作者：
u-blox產品規(guī)劃和營銷總監(jiān)Sabrina Bochen
u-blox企業(yè)戰(zhàn)略部Sylvia Lu
在本文中，我們將分析RedCap主要應用場景及其特性。此外還會分析5G技術與4G LTE Cat 1和Cat 4的區(qū)別，以及您在為設備選擇適合當下與未來的蜂窩通信解決方案時，需要根據哪些因素來判斷5G RedCap是否為理想之選。
導言
從中短期來看，4G蜂窩通信網絡還不會消失，但如果您的業(yè)務涉及到設計依賴于蜂窩連接的設備，那么提前考慮未來趨勢是為明智之舉。如果您希望自己設計的產品在未來十年間保持良好運營狀態(tài)，更要結合未來趨勢規(guī)劃籌謀。
5G是蜂窩通信技術發(fā)展的下一篇章，這一點毋庸置疑。我們已經見證了5G的廣泛使用，消費類智能手機領域在這方面的行動尤為積極，但在物聯網中使用5G技術則相對緩慢，特別是其中的幾個細分領域。
原因是在最初的5G規(guī)范(2018年在3GPP第15版中首次公布)中，并沒有充分考慮消費類可穿戴設備、重型工業(yè)設備和智能工廠設備等領域的需要。
如果您的業(yè)務中恰好涵蓋任何此類設備的設計，那么有一個好消息：3GPP第17版公布了《5G New Radio (NR) Reduced Capability》。新版規(guī)范通常簡稱為“5G RedCap”或“NR-Light”，彌補了5G技術拼圖上缺失的一角，讓5G成為一種可行選擇。
回顧初版5G規(guī)范
為明確RedCap的必要性，我們需要快速回顧一下初版5G規(guī)范。5G NR最初是在2018年6月的3GPP第15版中發(fā)布的。該規(guī)范定義了三種主要應用場景。
●首先是增強移動寬帶(eMBB)。這已成為5G技術的主要部署動力，著重面向消費類智能手機領域。相較于4G LTE，eMBB提供了更高的數據傳輸速率和更低的延遲。
●第二個應用場景是超可靠低延遲通信(uRLLC)。顧名思義，此場景的目標是盡可能降低延遲并充分提高網絡可靠性，從而滿足對延遲極為敏感的任務關鍵型應用的需要。隨著自動駕駛汽車、工業(yè)自動化和機器人的普及，uRLLC必定會蓬勃發(fā)展。
●第三個應用場景是海量機器類型通信(mMTC)。mMTC以物聯網為目標，側重于在傳統蜂窩通信技術的基礎上盡可能降低功耗、擴大室內覆蓋范圍。值得注意的是，雖然從技術角度上來講，LTE-M和NB-IoT都歸入4G LTE大類，但這兩項技術能夠滿足ITU IMT-2020 5G mMTC要求，因此被正式納入5G mMTC系列。
在這方面，我們還需要注意有關5G NR的幾個要點。5G NR專為5G而開發(fā)，使用兩個頻率范圍。頻率范圍1(FR1)面向7.125 GHz以下的頻段，頻率范圍2(FR2)面向24.25 GHz到71.0 GHz之間的頻段。24 GHz以上的頻率范圍也稱為毫米波(mmWave)。
問題依然存在
雖然初版5G規(guī)范有種種優(yōu)點，但其中缺少了專為滿足中階的IoT和消費級應用量身打造的規(guī)范，目前許多此類應用都在使用LTE Cat1或Cat4支持其蜂窩通信。
智能手表與可穿戴設備等消費類產品領域，以及智能工廠應用(如傳感器網絡、視頻監(jiān)控、工業(yè)可穿戴設備)或自主導航車輛等其他領域也存在類似的情形，所有這些領域都需要中等數據傳輸速率。還有建筑、農業(yè)和礦業(yè)設備中使用的車聯網、遠程診斷和車隊管理設備，這些領域也需要中等數據傳輸速率，并且希望能夠在未來多年持續(xù)保持運行——在有些情況下，甚至在4G網絡停用之后仍可能會繼續(xù)工作。
在這些應用場景中，eMBB和uRLLC的規(guī)范都可以說是“大材小用”，所以至少從經濟效益角度上來講不夠理想。與此同時，LTE-M和NB-IoT等mMTC解決方案無法滿足這些中頻頻段設備的性能要求。
取代LTECat1和Cat4，進入5GRedCap時代
3GPP第17版彌補了這一缺憾：5G NR Reduced Capability——簡稱RedCap，有時也稱為5G NR-Light。從功能角度來看，5G RedCap處于eMBB與uRLLC之間，但高于LTE-M和NB-IoT，恰到好處地滿足了目前使用LTE Cat 1或Cat 4技術的應用的需求。
