去年6月,3GPP R17版本宣布冻结,引起了整个通信行业的关注。
众所周知,作为目前全球移动通信标准的权威组织,3GPP发布的每个版本(Release),都在指明移动通信技术的演进方向,为整个产业的发展照亮了前路。
在R17版本中,作为专门立项研究的一种5G关键新技术,RedCap特别引人注意,也被媒体反复报道。
█RedCap,到底是个啥?
RedCap,从字面意思来看,是“小红帽”。但实际上,它是Reduced Capability的缩写,真正的意思是“降低能力”。
所谓“降低能力”,是一个相对的概念。它的对比对象,就是5G。
换句话说,RedCap是5G的简配版,是在5G的基础上,对部分功能进行一些“裁剪”后形成的新技术标准。
此前,RedCap并不是叫现在这个名字,而是叫NR light(NR lite)。顾名思义,就是5G NR(New Radio,新空口)的轻量化版本。所以,现在行业也将RedCap称为“轻量化5G”。
█为什么要做一个“轻量化5G”?
搞清楚RedCap的定义之后,大家也许会问:“5G不是性能越强越好吗?为什么反而要搞个简配版本,进行性能降级?”
说到这,就需要对物联网的技术体系先进行一定的解释。
物联网概念的正式提出,是1999年。
早期的物联网技术,主要以Wi-Fi、蓝牙、NFC等短距离通信技术为主。那时,虽然专家们也尝试将2G技术应用于物联网场景,但因为2G性能过于落后,所以并没有什么进展。
到了3G/4G时代,蜂窝通信技术飞速演进,性能大幅提升。于是,基于此类技术的长距离物联网通信开始崛起。
2016年,3GPP推出了两个重要的物联网技术标准,分别是NB-IoT(窄带物联网)和eMTC(增强型机器类型通信)。
这两个技术标准,其实都是基于LTE的简配版。速率更低,成本更低,但可以同时连接的终端数更多,专门用于物联网场景。它们有一个统称,叫做LPWAN(Low Power Wide Area,低功耗广域网)技术。
除了NB-IoT和eMTC之外,LTE自己也有多个用户终端类别(LTE UE-Category)。不同的类别,有不同的速率。LTE Cat 1,就是这些类别(Category)之一。它的上行峰值速率仅有5Mbit/s,也是为物联网而生。
到了5G时代,设计者更进一步,将物联网作为5G的主要发展场景,提出了“万物互联”的宏伟目标。
5G的三大应用场景,分别是eMBB(增强型移动宽带)、uRLLC(低时延高可靠通信)、mMTC(海量物联网通信)。它们对于网络速率、带宽容量、覆盖距离、频谱效率等都有各自的侧重性,分别服务于工业制造、交通物流、医疗教育、智慧城市等垂直行业领域的细分场景。
在发展物联网的过程中,专家们发现,物联网的应用场景极其复杂。不同的场景,对网络的指标要求并不一样。
于是,产业界逐渐将物联网场景进行了细分,分为了高速、中速和低速三个类别:
传统高速率5G,是无法满足全部物联网需求的。因此,就像LTE会出NB-IoT和eMTC一样,5G也需要出简配版。于是,就有了RedCap。
按照规划,随着2G、3G的退网,绝大部分的2G、3G物联网业务将会迁移到LTE Cat 1、LTE Cat 4和NB-IoT(国内应该不会用eMTC)。将来,LTE Cat 1以及Cat 4的需求(也就是中速及中高速需求),将逐渐迁移到RedCap。RedCap将与高速率5G一起,支撑起整个物联网的未来发展。
█RedCap有什么技术特点?
RedCap是一个追求性能、功耗和成本平衡的技术。
它的特性表现介于eMBB和NB-IoT之间;
它的带宽速率低于eMBB,但是远高于LPWA;
它的功耗和成本高于LPWA,但是却又远低于eMBB。
这种在速率、功耗、成本之间相互平衡的状态是适用于许多特殊物联场景的。
RedCap的能力,非常“均衡”(黄色线是RedCap)
我们可以具体分析一下,RedCap是如何进行精简的。
首先,RedCap的频谱带宽更小。在Sub-6GHz频段,RedCap的带宽为20MHz,小于传统5G的100MHz。3GPP Release 18还在规划带宽为5MHz的进一步轻量化Redcap。
其次,RedCap减少了收发天线数量,并降低了MIMO层数。对于Sub-6GHz频段,RedCap终端的接收链路可减少为1个或2个,相应下行MIMO降低为1层或2层接收。这样一来,就降低了对终端射频收发信机和基带处理模组的能力要求。
第三,RedCap采用了64QAM这种更简单的调制方式,同样意味着对射频和基带的要求大幅降低。
第四,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),采用更长的休眠模式,让终端减小功耗,获得更高的续航能力。
基于上述改动,根据预测,RedCap相比于5G公网终端,复杂度将大大降低。在基带和射频侧的成本也都有大幅度降低。
特别值得一提的是,RedCap可以基于5G现网平滑升级引入,不需要对现网进行大的改造。基于5G系统,RedCap仍可以按需实现5G切片、5G LAN、高精度授时、uRLLC等增强功能,满足不同领域行业应用的需求。
█RedCap可以用在哪些场景?
