轻量级的5G RedCap

随着3GPP R17版本的冻结，一个新的名词逐渐开始热门起来，那就是RedCap。

究竟什么是RedCap？为什么要引入它？它和现在的5G有什么区别？

█ 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阶段，专门立项研究的一种新技术标准。

对于RedCap这个名字，大家可能觉得比较陌生。其实，它此前的名字，可能有读者听说过，就是NR light（NR lite）。

说白了，RedCap就是轻量级的5G。

值得一提的是，国内有些文章将RedCap全名说成是Reduced Capacity。这显然是不对的，Capacity的意思是容量，Capability是能力。

█ 为什么会有RedCap

5G搞得好好的，为什么要搞一个轻量级的版本呢？原因如下：

众所周知，5G分为三大应用场景，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）。

eMBB是4G时代MBB（移动宽带）的升级，主要侧重于网络速率、带宽容量、频谱效率等指标。目前我们使用的5G手机通信，就属于eMBB场景。

而uRLLC和mMTC，前者侧重可靠性和时延，后者侧重连接数和能耗。两者都是主要服务于行业互联网，包括工业制造、车联网、远程抄表等垂直行业领域。

我以前和大家说过，物联网的应用场景是极其复杂、多样的。不同的场景，对网络的指标要求并不一样。

以速率为例，VR/AR、高清转播需要高速连接，但是，远程抄表（水表、电表），还有共享单车同步数据，只需要低速就可以了。相比速率，很多应用场景更关心功耗和成本。

物联网经过这么多年发展，已经形成了高速、中速和低速三个类别：

“631”结构

如果算上现在越来越火的无源物联网（超低速率），那就是四个类别：

仅靠5G，是满足不了全部需求的。所以，现阶段，是5G、4G一起在扛。甚至2G、3G也在帮忙。

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。也就是4G、5G打天下。

那么问题来了，将来4G要退网，怎么办？或者，新运营商成立，难道除了5G之外，还要再建一个4G网络吗？

所以，5G必须考虑长远，建立一个轻量化的版本，用于覆盖住目前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。

换言之，NB-IoT/eMTC是阉割版的4G。而RedCap，是阉割版的5G。

从技术特性上来说，RedCap介于eMBB（超宽带）和LPWA（低功耗广域网，NB-IoT等）之间。

RedCap主要针对的是带宽、功耗、成本等需求都基于eMBB和LPWA之间的应用。

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。

RedCap的能力，非常“均衡”（黄色线是RedCap）

RedCap诞生的另一个驱动力，是5G终端芯片和模组的成本问题。

完整版的5G终端芯片和模组，设计极为复杂，研发门槛极高，投入成本巨大。它们的价格，也一直居高不下（500-1000元）。

高昂的价格，影响了5G在垂直行业的落地，用户不愿意花这么多钱。

所以，搞一个轻量化的5G，也是为了在一些对速率、时延要求不那么高的场景，降低5G部署和使用的成本，更好地服务用户，加速5G落地。

█ RedCap是如何实现低成本的？

来到本文的关键部分，RedCap究竟是如何被阉割Reduced的。

下面这个表格，显示了5G RedCap设备和5G传统设备之间的主要区别。

原图来自爱立信（鲜枣课堂翻译）

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。

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块的能力要求。

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采用半双工FDD（HD-FDD），可以在不同时刻在不同频率上进行收发，不需要双工器。不仅节约了成本，还获得了更好的集成能力（双工器一般都比较大），减小了对设备空间的占用，有利于设备的小型化。

第五，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，复杂度下降了60%，在基带和射频侧大约有70%左右的成本降低。更有说法称，RedCap的整体成本可以减小2-5倍，甚至7-8倍。

