5G RedCap/NR-Light終將取代4G LTE Cat 1和Cat 4

　　作者：

　　u-blox產(chǎn)品規(guī)劃和營(yíng)銷總監(jiān)Sabrina Bochen

　　u-blox企業(yè)戰(zhàn)略部Sylvia Lu

　　在本文中，我們將分析RedCap主要應(yīng)用場(chǎng)景及其特性。此外還會(huì)分析5G技術(shù)與4G LTE Cat 1和Cat 4的區(qū)別，以及您在為設(shè)備選擇適合當(dāng)下與未來(lái)的蜂窩通信解決方案時(shí)，需要根據(jù)哪些因素來(lái)判斷5G RedCap是否為理想之選。

　　導(dǎo)言

　　從中短期來(lái)看，4G蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)還不會(huì)消失，但如果您的業(yè)務(wù)涉及到設(shè)計(jì)依賴于蜂窩連接的設(shè)備，那么提前考慮未來(lái)趨勢(shì)是為明智之舉。如果您希望自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在未來(lái)十年間保持良好運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，更要結(jié)合未來(lái)趨勢(shì)規(guī)劃籌謀。

　　5G是蜂窩通信技術(shù)發(fā)展的下一篇章，這一點(diǎn)毋庸置疑。我們已經(jīng)見(jiàn)證了5G的廣泛使用，消費(fèi)類智能手機(jī)領(lǐng)域在這方面的行動(dòng)尤為積極，但在物聯(lián)網(wǎng)中使用5G技術(shù)則相對(duì)緩慢，特別是其中的幾個(gè)細(xì)分領(lǐng)域。

　　原因是在最初的5G規(guī)范(2018年在3GPP第15版中首次公布)中，并沒(méi)有充分考慮消費(fèi)類可穿戴設(shè)備、重型工業(yè)設(shè)備和智能工廠設(shè)備等領(lǐng)域的需要。

　　如果您的業(yè)務(wù)中恰好涵蓋任何此類設(shè)備的設(shè)計(jì)，那么有一個(gè)好消息：3GPP第17版公布了《5G New Radio (NR) Reduced Capability》。新版規(guī)范通常簡(jiǎn)稱為“5G RedCap”或“NR-Light”，彌補(bǔ)了5G技術(shù)拼圖上缺失的一角，讓5G成為一種可行選擇。

　　回顧初版5G規(guī)范

　　為明確RedCap的必要性，我們需要快速回顧一下初版5G規(guī)范。5G NR最初是在2018年6月的3GPP第15版中發(fā)布的。該規(guī)范定義了三種主要應(yīng)用場(chǎng)景。

　　●首先是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶(eMBB)。這已成為5G技術(shù)的主要部署動(dòng)力，著重面向消費(fèi)類智能手機(jī)領(lǐng)域。相較于4G LTE，eMBB提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲。

　　●第二個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是超可靠低延遲通信(uRLLC)。顧名思義，此場(chǎng)景的目標(biāo)是盡可能降低延遲并充分提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，從而滿足對(duì)延遲極為敏感的任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用的需要。隨著自動(dòng)駕駛汽車、工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人的普及，uRLLC必定會(huì)蓬勃發(fā)展。

　　●第三個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是海量機(jī)器類型通信(mMTC)。mMTC以物聯(lián)網(wǎng)為目標(biāo)，側(cè)重于在傳統(tǒng)蜂窩通信技術(shù)的基礎(chǔ)上盡可能降低功耗、擴(kuò)大室內(nèi)覆蓋范圍。值得注意的是，雖然從技術(shù)角度上來(lái)講，LTE-M和NB-IoT都?xì)w入4G LTE大類，但這兩項(xiàng)技術(shù)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(guān)5G NR的幾個(gè)要點(diǎn)。5G NR專為5G而開(kāi)發(fā)，使用兩個(gè)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(wèn)題依然存在

　　雖然初版5G規(guī)范有種種優(yōu)點(diǎn)，但其中缺少了專為滿足中階的IoT和消費(fèi)級(jí)應(yīng)用量身打造的規(guī)范，目前許多此類應(yīng)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(shè)備等消費(fèi)類產(chǎn)品領(lǐng)域，以及智能工廠應(yīng)用(如傳感器網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、工業(yè)可穿戴設(shè)備)或自主導(dǎo)航車輛等其他領(lǐng)域也存在類似的情形，所有這些領(lǐng)域都需要中等數(shù)據(jù)傳輸速率。還有建筑、農(nóng)業(yè)和礦業(yè)設(shè)備中使用的車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程診斷和車隊(duì)管理設(shè)備，這些領(lǐng)域也需要中等數(shù)據(jù)傳輸速率，并且希望能夠在未來(lái)多年持續(xù)保持運(yùn)行——在有些情況下，甚至在4G網(wǎng)絡(luò)停用之后仍可能會(huì)繼續(xù)工作。

　　在這些應(yīng)用場(chǎng)景中，eMBB和uRLLC的規(guī)范都可以說(shuō)是“大材小用”，所以至少?gòu)慕?jīng)濟(jì)效益角度上來(lái)講不夠理想。與此同時(shí)，LTE-M和NB-IoT等mMTC解決方案無(wú)法滿足這些中頻頻段設(shè)備的性能要求。

