通信技术系列 | RedCap原理知多少
发布时间：2024-11-04 17:02分类： 无 浏览：128评论：0
今年来不断有5G RedCap相关政策出台，2024年4月，工业和信息化部发布的《关于开展2024年度5G轻量化（RedCap）贯通行动的通知》中要求，扎实有序推进5G RedCap商用进程，打通5G RedCap标准、网络、芯片、模组、终端、应用等关键环节；2024年7月，第二十届三中全会明确提出要“加快发展物联网，降低全社会物流成本”；2024年9月，工业和信息化部出台的《关于推进移动物联网“万物智联”发展的通知》，明确到2027年，RedCap高低搭配、泛在智联、安全可靠的移动物联网综合生态体系进一步完善，5G RedCap实现全国县以上城市规模覆盖，并向重点乡镇、农村延伸覆盖。
当前，我国在5G领域的网络建设、终端发展、产业生态和行业应用等方面已处于全面领先地位。根据工信部发布的数据显示，截至2023年底，我国已累计建成5G基站337.7万个，全球占比超过60%。而在2023年8月，我国移动物联网连接规模就已达到了21.77亿，在国内移动网络连接规模中占比55.9%，意味着我国移动物联网连接规模已超过移动电话用户规模。因此如何进一步发展物联网是下一阶段5G产业规模化发展的重要研究方向。RedCap作为轻量化5G的具体技术方案，可大幅降低5G物联网设备的投入成本，为5G物联网应用发展奠定了技术基础。下面，就跟我们一起来具体了解RedCap技术。
RedCap是Reduced Capability（降低能力）的缩写，取两个单词的前三个字母拼接而成，它是国际移动通信标准组织3GPP面向中高速物联网场景定义的一种5G物联网技术。
2015年，国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大使用场景：增强型移动宽带（eMBB）、大规模机器类型通信（mMTC）和超可靠低延迟通信（URLLC）。
3GPP在2017年启动 Rel-15的标准研究，作为5G标准的第一个阶段，主要满足了eMBB和部分URLLC场景的需求。2021年7月，5G第一个演进版本3GPP Rel-16标准冻结，进一步完善了5G在URLLC和mMTC等场景的能力，可靠性和时延等性能得到显著提升。
然而，还有一些物联网应用场景是Rel-15/16 5G规范的网络技术无法满足的，这些场景包括可穿戴设备，智慧工厂，智慧电力和视频监控等。这些应用场景需要更低成本、更低功耗、更低复杂度的5G物联网技术。在这些应用场景中，面向eMBB和URLLC的Rel-15/16规范都可以说是“大材小用”，至少从经济效益角度上来讲都不够理想。而mMTC无法满足上述场景对网络性能的要求。RedCap的出现可谓是解了燃眉之急，它能够满足以上场景需求，同时又在技术性能与部署成本之间找到平衡，为5G规模发展带来新机遇。随着2022年6月3GPP Rel-17的冻结，5G RedCap标准第一版正式确立。
RedCap技术最主要的特点就是能够降低用户终端设备（User Equipment，UE）的复杂性，需要UE和基站共同配合实现。它的主要关键技术包括但不限于以下方面：
缩减UE最大工作带宽：将FR1频段（即6GHz以下的频段）的最大单载波工作带宽从100MHz降低到20MHz，不支持多载波聚合。
减少收发天线数：最小天线配置由2T4R（即2根发射天线Transmitter和4根接收天线Receiver）减少到1T1R或1T2R，下行MIMO层数由4层相应降低为1层或2层接收，从而降低了对终端射频收发器和基带处理模块的能力要求。
降低调制阶数：最大下行调制阶数由256QAM降低为64QAM，256QAM仅作为可选。
双工模式：RedCap可采用半双工FDD（HD-FDD），可以在不同时间和不同频率上进行收发，从而不需要双工器，进一步降低了设备成本。
节省功耗技术：通过增强的非连续接收（eDRX，即Extended idle-mode DRX cycle）特性，将RRC_IDLE状态下的DRX周期扩展到长达10485.76秒（即大约3小时），将RRC_INACTIVE状态下的DRX周期扩展到10.24秒，让终端休眠时间更长，从而实现节电。同时终端可以采用测量放松功能，当满足一定条件下可放松对邻区RRM的测量，达到节省终端功耗的作用。
接入控制与终端识别：RedCap的终端识别功能让 5G 网络可快速识别出 RedCap 终端类型，从而及时采取相应策略。比如，系统可为 RedCap 终端配置独立的上下行初始BWP和专用 BWP，为RedCap 终端高效接入上提供强大支持。5G基站无需增加新的硬件，仅需要升级软件就可以支持RedCap终端。
2024年上半年3GPP Rel-18标准正式冻结，标志着5G正式进入5G-Advanced演进阶段。5G Advanced，简称5G-A，是基于5G网络在功能上和覆盖上的演进和增强，在网络速度、延迟、连接数等方面实现显著提升，同时引入了通感一体、无源物联等全新技术。5G-A将与5G并行工作，其中，5G-A将负责支持部分有较高要求的应用场景。而Rel-18版的RedCap作为5G-A的主要技术之一，它将涵盖额外的应用场景，目标是实现10Mbps左右的峰值数据传输速率。
未来RedCap主要的市场定位将有望取代LTE Cat 4、LTE Cat 1/1 bis。具体来看，Rel-17版本的RedCap将有望取代LTE Cat 4，而Rel-18版RedCap，将有望取代LTE Cat 1/1 bis。
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