3GPP官方给出了RedCap的三类应用场景,分别是:可穿戴设备、工业传感器和视频传输。
如智能手表终端,就属于典型的可穿戴设备。这种终端对速率要求不高,但对功耗非常敏感,适合使用RedCap。
工业传感器属于工业领域,常用类型包括温湿度传感器、压力传感器、运动传感器、加速度计、驱动器等。这些传感器终端的应用规模非常庞大,对速率和时延要求不高,但对功耗和成本敏感。
视频传输,大家都比较熟悉。它分为多种类别。有的是高端型(7.5-25 Mbps),4K/8K超高清,也有的是高清或标清,属于经济型监测(2-4 Mbps)。在实际应用中,经济型监测应用较多,适合采用RedCap。
除了上述场景之外,RedCap在工业控制(工业自动化、智能化)、能源电力和车联网等领域也有非常广阔的发展前景。
这些场景,只需要中等或较低的传输速率,但对于5G低时延高可靠性、网络切片、5G LAN等功能有较大需求。
█RedCap的产业化进展如何?
RedCap在3GPP R17版本中冻结,意味着RedCap的标准化已经完成。
但是,从标准冻结到初步产业化,还需要大约1-2年的时间。所以,去年下半年,我们是没有看到RedCap相关产品的。
如今,进入2023年,RedCap的产业化开始加速落地。
2月27日,全球物联网整体解决方案供应商移远通信,正式发布了5G RedCap模组——Rx255C系列,包含RG255C和RM255C两大版本。
该系列模组基于高通骁龙®X35 5G调制解调器及射频系统,符合3GPP R17标准,具有优越的无线连接性能和低时延通信能力。
Rx255C系列支持5G独立(SA)模式,最大带宽为20MHz,频率带宽针对全球所有市场。该模组还兼容LTE网络,覆盖全球几乎所有主流运营商。
在速率方面,该系列模组可以实现约220 Mbps的理论峰值下行数据速率,以及约100 Mbps的上行数据速率,足以满足物联网应用的需求,例如机器人、DTU、无人机、智能端口、智能电网、AR/VR可穿戴设备、教育笔记本电脑以及其它中速移动宽带设备。
基于RedCap标准,Rx255C优化了天线的数量以及发射和接收带宽,并提供64QAM/256QAM(可选)调制,极大地优化了成本和尺寸。此外,骁龙X35的高集成度和独特的架构可为模组产品实现低功耗的特点,还能够助力绝大多数的全新终端品类获得5G功能。
在功能上,Rx255C系列支持L1+L5双频GNSS,可为智能终端提供精确定位服务。同时为了便于客户开发,模组提供PCIe 2.0、USB 2.0等接口,以及包括VoLTE和DFOTA在内的补充功能。
为了帮助客户更好地进行产品设计,移远通信还提供各种配套的高性能5G天线,大幅提升了无线连接性能。终端厂商可以将Rx255C模组与移远通信的天线和预认证服务捆绑在一起,从而大大降低其产品的整体成本,缩短上市时间。
根据移远通信透露的消息,他们将于2023上半年内提供RG255C系列和RM2550C系列模组的工程样片,给客户进行评估和测试。
RedCap模组的发布,是实现5G时代万物互联的关键一步。正如移远通信CEO钱鹏鹤所说:“许多物联网场景对带宽要求较低,却对成本和功耗比较敏感,Rx255C系列在成本和性能之间实现了良好的平衡,能够有针对性地解决这些行业在智能化升级中面临的痛点,支持5G技术在更多应用领域大规模部署。”
█结语
进入2023年,全球数字化转型将掀起新的浪潮。各行各业将不断加强ICT技术与自身产业的融合,探索数字科技对自身传统产业的赋能。
以RedCap为代表的网络连接技术,将加速这一赋能过程。
我们期待RedCap的生态能够迅速成熟,也希望行业尽快推出更多RedCap产品和方案,助力“万物智联”时代早日到来!
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