作者：

　　u-blox產品規劃和營銷總監Sabrina Bochen

　　u-blox企業戰略部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，更要結合未來趨勢規劃籌謀。

　　5G是蜂窩通信技術發展的下一篇章，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、重型工業設備和智能工廠設備等領域的需要。

　　如果您的業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規范

　　為明確RedCap的必要性，我們需要快速回顧一下初版5G規范。5G NR最初是在2018年6月的3GPP第15版中發布的。該規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、工業自動化和機器人的普及，uRLLC必定會蓬勃發展。

　　●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，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規范有種種優點，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、視頻監控、工業可穿戴設備)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、農業和礦業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工作。

　　在這些應用場景中，eMBB和uRLLC的規范都可以說是“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LTE Cat 1和Cat 4，進入5G RedCap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接收(eDRX)周期，并且在靜止設備的相鄰小區測量方面相對寬松。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。

　　5G RedCap與4G LTE Cat 1和Cat 4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布?需要在哪些地理區域內工作?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，例如北美的一些國家/地區、中國以及亞太區的其他國家/地區。

　　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，5G RedCap規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創新解決方案方面具有得天獨厚的優勢。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。