科普 | 5G新技术之RedCap基础篇
发布时间：2024-02-01 09:36:03 热度：4419
2/01/2024，光纤在线讯，什么是RedCap：RedCap是Reduced Capability（降低能力）的缩写，取两个单词的前三个字母拼接而成，它是国际移动通信标准组织3GPP面向中高速物联网场景定义的一种5G物联网技术。3GPP一开始讨论这个技术的时候用的是5G NR-Light这个名称，直译过来就是5G轻量化，相比RedCap来说似乎更好理解些。直到MWC2023大会上高通公司发布业界首个5G RedCap调制解调器芯片的时候， 5G NR-Light和RedCap这2种名称还在同时使用，之后RedCap已基本成为主流的称谓。RedCap作为3GPP Rel-17版的重要技术，已经于2022年6月正式纳入3GPP标准规范发布。
为什么需要RedCap
2015年，国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大使用场景：增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类型通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（URLLC）。除此之外，另一个确定的领域是时间敏感通信（TSC）。mMTC、URLLC和TSC都与针对垂直行业的新型物联网应用有关。
3GPP在2017 年启动 Rel-15的标准研究，作为5G标准的第一个阶段，主要是满足了eMBB和部分URLLC场景的需求。2021年7月，5G第一个演进版本3GPP Rel-16标准冻结，相比2019年冻结的Rel-15，Rel-16标准进一步完善了5G在URLLC和mMTC等场景的能力，可靠性和延迟得到了增强， 还为时间敏感通信应用引入了对时间敏感网络（TSN）的支持。3GPP还确认NB-IoT和LTE-MTC（eMTC）符合IMT-2020对mMTC的要求，被接纳为5G技术。
除了上述技术已经充分解决的物联网应用场景外，还有一些中等水平的物联网应用场景是Rel-15/16 5G规范无法满足的能力领域，这些应用场景需要更低成本、更低功耗、更低复杂度要求，高于LPWA（NB-IoT/ LTE-MTC），但低于URLLC和eMBB，主要包括：（1）智慧工厂：工业中的数据采集业务对网络速率、设备成本、端到端时延、可靠性等性能要求较高；（2）智慧电力：安全隔离、精准负控是电力行业关注的重点问题；（3）视频监控：城市管理、公共安全、家庭安防等应用场景需要对环境进行实时监控，因此具有高速率、低成本需求；（4）包括智能手表、电子健康、医疗监测等在内的可穿戴设备。
在这些应用场景中，面向eMBB和URLLC的Rel-15/16规范都可以说是“大材小用”，所以至少从经济效益角度上来讲不够理想。与此同时，LTE-M和NB-IoT等mMTC解决方案无法满足性能要求。RedCap能够覆盖以上需求场景，同时又在技术性能与部署成本之间找到平衡，为5G规模发展带来新机遇、注入新活力。
RedCap关键技术参数
RedCap技术最主要的特点就是对用户终端设备（UE）的复杂性的降低，主要包括以下方面：
（1）缩减UE最大带宽：FR1频段的最大带宽降低到20MHz，FR2频段最大带宽降低到100MHz。
（2）最小天线配置减少到1T1R或1T2R，下行MIMO层数相应降低为1层或2层接收。降低了对终端射频收发器和基带处理模块的能力要求。
（3）最大下行调制阶数降低为64QAM，256QAM仅作为可选。
（4）双工模式：RedCap可采用半双工FDD（HD-FDD），可以在不同时间和不同频率上进行收发，而不需要双工器。
此外RedCap引入了一些节省功耗的手段，例如增强的非连续接收特性（eDRX），将RRC_IDLE状态下的DRX周期扩展到长达10485.76秒（即大约3小时），将RRC_INACTIVE状态下的DRX周期扩展到10.24秒，从而终端休眠时间更长，更加节省功耗，更能延长电池寿命。最后要注意的是，RedCap只能部署于5G SA（独立组网模式）网络，因此RedCap设备不需要2/3/4G的网络连接能力，减少了相应的射频器件。
5G物联网终端技术能力比较
RedCap技术演进
2024年上半年3GPP Rel-18规范即将全面完成，标志着5G Advanced的开端。Rel-18将拓展RedCap的支持范围，涵盖额外的应用场景，其中大多是较低级别的物联网设备，其功能介于现有LPWA用户设备与Rel-17 RedCap用户设备之间。
Rel-18版RedCap的目标是实现10Mbps左右的峰值数据传输速率。为实现此目标，FR1频段的最大带宽可进一步降低到5?MHz。Re-18版RedCap并非取代现有LPWA解决方案，因为现有方案在室内覆盖范围和功耗方面的表现依然要更好一些。未来RedCap主要的市场定位将取代LTE Cat 4和LTE Cat 1/1 bis。准确点讲，Rel-17版本的RedCap将取代LTE Cat 4。而Rel-18版RedCap，将取代LTE Cat 1/1 bis。
在下一篇文章中我们将给大家分享下RedCap最新市场应用方向与前景，敬请关注。
RedCap测试方案
MT8000A是一款用于5G终端及芯片射频、协议、波束测试及波束赋形评估的一体化测试平台。除了支持模拟开发5G芯片和终端所需的SA与NSA模式的基站功能之外，它还支持最新技术，如用于增加Sub-6GHz频段数据传输速度的2CC+4x4 MIMO，以及用于实现宽带毫米波的8CC+2x2MIMO，5G RedCap等。
关于安立
