又遠(yuǎn)低于 eMBB。
▲ RedCap 的能力,非?!熬狻保S色線是 RedCap)
RedCap 誕生的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力,是 5G 終端芯片和模組的成本問(wèn)題。
完整版的 5G 終端芯片和模組,設(shè)計(jì)極為復(fù)雜,研發(fā)門檻極高,投入成本巨大。它們的價(jià)格,也一直居高不下(500-1000 元)。
高昂的價(jià)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(gè)輕量化的 5G,也是為了在一些對(duì)速率、時(shí)延要求不那么高的場(chǎng)景,降低 5G 部署和使用的成本,更好地服務(wù)用戶,加速 5G 落地。
RedCap 是如何實(shí)現(xiàn)低成本的?
來(lái)到本文的關(guān)鍵部分,RedCap 究竟是如何被閹割 Reduced 的。
下面這個(gè)表格,顯示了 5G RedCap 設(shè)備和 5G 傳統(tǒng)設(shè)備之間的主要區(qū)別。
▲ 原圖來(lái)自愛(ài)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(duì)于 Sub-6GHz 頻段,RedCap 終端的接收鏈路可減少為 1 個(gè)或 2 個(gè),相應(yīng)下行 MIMO 降低為 1 層或 2 層接收。這樣一來(lái),就降低了對(duì)終端射頻收發(fā)信機(jī)和基帶處理模塊的能力要求。
第三,RedCap 采用了 64QAM 這種更簡(jiǎn)單的調(diào)制方式,同樣意味著對(duì)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(shí)刻在不同頻率上進(jìn)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(duì)設(shè)備空間的占用,有利于設(shè)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(qiáng)的非連續(xù)接收特性(eDRX),采用更長(zhǎng)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(dòng),根據(jù)預(yù)測(cè),RedCap 相比于 5G 公網(wǎng)終端,復(fù)雜度下降了 60%,在基帶和射頻側(cè)大約有 70% 左右的成本降低。更有說(shuō)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(yán)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(jí)引入,不需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行大的改造。
說(shuō)完好的,再說(shuō)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(jiǎn)化,以及最高調(diào)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(jié)構(gòu)有所不同,可以參看下面的表格:
▲ RedCap 上下行峰值速率參考(來(lái)自 5G RedCap 技術(shù)白皮書)
覆蓋能力方面,因?yàn)樘炀€設(shè)計(jì)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(shí)延方面,HD-FDD 不能同時(shí)發(fā)送和接受,傳輸時(shí)延會(huì)有所增加。不過(guò),對(duì)于 RedCap 的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō),這些問(wèn)題都沒(méi)有太大影響。
值得一提的是,考慮到應(yīng)用場(chǎng)景和成本,3GPP 提出 RedCap 一次只能在一個(gè)頻帶內(nèi)工作,不需要支持載波聚合或者雙連接。(當(dāng)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(diǎn)忘記說(shuō)價(jià)格。根據(jù)預(yù)測(cè),RedCap 的模組價(jià)格將會(huì)控制在 100-200 元(人民幣)之間,遠(yuǎn)低于目前大幾百元的 5G 模組,但是會(huì)比幾十元的 NB-IoT 模組高。
RedCap 的典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景
目前,根據(jù) 3GPP R17 的標(biāo)準(zhǔn)定義,RedCap 支持三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景,分別是:可穿戴設(shè)備、工業(yè)傳感器和視頻監(jiān)控。
這三種場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的具體需求,如下表所示:
▲ 原圖來(lái)自愛(ài)立信(鮮棗課堂翻譯)
可穿戴設(shè)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?yàn)?5G 芯片成本太高,發(fā)熱量大,而且 eMBB 的高速率,對(duì)于手表的屏幕尺寸來(lái)說(shuō),有點(diǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(wú)線傳感器大家可能比較陌生。這個(gè)東西的類別很多,包括壓力傳感器、濕度傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、溫度計(jì)、加速度計(jì)、驅(qū)動(dòng)器,等等。
這些傳感器在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,數(shù)量巨大。它對(duì)可靠性要求略高,大概是 99.99%。但是,對(duì)時(shí)延要求不算高,100ms 以內(nèi)就行。速率的話,一般都不超過(guò) 2Mbps。
毫無(wú)疑問(wèn),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(rèn)為,視頻監(jiān)控要用 5G。其實(shí),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(biāo)清,屬于經(jīng)濟(jì)型監(jiān)控(2-4 Mbps)。
在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)濟(jì)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(chǎng)景之外,RedCap 可以應(yīng)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(chǎng)咨詢機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),到 2025 年,國(guó)內(nèi)可穿戴、視頻監(jiān)控及電力行業(yè)終端規(guī)模均可達(dá)千萬(wàn)量級(jí)。對(duì)于 RedCap 來(lái)說(shuō),市場(chǎng)前景廣闊。
RedCap 什么時(shí)候可以商用?
2019 年 6 月,在 3GPP RAN #84 會(huì)議上,RedCap 被首次作為一個(gè) R17 Study Item(研究項(xiàng)目)出現(xiàn)在大家面前。
2021 年 3 月,3GPP 正式通過(guò)了 NR RedCap UE 標(biāo)準(zhǔn)化(即 Work Item)項(xiàng)目的立項(xiàng)。
如今,2022 年 6 月 9 日,3GPP R17 凍結(jié),也就意味著 RedCap R17 標(biāo)準(zhǔn)化完成。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn),標(biāo)準(zhǔn)化之后,至少要 1-2 年的時(shí)間,才能實(shí)現(xiàn)初步的產(chǎn)業(yè)化。所以說(shuō),預(yù)計(jì)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(chǎn)品。
注意啊,RedCap 的標(biāo)準(zhǔn)化并沒(méi)有徹底結(jié)束。2021 年 12 月,3GPP R18 RedCap 的標(biāo)準(zhǔn)化,已經(jīng)啟動(dòng)了。
▲ 3GPP RedCap 標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)程(來(lái)自 5G RedCap 技術(shù)白皮書)
R18 RedCap 的目標(biāo),是對(duì)標(biāo) Cat.1/1bis,進(jìn)一步降低終端復(fù)雜度,實(shí)現(xiàn) RedCap 終端復(fù)雜度的極致簡(jiǎn)化。
換言之,RedCap 這項(xiàng)技術(shù),未來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。
好了,以上就是關(guān)于 RedCap 的全部?jī)?nèi)容。感謝大家的耐心觀看,我們下期再見(jiàn)!
參考文獻(xiàn):
1、https://www.ericsson.com/ en / blog / 2021/2 / reduced-cap-nr,愛(ài)立信
2、《5G R17 帶來(lái)的芯片機(jī)會(huì)》,李飛,半導(dǎo)體行業(yè)觀察
3、《RedCap,來(lái)了!》,5GSA
4、《5G RedCap UE 關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展》,徐霞艷,移動(dòng)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(shù)白皮書,中國(guó)移動(dòng)
廣告聲明:文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接(包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式),用于傳遞更多信息,節(jié)省甄選時(shí)間,結(jié)果僅供參考,IT之家所有文章均包含本聲明。