隨著 3GPP R17 版本的不斷推進(jìn)，一個(gè)新的名詞逐漸開(kāi)始熱門(mén)起來(lái)，那就是 RedCap。

究竟什么是 RedCap?為什么要引入它?它和現(xiàn)在的 5G 有什么區(qū)別?

且看本文的深入解析……

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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 階段，專(zhuān)門(mén)立項(xiàng)研究的一種新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于 RedCap 這個(gè)名字，大家可能覺(jué)得比較陌生。其實(shí)，它此前的名字，可能有讀者聽(tīng)說(shuō)過(guò)，就是 NR light(NR lite)。

說(shuō)白了，RedCap 就是輕量級(jí)的 5G。

值得一提的是，國(guó)內(nèi)有些文章將 RedCap 全名說(shuō)成是 Reduced Capacity。這顯然是不對(duì)的，Capacity 的意思是容量，Capability 是能力。

為什么會(huì)有 RedCap

5G 搞得好好的，為什么要搞一個(gè)輕量級(jí)的版本呢?原因如下：

眾所周知，5G 分為三大應(yīng)用場(chǎng)景，分別是 eMBB(增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶)、uRLLC(低時(shí)延高可靠通信)、mMTC(海量物聯(lián)網(wǎng)通信)。

eMBB 是 4G 時(shí)代 MBB(移動(dòng)寬帶)的升級(jí)，主要側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)速率、帶寬容量、頻譜效率等指標(biāo)。目前我們使用的 5G 手機(jī)通信，就屬于 eMBB 場(chǎng)景。

而 uRLLC 和 mMTC，前者側(cè)重可靠性和時(shí)延，后者側(cè)重連接數(shù)和能耗。兩者都是主要服務(wù)于行業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，包括工業(yè)制造、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)領(lǐng)域。

隨著 5G 的不斷商用，人們發(fā)現(xiàn)，以上三大應(yīng)用場(chǎng)景，仍不能完全滿足需求，出現(xiàn)了未被 cover 住的“盲區(qū)”。

大家應(yīng)該都注意到了，現(xiàn)階段，5G 在各行各業(yè)的應(yīng)用落地，進(jìn)入爬坡期。看似熱火朝天，但實(shí)際上阻力很大。

其中，最大的阻力之一，就是 5G 終端芯片和模組的高昂成本。

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5G 終端芯片和模組，設(shè)計(jì)極為復(fù)雜，研發(fā)門(mén)檻極高，投入成本巨大。它們的價(jià)格，也一直居高不下。

價(jià)格下不來(lái)，用戶(hù)當(dāng)然就不愿意買(mǎi)。長(zhǎng)此以往，5G 談何發(fā)展?

而且，人們也發(fā)現(xiàn)，大部分的行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，其實(shí)對(duì)速率等指標(biāo)，并沒(méi)有很高的要求。5G 現(xiàn)有的能力，已經(jīng)超出了場(chǎng)景的需求。

于是，行業(yè)就提出，是不是可以重新做一下成本與性能的平衡，適當(dāng)犧牲一點(diǎn)指標(biāo)，降低一些要求，然后，降低一點(diǎn)成本?

就這樣，RedCap(NR light)誕生了。

上面我所說(shuō)的話，大家是否覺(jué)得有點(diǎn)耳熟?

沒(méi)錯(cuò)，我當(dāng)年科普 NB-IoT/eMTC 的時(shí)候，用過(guò)同樣的描述。只不過(guò)，今天，4G 變成了 5G，而 RedCap 對(duì)于 5G 來(lái)說(shuō)，就有點(diǎn)像 NB-IoT/eMTC 對(duì)于 4G。

換言之，NB-IoT/eMTC 是閹割版的 4G，而 RedCap，是閹割版的 5G。

從技術(shù)特性上來(lái)說(shuō)，RedCap 介于 eMBB(超寬帶)和 LPWA(低功耗廣域網(wǎng)，NB-IoT 等)之間。

RedCap 主要針對(duì)的是帶寬、功耗、成本等需求都基于 eMBB 和 LPWA 之間的應(yīng)用。它的帶寬和通信碼率低于 eMBB，但是遠(yuǎn)高于 LPWA。它的功耗和成本高于 LPWA，但是卻又遠(yuǎn)低于 eMBB。

▲ RedCap 的能力，非常“均衡”(黃色線是 RedCap)

實(shí)際上，從目前的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，RedCap 并不是需求非常迫切的一項(xiàng)技術(shù)。

我之前和大家說(shuō)過(guò)，物聯(lián)網(wǎng)分為高速、中速和低速。RedCap，實(shí)際上對(duì)應(yīng)的更多是中速或中高速。目前，LTE Cat.1 以及 Cat.4，已經(jīng) cover 住了這部分需求。

▲“631”結(jié)構(gòu)

專(zhuān)家們提出 RedCap，是有長(zhǎng)遠(yuǎn)打算的。說(shuō)白了，RedCap，更多是為將來(lái) 4G LTE 退網(wǎng)做準(zhǔn)備。

當(dāng) 4G LTE 退網(wǎng)，NB-IoT、eMTC、Cat.1、Cat.4 都將不復(fù)存在。此時(shí)，RedCap 就將起到替代的作用。

RedCap 是如何實(shí)現(xiàn)低成本的?

