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5G“青春版”科普:RedCap 到底是什么

时间:2022-06-12 11:28  来源:未知   作者:admin   点击:

  随着 3GPP R17 版本的不断推进,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?

  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)。

  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、车联网等垂直行业领域。

  随着 5G 的不断商用,人们发现,以上三大应用场景,仍不能完全满足需求,出现了未被 cover 住的“盲区”。

  大家应该都注意到了,现阶段,5G 在各行各业的应用落地,进入爬坡期。看似热火朝天,但实际上阻力很大。

  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,《伦敦陷落》:电影越鼓吹现实越鞭笞,也一直居高不下。

  而且,人们也发现,大部分的行业应用场景,其实对速率等指标,并没有很高的要求。5G 现有的能力,已经超出了场景的需求。

  于是,行业就提出,是不是可以重新做一下成本与性能的平衡,适当牺牲一点指标,降低一些要求,然后,降低一点成本?

  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。它的带宽和通信码率低于 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。

  实际上,从目前的实际应用来看,RedCap 并不是需求非常迫切的一项技术。

  我之前和大家说过,物联网分为高速、中速和低速。RedCap,实际上对应的更多是中速或中高速。目前,LTE Cat.1 以及 Cat.4,已经 cover 住了这部分需求。

  专家们提出 RedCap,是有长远打算的。说白了,RedCap,更多是为将来 4G LTE 退网做准备。

  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。

  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,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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  目前,由于新冠疫情的原因,3GPP 陆续将 R17 的时间表推迟了 9 个月。根据最新的进展,3GPP R17 将于 2022 年 6 月份冻结。也就是说,RedCap 的标准化,将于明年 6 月完成。

  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。

  目前,国内包括紫光展锐等芯片企业,都在做 RedCap 方面的布局,相信会及早推出商用芯片。有了芯片,就会有模组和产品。