虽然RedCap被严重阉割，但基本性能还是保留的。它可以基于5G现网平滑升级引入，不需要对现网进行大的改造。

说完好的，再说不好的。RedCap失去了什么呢？

首先是速率。随着终端带宽的下降，MIMO接收的简化，以及最高调制阶数的下降，RedCap的峰值速率也将大幅下降。

具体的速率值，根据天线数量和帧结构有所不同，可以参看下面的表格：

RedCap 上下行峰值速率参考

（来自5G RedCap 技术白皮书）

覆盖能力方面，因为天线设计的缩水，加上可穿戴终端的尺寸限制，覆盖能力略有缩水。

传输时延方面，HD-FDD不能同时发送和接受，传输时延会有所增加。不过，对于RedCap的应用场景来说，这些问题都没有太大影响。

值得一提的是，考虑到应用场景和成本，3GPP提出RedCap一次只能在一个频带内工作，不需要支持载波聚合或者双连接。（当然了，早期的RedCap终端，肯定是双模的，毕竟5G的覆盖并不完美。）

差点忘记说价格。根据预测，RedCap的模组价格将会控制在100-200元（人民币）之间，远低于目前大几百元的5G模组，但是会比几十元的NB-IoT模组高。

█ RedCap的典型业务场景

目前，根据3GPP R17的标准定义，RedCap支持三大业务场景，分别是：可穿戴设备、工业传感器和视频监控。

这三种场景对网络的具体需求，如下表所示：

原图来自爱立信（鲜枣课堂翻译）

可穿戴设备，以智能手表为例。

目前，市面上主流的智能手表都只支持4G，不支持5G。因为5G芯片成本太高，发热量大，而且eMBB的高速率，对于手表的屏幕尺寸来说，有点多余。

采用RedCap，完全可以满足智能手表的视频通话需求，不仅下行带宽足够，上行带宽也远远高于LTE Cat.1。

此外，RedCap在尺寸和功耗方面，也能够满足智能手表的需求。

再看看工业传感器。

工业无线传感器大家可能比较陌生。这个东西的类别很多，包括压力传感器、湿度传感器、运动传感器、温度计、加速度计、驱动器，等等。

这些传感器在工业领域广泛应用，数量巨大。它对可靠性要求略高，大概是99.99%。但是，对时延要求不算高，100ms以内就行。速率的话，一般都不超过2Mbps。

毫无疑问，RedCap是可以满足的。

最后是视频监控。

视频监控是目前广泛存在的一种物联网需求，我们身边到处都是。

很多人认为，视频监控要用5G。其实，视频监控也分为多种类别。有的是4K/8K超高清，高端型监控（7.5-25 Mbps）。也有的是高清或标清，属于经济型监控（2-4 Mbps）。

在实际应用中，经济型视频监控的占比反而更大一些，这些都不需要5G，用LTE Cat.1/Cat.4，还有我们的RedCap，就足够了。

除了上述三大场景之外，RedCap可以应用的地方还有很多，例如智能物流、智能电力、智能巡检、智能制造等。

根据各大市场咨询机构的预测数据，到2025年，国内可穿戴、视频监控及电力行业终端规模均可达千万量级。对于RedCap来说，市场前景广阔。

█ RedCap什么时候可以商用？

2019年6月，在3GPP RAN #84会议上，RedCap被首次作为一个R17 Study Item（研究项目）出现在大家面前。

2021年3月，3GPP正式通过了NR RedCap UE 标准化（即Work Item）项目的立项。

如今，2022年6月9日，3GPP R17冻结，也就意味着RedCap R17标准化完成。

根据经验，标准化之后，至少要1-2年的时间，才能实现初步的产业化。所以说，预计到2023年的年中（或者2024年年初），我们将看到RedCap的早期商用化产品。

注意啊，RedCap的标准化并没有彻底结束。2021年12月，3GPP R18 RedCap的标准化，已经启动了。

3GPP RedCap 标准化工作进程

（来自5G RedCap 技术白皮书）

R18 RedCap的目标，是对标Cat.1/1bis，进一步降低终端复杂度，实现RedCap终端复杂度的极致简化。

换言之，RedCap这项技术，未来还有很长的路要走。

审核编辑 ：李倩