5G RedCap——简约换市场

3GPP Release 17，即5G标准的第三个版本—5G RedCap，推出了令人振奋的新功能。RedCap是「功能精简」(reduced capability)的简称，可支援许多只需要中等传输量和延迟性能的用例，如物联网(IoT)。虽然许多物联网应用对容量和延迟的要求较低，但它们有著更为严格的成本和功耗限制，而以前的5G标准版本并未能有效地解决这些问题。RedCap就是用来填补这一空白的。

那么，什么是RedCap？

为了回答这个问题，就需要回溯过去，因为RedCap的出现是5G演进的结果。5G规范第一个版本为3GPP R15，至今有了长足的发展。第一个版本侧重于满足增强型行动宽频(eMBB)用例对高速资料率和容量的需求，规定了一个新的空中介面以支援更大的资料输送量，并为低延迟和更高的可靠性应用奠定了基础。

R16版本提高了延迟和频宽的标准。除了在容量和营运效率方面比R15版本有所提高外，该版本还将5G的范围扩展到了新的垂直领域，包括工业物联网(Industrial IoT)。

然而，还缺少一些东西。许多物联网用例没有高传输量和严格的延迟要求，但时间、成本和功耗却是这些应用的重要考虑因素。3GPP最新发布的5G版本用RedCap满足了这些用例的需求。

RedCap提供了对5G规范能力精简的无线装置之支援。相较于与其对应的5G装置，这些装置具有更低的复杂度、更低的成本和更低的功耗。3GPP技术报告38.875规范了RedCap装置的三大用例，包括工业感测器、监控装置(对智慧城市和智慧工厂至关重要)和健康穿戴装置。这份3GPP技术报告规定了每个用例的最大资料速率、端到端(E2E)延迟和服务可用性以及其他要求，如表1所示。

RedCap工作原理

RedCap实施了多种策略来降低5G装置的复杂性、成本和功耗。降低成本的主要策略之一是在装置中使用更少的天线，也减少了多入多出(MIMO)层的最大数量。RedCap装置的下行链路仅支援2×2 MIMO，而上行链路仅支持单入单出(SISO)。

RedCap装置支援的频宽也比其他5G终端低。RedCap装置只支援FR1频段的20MHz频宽和FR2频段的100MHz频宽。较低的频宽可以有效降低功率放大器(PA)的成本。

此外，RedCap可以透过使用半双工频分双工 (HD-FDD)传输代替全双工FDD (FD-FDD)，以防止装置在不同频率上同时发送和接收资料。由于不需要在支援双向即时通讯装置中所需的收发隔离，半双工FDD操作有助于降低成本。这样RedCap装置就可以使用转换开关来代替双工器。

虽然降低成本的策略也能产生一定的节能效果，但RedCap装置采用其他手段来更有效地降低功耗。首先，RedCap减少了装置在实体层下行控制通道(PDCCH)中监视的盲解码(BD)和控制通道开销(CCE)的数量，从而节省了用于执行这些任务的能耗。

在装置处于非连接态或空閒态时，RedCap还采用了系统讯框编号(SFN)技术来增加扩展非连续接收(eDRX)周期，从而大幅延长装置的电池寿命。更长的eDRX周期对工业感测器等特定用例是非常有益的。R17还允许RedCap装置在未连网的情况下传输资料。

此外，RedCap并放宽无线资源管理(RRM)的要求。固定的RedCap装置(以及其他潜在的RedCap装置)可以从中获益，节省能耗并延长电池寿命。

RedCap对装置和网路运行的影响

为了降低装置复杂性、成本和功耗而进行的RedCap修改，对装置和网路都有影响。较低的频宽需要修改下行链路和上行链路的部份频宽(BWP)配置。新的资讯元素(IE)则允许频宽根据装置采取的行动进行动态适应。

低频宽也会影响装置存取网路所使用的随机接取通道(RACH)程式。网路可以为RedCap装置指定一个BWP，或者减少这些装置连接到网路时所需的BWP大小。

使用半双工操作也会产生问题，因为装置不能同时发送和接收资讯。在同一组符号集中，RedCap装置无法同时检测下行链路和上行链路调度资讯。另外，这些装置不能在上行链路模式下监测下行链路资讯，同理，也无法在监测下行链路的同时发送上行链路控制资讯。

为了允许网路支援RedCap装置，在R17版本中，导入的新信令参数和程式要求装置工程师检查装置的相容性以确保连接。5G装置的开发工程师出于除错的目的，还需要用特定的工具检查RedCap参数。

RedCap填补5G物联网的空白

RedCap是5G领域的新生力量。包含在最新发布的5G规范中的这一令人振奋的功能，为一系列新的用例打开了大门，特别是使用工业感测器、监控装置和健康穿戴装置的物联网应用。由于降低了5G装置的复杂性、成本和功耗，RedCap对装置和网路运行也会有一定的影响。在RedCap装置正式商用化之前，需要进行充份的测试，来确保装置的互通性。

Release 17导入对于5G NR物联网装置的支持，比起LTE同类产品更能满足成本和功耗的要求，同时增加更多容量，使得RedCap成为亟需容量的装置之理想选择，这是NB-IoT和LTE Cat-M等任何专用的物联网技术都无法实现的。

透过RedCap，网路更适用于支援工业物联网、穿戴式装置以及安全和监控应用所需的装置。在单一网路上支持多种装置类型的能力，也为网路营运商和服务供应商带来更多的好处，有助于贡献至基于物联网的新业务。

虽然最初推出的装置可能包括对LTE和5G NR RedCap技术的支持，但随著全球5G部署和用户的快速成长将加速向专门使用RedCap的装置过渡。