到底什麼是RedCap?

隨著3GPP R17版本的不斷推進,一個新的名詞逐漸開始熱門起來,那就是RedCap

究竟什麼是RedCap?為什麼要引入它?它和現在的5G有什麼區別?

且看本文的深入解析……

█ 什麼是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。

對於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。

█ 為什麼會有RedCap

5G搞得好好的,為什麼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(增強型移動寬頻)、uRLLC(低時延高可靠通訊)、mMTC(海量物聯網通訊)。

eMBB是4G時代MBB(移動寬頻)的升級,主要側重於網路速率、頻寬容量、頻譜效率等指標。目前我們使用的5G手機通訊,就屬於eMBB場景。

而uRLLC和mMTC,前者側重可靠性和時延,後者側重連接數和能耗。兩者都是主要服務於行業網際網路,包括工業製造、車聯網等垂直行業領域。

隨著5G的不斷商用,人們發現,以上三大應用場景,仍不能完全滿足需求,出現了未被cover住的「盲區」。

大家應該都注意到了,現階段,5G在各行各業的應用落地,進入爬坡期。看似熱火朝天,但實際上阻力很大。

其中,最大的阻力之一,就是5G終端晶片和模組的高昂成本

5G終端晶片和模組,設計極為複雜,研發門檻極高,投入成本巨大。它們的價格,也一直居高不下。

價格下不來,使用者當然就不願意買。長此以往,5G談何發展?

而且,人們也發現,大部分的行業應用場景,其實對速率等指標,並沒有很高的要求。5G現有的能力,已經超出了場景的需求。

於是,行業就提出,是不是可以重新做一下成本與性能的平衡,適當犧牲一點指標,降低一些要求,然後,降低一點成本?

就這樣,RedCap(NR light)誕生了。

上面我所說的話,大家是否覺得有點耳熟?

上面我所說的話,大家是否覺得有點耳熟?

沒錯,我當年科普NB-IoT/eMTC的時候,用過同樣的描述。只不過,今天,4G變成了5G,而RedCap對於5G來說,就有點像NB-IoT/eMTC對於4G。

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介於eMBB(超寬頻)和LPWA(低功耗廣域網,NB-IoT等)之間。

RedCap主要針對的是頻寬、功耗、成本等需求都基於eMBB和LPWA之間的應用。它的頻寬和通訊位元速率低於eMBB,但是遠高於LPWA。它的功耗和成本高於LPWA,但是卻又遠低於eMBB。

RedCap的能力,非常「均衡」(黃色線是RedCap)

實際上,從目前的實際應用來看,RedCap並不是需求非常迫切的一項技術。

我之前和大家說過,物聯網分為高速、中速和低速。RedCap,實際上對應的更多是中速或中高速。目前,LTE Cat.1以及Cat.4,已經cover住了這部分需求。

「631」結構

「631」結構

專家們提出RedCap,是有長遠打算的。說白了,RedCap,更多是為將來4G LTE退網做準備。

當4G LTE退網,NB-IoT、eMTC、Cat.1、Cat.4都將不復存在。此時,RedCap就將起到替代的作用。

█ 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)

原圖來自愛立信(鮮棗課堂翻譯)

首先,RedCap的頻譜頻寬更小。在Sub-6GHz頻段,RedCap的頻寬為20MHz,小於傳統5G的100MHz。

其次,RedCap減少了收發天線數量,並降低了MIMO層數。對於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組的能力要求。

第三,RedCap採用了64QAM這種更簡單的調製方式,同樣意味著對射頻和基帶的要求大幅降低。

第四,RedCap 採用半雙工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佔用,有利於設備的小型化。

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),採用更長的休眠模式,讓終端減小功耗,獲得更高的續航能力。

基於上述改動,根據預測,RedCap相比於5G公網終端,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。

說完好的,再說不好的。RedCap失去了什麼呢?

首先是速率。隨著終端頻寬的下降,MIMO接收的簡化,以及最高調製階數的下降,RedCap的峰值速率也將大幅下降。

根據3GPP TS36.306中給出的UE峰值速率計算方法,RedCap的理論峰值速率大約是80~90Mbps左右。

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,對於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的覆蓋並不完美。)

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,遠低於目前大幾百元的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、工業傳感器和視訊監控。

這三種場景對網路的具體需求,如下表所示:

原圖來自愛立信(鮮棗課堂翻譯)

原圖來自愛立信(鮮棗課堂翻譯)

可穿戴設備,以智慧手錶為例。

目前,市面上主流的智慧手錶都只支持4G,不支持5G。因為5G晶片成本太高,發熱量大,而且eMBB的高速率,對於手錶的螢幕尺寸來說,有點多餘。

採用RedCap,完全可以滿足智慧手錶的視訊通話需求,不僅下行頻寬足夠,上行頻寬也遠遠高於LTE Cat.1。

此外,RedCap在尺寸和功耗方面,也能夠滿足智慧手錶的需求。

█ RedCap什麼時候可以商用?

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。按計劃,3GPP R17凍結之時,就是RedCap標準化完成之日。

目前,由於新冠疫情的原因,3GPP陸續將R17的時間表推遲了9個月。根據最新的進展,3GPP R17將於2022年6月份凍結。也就是說,RedCap的標準化,將於明年6月完成。

3GPP R17時間表

根據經驗,標準化之後,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。

目前,國內包括紫光展銳等晶片企業,都在做RedCap方面的佈局,相信會及早推出商用晶片。有了晶片,就會有模組和產品。

好了,以上就是關於RedCap的全部內容,感謝大家的耐心觀看,我們下期再見!

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