來(lái)到本文的關(guān)鍵部分，RedCap 究竟是如何被閹割 Reduced 的。

下面這個(gè)表格，顯示了 5G RedCap 設(shè)備和 5G 傳統(tǒng)設(shè)備之間的主要區(qū)別。

▲ 原圖來(lái)自愛(ài)立信(鮮棗課堂翻譯)

• 首先，RedCap 的頻譜帶寬更小。在 Sub-6GHz 頻段，RedCap 的帶寬為 20MHz，小于傳統(tǒng) 5G 的 100MHz。

• 其次，RedCap 減少了收發(fā)天線數(shù)量，并降低了 MIMO 層數(shù)。對(duì)于 Sub-6GHz 頻段，RedCap 終端的接收鏈路可減少為 1 個(gè)或 2 個(gè)，相應(yīng)下行 MIMO 降低為 1 層或 2 層接收。這樣一來(lái)，就降低了對(duì)終端射頻收發(fā)信機(jī)和基帶處理模塊的能力要求。

• 第三，RedCap 采用了 64QAM 這種更簡(jiǎn)單的調(diào)制方式，同樣意味著對(duì)射頻和基帶的要求大幅降低。

• 第四，RedCap 采用半雙工 FDD(HD-FDD)，可以在不同時(shí)刻在不同頻率上進(jìn)行收發(fā)，不需要雙工器。不僅節(jié)約了成本，還獲得了更好的集成能力(雙工器一般都比較大)，減小了對(duì)設(shè)備空間的占用，有利于設(shè)備的小型化。

• 第五，RedCap 引入了一些節(jié)省功耗的手段，例如增強(qiáng)的非連續(xù)接收特性(eDRX)，采用更長(zhǎng)的休眠模式，讓終端減小功耗，獲得更高的續(xù)航能力。

基于上述改動(dòng)，根據(jù)預(yù)測(cè)，RedCap 相比于 5G 公網(wǎng)終端，在基帶和射頻側(cè)大約有 70% 左右的成本降低。更有說(shuō)法稱(chēng)，RedCap 的整體成本可以減小 2-5 倍，甚至 7-8 倍。

說(shuō)完好的，再說(shuō)不好的。RedCap 失去了什么呢?

首先是速率。隨著終端帶寬的下降，MIMO 接收的簡(jiǎn)化，以及最高調(diào)制階數(shù)的下降，RedCap 的峰值速率也將大幅下降。

根據(jù) 3GPP TS36.306 中給出的 UE 峰值速率計(jì)算方法，RedCap 的理論峰值速率大約是 80~90Mbps 左右。

覆蓋能力方面，因?yàn)樘炀€設(shè)計(jì)的縮水，加上可穿戴終端的尺寸限制，覆蓋能力略有縮水。

傳輸時(shí)延方面，HD-FDD 不能同時(shí)發(fā)送和接受，傳輸時(shí)延會(huì)有所增加。不過(guò)，對(duì)于 RedCap 的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，這些問(wèn)題都沒(méi)有太大影響。

值得一提的是，考慮到應(yīng)用場(chǎng)景和成本，3GPP 提出 RedCap 一次只能在一個(gè)頻帶內(nèi)工作，不需要支持載波聚合或者雙連接。(當(dāng)然了，早期的 RedCap 終端，肯定是雙模的，畢竟 5G 的覆蓋并不完美。)

差點(diǎn)忘記說(shuō)價(jià)格。根據(jù)預(yù)測(cè)，RedCap 的模組價(jià)格將會(huì)控制在 100-200 元(人民幣)之間，遠(yuǎn)低于目前大幾百元的 5G 模組，但是會(huì)比幾十元的 NB-IoT 模組高。

RedCap 的典型業(yè)務(wù)場(chǎng)景

目前，根據(jù) 3GPP R17 的標(biāo)準(zhǔn)定義，RedCap 支持三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景，分別是：可穿戴設(shè)備、工業(yè)傳感器和視頻監(jiān)控。

這三種場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)的具體需求，如下表所示：

▲ 原圖來(lái)自愛(ài)立信(鮮棗課堂翻譯)

可穿戴設(shè)備，以智能手表為例。

目前，市面上主流的智能手表都只支持 4G，不支持 5G。因?yàn)?5G 芯片成本太高，發(fā)熱量大，而且 eMBB 的高速率，對(duì)于手表的屏幕尺寸來(lái)說(shuō)，有點(diǎn)多余。

采用 RedCap，完全可以滿足智能手表的視頻通話需求，不僅下行帶寬足夠，上行帶寬也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 LTE Cat.1。

此外，RedCap 在尺寸和功耗方面，也能夠滿足智能手表的需求。

RedCap 什么時(shí)候可以商用?

2019 年 6 月，在 3GPP RAN #84 會(huì)議上，RedCap 被首次作為一個(gè) R17 Study Item(研究項(xiàng)目)出現(xiàn)在大家面前。

2021 年 3 月，3GPP 正式通過(guò)了 NR RedCap UE 標(biāo)準(zhǔn)化(即 Work Item)項(xiàng)目的立項(xiàng)。按計(jì)劃，3GPP R17 凍結(jié)之時(shí)，就是 RedCap 標(biāo)準(zhǔn)化完成之日。

目前，由于新冠疫情的原因，3GPP 陸續(xù)將 R17 的時(shí)間表推遲了 9 個(gè)月。根據(jù)最新的進(jìn)展，3GPP R17 將于 2022 年 6 月份凍結(jié)。也就是說(shuō)，RedCap 的標(biāo)準(zhǔn)化，將于明年 6 月完成。

▲ 3GPP R17 時(shí)間表

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)化之后，至少要 1-2 年的時(shí)間，才能實(shí)現(xiàn)初步的產(chǎn)業(yè)化。所以說(shuō)，預(yù)計(jì)到 2023 年的年中(或者 2024 年年初)，我們將看到 RedCap 的早期商用化產(chǎn)品。

目前，國(guó)內(nèi)芯片企業(yè)，都在做 RedCap 方面的布局，相信會(huì)及早推出商用芯片。有了芯片，就會(huì)有模組和產(chǎn)品。