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5G“青春版”科普:RedCap 到底是什么

尊龙官网地址_首页 5G 2021-08-23 07:05

随着3GPPR17版本的不断推进,一个新的名词逐渐开始热门起来,那就是RedCap。

究竟什么是RedCap?为什么要引入它?它和现在的5G有什么区别?

且看本文的深入解析……

什么是RedCapRedCap,全名是ReducedCapability,中文意思是“降低能力”。它是3GPP在5GR17阶段,专门立项研究的一种新技术标准。

对于RedCap这个名字,大家可能觉得比较陌生。其实,它此前的名字,可能有读者听说过,就是NRlight(NRlite)。

说白了,RedCap就是轻量级的5G。

值得一提的是,国内有些文章将RedCap全名说成是ReducedCapacity。这显然是不对的,Capacity的意思是容量,Capability是能力。

为什么会有RedCap5G搞得好好的,为什么要搞一个轻量级的版本呢?原因如下:

众所周知,5G分为三大应用场景,分别是eMBB(增强型移动宽带)、uRLLC(低时延高可靠通信)、mMTC(海量物联网通信)。

eMBB是4G时代MBB(移动宽带)的升级,主要侧重于网络速率、带宽容量、频谱效率等指标。目前我们使用的5G手机通信,就属于eMBB场景。

而uRLLC和mMTC,前者侧重可靠性和时延,后者侧重连接数和能耗。两者都是主要服务于行业互联网,包括工业制造、车联网等垂直行业领域。

随着5G的不断商用,人们发现,以上三大应用场景,仍不能完全满足需求,出现了未被cover住的“盲区”。

大家应该都注意到了,现阶段,5G在各行各业的应用落地,进入爬坡期。看似热火朝天,但实际上阻力很大。

其中,最大的阻力之一,就是5G终端芯片和模组的高昂成本。

5G终端芯片和模组,设计极为复杂,研发门槛极高,投入成本巨大。它们的价格,也一直居高不下。

价格下不来,用户当然就不愿意买。长此以往,5G谈何发展?

而且,人们也发现,大部分的行业应用场景,其实对速率等指标,并没有很高的要求。5G现有的能力,已经超出了场景的需求。

于是,行业就提出,是不是可以重新做一下成本与性能的平衡,适当牺牲一点指标,降低一些要求,然后,降低一点成本?

就这样,RedCap(NRlight)诞生了。

上面我所说的话,大家是否觉得有点耳熟?

没错,我当年科普NB-IoT/eMTC的时候,用过同样的描述。只不过,今天,4G变成了5G,而RedCap对于5G来说,就有点像NB-IoT/eMTC对于4G。

换言之,NB-IoT/eMTC是阉割版的4G,而RedCap,是阉割版的5G。

从技术特性上来说,RedCap介于eMBB(超宽带)和LPWA(低功耗广域网,NB-IoT等)之间。

RedCap主要针对的是带宽、功耗、成本等需求都基于eMBB和LPWA之间的应用。它的带宽和通信码率低于eMBB,但是远高于LPWA。它的功耗和成本高于LPWA,但是却又远低于eMBB。

▲RedCap的能力,非常“均衡”(黄色线是RedCap)

实际上,从目前的实际应用来看,RedCap并不是需求非常迫切的一项技术。

我之前和大家说过,物联网分为高速、中速和低速。RedCap,实际上对应的更多是中速或中高速。目前,LTECat.1以及Cat.4,已经cover住了这部分需求。

▲“631”结构

专家们提出RedCap,是有长远打算的。说白了,RedCap,更多是为将来4GLTE退网做准备。

当4GLTE退网,NB-IoT、eMTC、Cat.1、Cat.4都将不复存在。此时,RedCap就将起到替代的作用。

RedCap是如何实现低成本的?来到本文的关键部分,RedCap究竟是如何被阉割Reduced的。

下面这个表格,显示了5GRedCap设备和5G传统设备之间的主要区别。

▲原图来自爱立信(鲜枣课堂翻译)

