RedCap和eRedCap如何为5G推广应用注入新活力

作者

u-blox产品规划与营销总监，Sabrina Bochen

目前看来也许5G还没有达到发布前所炒作的期望值，但大多数业内人士都认为，5G正处于Gartner炒作周期中的 “静默演进” 阶段。与任何重大技术迁移一样，5G的推出必须克服各种复杂问题，而在面向消费者的应用之外，5G的采用也面临着许多障碍。有几个因素导致5G的推广速度低于预期。

许多运营商面临着市场化的挑战，因为他们难以在5G基础设施投资与新服务增量收入之间取得平衡。大多数运营商决定在5G非独立（NSA）网络上推出服务，这可能最大限度地减少了前期投资，但仍然缺乏强有力的价值主张，从而限制了增量收入。如果不对独立（SA）网络、毫米波和其他5G先进技术进行更广泛的投资，运营商将很难发挥5G的全部功能。这些优势包括更高的速度和创新的增值服务，包括网络即服务和网络切片。

影响技术推广应用的其他问题还包括汽车行业等领域中关键应用软件活跃度不高的问题，这些行业的法律问题和监管框架的缺失影响了自动驾驶的发展，而自动驾驶正是5G的V2X（车对万物）功能的一个重要前景。

然而，影响5G推广应用的最大因素之一是物联网连接的增长缓慢。对物联网爆炸式增长的预测是5G发展的主要推动力，尤其是其大规模机器类通信（mMTC）功能。然而，迄今为止，大多数物联网应用仍在使用LTE连接，并连接到4G EPC（演进的分组核心网）网络。

为解决这一问题并鼓励发展5G物联网生态系统，3GPP 推出了5G轻量化（RedCap）规范。本文将讨论RedCap和扩展RedCap（eRedCap）将如何为5G推广应用注入新的活力。

对物联网的预期及其带来的现实

截至2023年底，蜂窝物联网连接总数达到约34亿，预计到2029年将超过60亿，如图 1 所示。

图 1：2023年底蜂窝物联网连接总数达到34亿个

资料来源：爱立信移动报告，2024年6月

尽管增长势头良好，但许多物联网应用开发人员仍在犹豫是否要利用5G连接功能。物联网设计要求目前主要由 LTE规范涵盖：LTE Cat 4、LTE Cat 1、LTE Cat 1bis、LTE-M以及NB-IoT标准。LTE Cat 1和Cat 1bis 针对需要中等数据速度的应用，能够支持下行高达10 Mbps和上行高达5 Mbps的视频流。

LTE Cat 1bis是成本最低、全球可用的LTE类别。LTE Cat 4涵盖要求更高吞吐量的物联网应用，吞吐量从几十Mbps到几百Mbps不等。LTE-M和NB-IoT都是低功耗广域 (LPWA) 标准，适用于对电池续航时间要求较高而数据传输速度较低的应用。

LTE-M和NB-IoT通常被认为与5G是兼容的，但实际上，这两种技术都无法连接到5G网络，也没有移动网络运营商宣布进行必要的升级，使LTE-M或NB-IoT设备能够连接到5G核心网络。只要移动网络运营商选择保留这些网络资产，这些技术就会继续使用4G RAN和4G EPC网络。

工业监测和控制、传感器网络、远程信息处理、视频监控和可穿戴设备等领域的许多中端物联网应用并不需要最初5G规范的速度和延迟。在3GPP第17版于2022年6月提出RedCap规范之前，中等数据速率的物联网应用从未有过向5G网络迁移的明确途径。

尽管5G调制解调器的成本预计将在未来几年内大幅降低，但由于LTE解决方案（尤其是LTE Cat 1bis、LTE-M和NB-IoT）的成本较低，而且预计LTE网络的使用寿命较长，因此预计许多物联网产品向5G的转换还将推迟三到五年。

让我们仔细看看RedCap，该规范旨在缩小3GPP第17版和第18版中物联网应用与5G网络连接的差距。

5G RedCap

5G RedCap扩展了3GPP第15版规范（图 2），解决了许多不需要全部5G先进技术的物联网设备的问题，避免了不必要的复杂性并降低了成本。与现有的高端5G解决方案相比，RedCap能够设计出具有成本效益的设备，提供对物联网应用非常重要的功能，包括更低的吞吐量、更长的电池寿命、更低的复杂性和更高的设备密度，从而扩大5G的可开发市场。

图 2：RedCap解决了3GPP第15版规范中的空白问题

5G RedCap支持介于5G eMBB和LTE-M能力之间的解决方案需求（图 3），提供了一种中间连接。

图 3：5G RedCap使LTE Cat 1和LTE Cat 4应用能够迁移到5G

虽然第17版RedCap能够使LTE Cat 1和LTE Cat 4应用迁移到5G，但它只是降低5G物联网连接成本和复杂性的第一步。RedCap标准的进一步发展 - eRedCap - 最近已在3GPP第18版中完成，它将满足由LTE-M和NB-IoT技术（图 4）支持的低成本、电池供电、LPWAN解决方案的巨大市场需求。

图 4：eRedCap可满足目前LPWAN解决方案所服务的一些低成本、电池供电应用的要求

5G和物联网的未来前景

首批RedCap设备预计将于2024年投入商用，两年后eRedCap技术将出现在市场上。根据ReTHINK Research的数据1，RedCap和eRedCap将占所有蜂窝物联网连接的30.17%，到2032-2033年，RedCap技术将超过4G LTE，成为领先的蜂窝物联网平台。

虽然大规模物联网设备层面的5G可能还需要几年的时间，但早期的5G RedCap用例预计最快将于2024年出现，其中包括消费类可穿戴设备和一些工业应用。一些行业采用5G RedCap的驱动力来自于设计面向未来的解决方案的需求，这些解决方案必须确保具有较长生命周期的资本设备能够持续连接。采用RedCap的其他驱动因素包括在同一5G核心上提供所有服务的吸引力，以及简化服务协调和控制。

从运营商的角度来看，RedCap是一个将之前和未来对5G基础设施的投资时长化的机会，特别是向5G独立网络的过渡。

通过鼓励物联网连接和流量向5G迁移，RedCap成为加速5G推广的关键技术之一。