安立公司是一家拥有120多年历史的创新通信解决方案供应商。公司的测试和测量解决方案包括无线、光通信、微波/射频和数字仪器，支持了系统以及研发、制造、安装和维护的解决方案。安立还为通信产品和系统提供精密微波/射频元件、光器件和高速器件。安立通过增加用于网络监控和优化的多维服务保证解决方案为现有和下一代有线和无线通信系统以及服务供应商提供完整的解决方案。安立业务遍布 90 多个国家，拥有约4,000名员工。
相关文章：科普 | 5G新技术之RedCap市场篇
为什么需要RedCap
2015年，国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大使用场景：增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类型通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（URLLC）。除此之外，另一个确定的领域是时间敏感通信（TSC）。mMTC、URLLC和TSC都与针对垂直行业的新型物联网应用有关。
3GPP在2017 年启动 Rel-15的标准研究，作为5G标准的第一个阶段，主要是满足了eMBB和部分URLLC场景的需求。2021年7月，5G第一个演进版本3GPP Rel-16标准冻结，相比2019年冻结的Rel-15，Rel-16标准进一步完善了5G在URLLC和mMTC等场景的能力，可靠性和延迟得到了增强， 还为时间敏感通信应用引入了对时间敏感网络（TSN）的支持。3GPP还确认NB-IoT和LTE-MTC（eMTC）符合IMT-2020对mMTC的要求，被接纳为5G技术。
除了上述技术已经充分解决的物联网应用场景外，还有一些中等水平的物联网应用场景是Rel-15/16 5G规范无法满足的能力领域，这些应用场景需要更低成本、更低功耗、更低复杂度要求，高于LPWA（NB-IoT/ LTE-MTC），但低于URLLC和eMBB，主要包括：（1）智慧工厂：工业中的数据采集业务对网络速率、设备成本、端到端时延、可靠性等性能要求较高；（2）智慧电力：安全隔离、精准负控是电力行业关注的重点问题；（3）视频监控：城市管理、公共安全、家庭安防等应用场景需要对环境进行实时监控，因此具有高速率、低成本需求；（4）包括智能手表、电子健康、医疗监测等在内的可穿戴设备。
在这些应用场景中，面向eMBB和URLLC的Rel-15/16规范都可以说是“大材小用”，所以至少从经济效益角度上来讲不够理想。与此同时，LTE-M和NB-IoT等mMTC解决方案无法满足性能要求。RedCap能够覆盖以上需求场景，同时又在技术性能与部署成本之间找到平衡，为5G规模发展带来新机遇、注入新活力。
RedCap关键技术参数
RedCap技术最主要的特点就是对用户终端设备（UE）的复杂性的降低，主要包括以下方面：
（1）缩减UE最大带宽：FR1频段的最大带宽降低到20MHz，FR2频段最大带宽降低到100MHz。
（2）最小天线配置减少到1T1R或1T2R，下行MIMO层数相应降低为1层或2层接收。降低了对终端射频收发器和基带处理模块的能力要求。
（3）最大下行调制阶数降低为64QAM，256QAM仅作为可选。
（4）双工模式：RedCap可采用半双工FDD（HD-FDD），可以在不同时间和不同频率上进行收发，而不需要双工器。
此外RedCap引入了一些节省功耗的手段，例如增强的非连续接收特性（eDRX），将RRC_IDLE状态下的DRX周期扩展到长达10485.76秒（即大约3小时），将RRC_INACTIVE状态下的DRX周期扩展到10.24秒，从而终端休眠时间更长，更加节省功耗，更能延长电池寿命。最后要注意的是，RedCap只能部署于5G SA（独立组网模式）网络，因此RedCap设备不需要2/3/4G的网络连接能力，减少了相应的射频器件。
RedCap技术演进
2024年上半年3GPP Rel-18规范即将全面完成，标志着5G Advanced的开端。Rel-18将拓展RedCap的支持范围，涵盖额外的应用场景，其中大多是较低级别的物联网设备，其功能介于现有LPWA用户设备与Rel-17 RedCap用户设备之间。
Rel-18版RedCap的目标是实现10Mbps左右的峰值数据传输速率。为实现此目标，FR1频段的最大带宽可进一步降低到5?MHz。Re-18版RedCap并非取代现有LPWA解决方案，因为现有方案在室内覆盖范围和功耗方面的表现依然要更好一些。未来RedCap主要的市场定位将取代LTE Cat 4和LTE Cat 1/1 bis。准确点讲，Rel-17版本的RedCap将取代LTE Cat 4。而Rel-18版RedCap，将取代LTE Cat 1/1 bis。
在下一篇文章中我们将给大家分享下RedCap最新市场应用方向与前景，敬请关注。
RedCap测试方案
MT8000A是一款用于5G终端及芯片射频、协议、波束测试及波束赋形评估的一体化测试平台。除了支持模拟开发5G芯片和终端所需的SA与NSA模式的基站功能之外，它还支持最新技术，如用于增加Sub-6GHz频段数据传输速度的2CC+4x4 MIMO，以及用于实现宽带毫米波的8CC+2x2MIMO，5G RedCap等。
关于安立
安立公司是一家拥有120多年历史的创新通信解决方案供应商。公司的测试和测量解决方案包括无线、光通信、微波/射频和数字仪器，支持了系统以及研发、制造、安装和维护的解决方案。安立还为通信产品和系统提供精密微波/射频元件、光器件和高速器件。安立通过增加用于网络监控和优化的多维服务保证解决方案为现有和下一代有线和无线通信系统以及服务供应商提供完整的解决方案。安立业务遍布 90 多个国家，拥有约4,000名员工。
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