首先,RedCap的频谱带宽更小。在Sub-6GHz频段,RedCap的带宽为20MHz,小于传统5G的100MHz。

其次,RedCap减少了收发天线数量,并降低了MIMO层数。对于Sub-6GHz频段,RedCap终端的接收链路可减少为1个或2个,相应下行MIMO降低为1层或2层接收。这样一来,就降低了对终端射频收发信机和基带处理模块的能力要求。

第三,RedCap采用了64QAM这种更简单的调制方式,同样意味着对射频和基带的要求大幅降低。

第四,RedCap采用半双工FDD(HD-FDD),可以在不同时刻在不同频率上进行收发,不需要双工器。不仅节约了成本,还获得了更好的集成能力(双工器一般都比较大),减小了对设备空间的占用,有利于设备的小型化。

第五,RedCap引入了一些节省功耗的手段,例如增强的非连续接收特性(eDRX),采用更长的休眠模式,让终端减小功耗,获得更高的续航能力。

基于上述改动,根据预测,RedCap相比于5G公网终端,在基带和射频侧大约有70%左右的成本降低。更有说法称,RedCap的整体成本可以减小2-5倍,甚至7-8倍。

说完好的,再说不好的。RedCap失去了什么呢?

首先是速率。随着终端带宽的下降,MIMO接收的简化,以及最高调制阶数的下降,RedCap的峰值速率也将大幅下降。

根据3GPPTS36.306中给出的UE峰值速率计算方法,RedCap的理论峰值速率大约是80~90Mbps左右。

覆盖能力方面,因为天线设计的缩水,加上可穿戴终端的尺寸限制,覆盖能力略有缩水。

传输时延方面,HD-FDD不能同时发送和接受,传输时延会有所增加。不过,对于RedCap的应用场景来说,这些问题都没有太大影响。

值得一提的是,考虑到应用场景和成本,3GPP提出RedCap一次只能在一个频带内工作,不需要支持载波聚合或者双连接。(当然了,早期的RedCap终端,肯定是双模的,毕竟5G的覆盖并不完美。)

差点忘记说价格。根据预测,RedCap的模组价格将会控制在100-200元(人民币)之间,远低于目前大几百元的5G模组,但是会比几十元的NB-IoT模组高。

RedCap的典型业务场景目前,根据3GPPR17的标准定义,RedCap支持三大业务场景,分别是:可穿戴设备、工业传感器和视频监控。

这三种场景对网络的具体需求,如下表所示:

▲原图来自爱立信(鲜枣课堂翻译)

可穿戴设备,以智能手表为例。

目前,市面上主流的智能手表都只支持4G,不支持5G。因为5G芯片成本太高,发热量大,而且eMBB的高速率,对于手表的屏幕尺寸来说,有点多余。

采用RedCap,完全可以满足智能手表的视频通话需求,不仅下行带宽足够,上行带宽也远远高于LTECat.1。

此外,RedCap在尺寸和功耗方面,也能够满足智能手表的需求。

RedCap什么时候可以商用?2019年6月,在3GPPRAN#84会议上,RedCap被首次作为一个R17StudyItem(研究项目)出现在大家面前。

2021年3月,3GPP正式通过了NRRedCapUE标准化(即WorkItem)项目的立项。按计划,3GPPR17冻结之时,就是RedCap标准化完成之日。

目前,由于新冠疫情的原因,3GPP陆续将R17的时间表推迟了9个月。根据最新的进展,3GPPR17将于2022年6月份冻结。也就是说,RedCap的标准化,将于明年6月完成。

▲3GPPR17时间表

根据经验,标准化之后,至少要1-2年的时间,才能实现初步的产业化。所以说,预计到2023年的年中(或者2024年年初),我们将看到RedCap的早期商用化产品。

目前,国内包括紫光展锐等芯片企业,都在做RedCap方面的布局,相信会及早推出商用芯片。有了芯片,就会有模组和产品。

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