在第17版中，RedCap設備在FR1中必須支持高達20 MHz的頻率，在FR2中必須支持高達100 MHz的頻率。考慮到成本因素，我們預計大多數RedCap設備都會部署到FR1頻譜中，大多數設備需要的最大帶寬就是20 MHz。在20 MHz帶寬下部署時，RedCap支持最高達到LTE Cat 4范圍的數據傳輸速率。根據網絡設置和雙工操作類型的不同，具體速率可能有所不同。例如，在全雙工頻分雙工(FD-FDD)下，使用20 MHz帶寬(考慮接收分集)和256-QAM調制模式工作時，下行數據傳輸速率可達到227Mb/s，上行數據傳輸速率可達到91Mb/s。
理論上，FR1和FR2頻段范圍支持的參數與5G eMBB設備相同，以便將這一規(guī)范推廣到全球移動網絡運營商。盡管如此，移動運營商最終仍有可能決定在比eMBB套件更有限的頻段集上部署RedCap。從功耗的角度而言，RedCap增加了非活動和空閑模式下的擴展非連續(xù)接收(eDRX)周期，并且在靜止設備的相鄰小區(qū)測量方面相對寬松。相較于eMBB，這有助于降低功耗。RedCap還通過其他方式降低設備復雜性，包括減少天線、下行鏈路多輸入多輸出(MIMO)層、下行鏈路調制順序和雙工操作。
5GRedCap與4GLTECat1和Cat4的比較
如果所設計的設備需要5G RedCap提供的蜂窩連接類型，大多數設計人員最終要都在RedCap和4G LTE Cat 1或Cat 4之間做出取舍。
在某些配置中，相較于LTE Cat 4(峰值下行數據傳輸速率約為150 Mbps)，使用RedCap可以實現更高的峰值數據傳輸速率和更低的延遲。RedCap還能提供與專用網絡中5G核心的內在關聯，如果您高度注重網絡使用壽命，這一點尤為有益。
另外一個因素是您的產品上市時間。您的設備將在何時發(fā)布?需要在哪些地理區(qū)域內工作?我們預計，首批5G RedCap設備將于2024年問世，最初將投向先采用蜂窩通信技術的一些國家和地區(qū)，例如北美的一些國家/地區(qū)、中國以及亞太區(qū)的其他國家/地區(qū)。
客戶對于設備的正常使用壽命有怎樣的期待?如果設備的預計使用壽命很長，那么采用較新的技術可能更為合理，這樣就能確保設備在2030年仍能順暢連接到移動網絡。
RedCap革命：3GPP R18版本
3GPP標準預計于2024年初發(fā)布第18版，將拓展RedCap的支持范圍，涵蓋額外的應用場景。其中大多是較低級別的物聯網設備，其功能介于現有低功耗廣域(LPWA)用戶設備與第17版標準界定的RedCap用戶設備之間，例如工業(yè)無線傳感器網絡和智能電網。
第18版RedCap的目標是10Mb/s左右的峰值數據傳輸速率。為實現此目標，可針對FR1內的數據通道將用戶設備基帶的帶寬降低到5 MHz，同時將用戶設備的射頻帶寬維持在20 MHz，這也有助于減少設備生態(tài)系統的碎片化問題。重點在于，第18版RedCap并非意在取代現有LPWA解決方案，因為現有方案在室內覆蓋范圍和功耗方面的表現依然要更好一些。
更多相關資源
如果您目前在解決方案中使用LTE Cat 1或Cat 4實現與遠程設備之間的數據收發(fā)，5G RedCap規(guī)范的問世應該讓您注意到時機已經成熟，您應該開始去探索如何在設計與生態(tài)系統中最終取代4G蜂窩通信技術。
雖然4G網絡的停用還有待時日，但使用LTE Cat 1和Cat 4的許多設備都有著很長的使用壽命，立即開始籌劃未來舉措也不失為明智之舉。
u-blox簡介
瑞士u-blox 公司(SIX:UBXN) 是為汽車、工業(yè)和消費市場提供定位和無線通信技術的領先供應商。其解決方案能準確進行人員、車輛和機器的定位，并通過蜂窩網絡和短程通信網絡實現無線通信。憑借廣泛及多樣化的芯片、模塊和日益擴大的產品支持數據服務生態(tài)系統，u-blox 公司在幫助其客戶針對物聯網快速而成本高效地開發(fā)創(chuàng)新解決方案方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。u-blox 公司總部設在瑞士塔爾維爾，目前在歐洲、亞洲和美國都設有辦事處。
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