　　取代LTE Cat 1和Cat 4，進(jìn)入5G RedCap時(shí)代

　　3GPP第17版彌補(bǔ)了這一缺憾：5G NR Reduced Capability——簡(jiǎn)稱RedCap，有時(shí)也稱為5G NR-Light。從功能角度來(lái)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(shù)的應(yīng)用的需求。

　　在第17版中，RedCap設(shè)備在FR1中必須支持高達(dá)20 MHz的頻率，在FR2中必須支持高達(dá)100 MHz的頻率�？紤]到成本因素，我們預(yù)計(jì)大多數(shù)RedCap設(shè)備都會(huì)部署到FR1頻譜中，大多數(shù)設(shè)備需要的最大帶寬就是20 MHz。在20 MHz帶寬下部署時(shí)，RedCap支持最高達(dá)到LTE Cat 4范圍的數(shù)據(jù)傳輸速率。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(diào)制模式工作時(shí)，下行數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到227Mb/s，上行數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到91Mb/s。

　　理論上，F(xiàn)R1和FR2頻段范圍支持的參數(shù)與5G eMBB設(shè)備相同，以便將這一規(guī)范推廣到全球移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商。盡管如此，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)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(dòng)和空閑模式下的擴(kuò)展非連續(xù)接收(eDRX)周期，并且在靜止設(shè)備的相鄰小區(qū)測(cè)量方面相對(duì)寬松。相較于eMBB，這有助于降低功耗。RedCap還通過(guò)其他方式降低設(shè)備復(fù)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(diào)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(shè)計(jì)的設(shè)備需要5G RedCap提供的蜂窩連接類型，大多數(shù)設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)傳輸速率約為150 Mbps)，使用RedCap可以實(shí)現(xiàn)更高的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率和更低的延遲。RedCap還能提供與專用網(wǎng)絡(luò)中5G核心的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，如果您高度注重網(wǎng)絡(luò)使用壽命，這一點(diǎn)尤為有益。

　　另外一個(gè)因素是您的產(chǎn)品上市時(shí)間。您的設(shè)備將在何時(shí)發(fā)布?需要在哪些地理區(qū)域內(nèi)工作?我們預(yù)計(jì)，首批5G RedCap設(shè)備將于2024年問(wèn)世，最初將投向先采用蜂窩通信技術(shù)的一些國(guó)家和地區(qū)，例如北美的一些國(guó)家/地區(qū)、中國(guó)以及亞太區(qū)的其他國(guó)家/地區(qū)。

　　客戶對(duì)于設(shè)備的正常使用壽命有怎樣的期待?如果設(shè)備的預(yù)計(jì)使用壽命很長(zhǎng)，那么采用較新的技術(shù)可能更為合理，這樣就能確保設(shè)備在2030年仍能順暢連接到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。

　　RedCap革命：3GPP R18版本

　　3GPP標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)于2024年初發(fā)布第18版，將拓展RedCap的支持范圍，涵蓋額外的應(yīng)用場(chǎng)景。其中大多是較低級(jí)別的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，其功能介于現(xiàn)有低功耗廣域(LPWA)用戶設(shè)備與第17版標(biāo)準(zhǔn)界定的RedCap用戶設(shè)備之間，例如工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和智能電網(wǎng)。

　　第18版RedCap的目標(biāo)是10Mb/s左右的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，可針對(duì)FR1內(nèi)的數(shù)據(jù)通道將用戶設(shè)備基帶的帶寬降低到5 MHz，同時(shí)將用戶設(shè)備的射頻帶寬維持在20 MHz，這也有助于減少設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)的碎片化問(wèn)題。重點(diǎn)在于，第18版RedCap并非意在取代現(xiàn)有LPWA解決方案，因?yàn)楝F(xiàn)有方案在室內(nèi)覆蓋范圍和功耗方面的表現(xiàn)依然要更好一些。

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　　如果您目前在解決方案中使用LTE Cat 1或Cat 4實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程設(shè)備之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，5G RedCap規(guī)范的問(wèn)世應(yīng)該讓您注意到時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，您應(yīng)該開(kāi)始去探索如何在設(shè)計(jì)與生態(tài)系統(tǒng)中最終取代4G蜂窩通信技術(shù)。

　　雖然4G網(wǎng)絡(luò)的停用還有待時(shí)日，但使用LTE Cat 1和Cat 4的許多設(shè)備都有著很長(zhǎng)的使用壽命，立即開(kāi)始籌劃未來(lái)舉措也不失為明智之舉。

　　u-blox 簡(jiǎn)介

　　瑞士 u-blox 公司 (SIX:UBXN) 是為汽車、工業(yè)和消費(fèi)市場(chǎng)提供定位和無(wú)線通信技術(shù)的領(lǐng)先供應(yīng)商。其解決方案能準(zhǔn)確進(jìn)行人員、車輛和機(jī)器的定位，并通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)和短程通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。憑借廣泛及多樣化的芯片、模塊和日益擴(kuò)大的產(chǎn)品支持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)生態(tài)系統(tǒng)，u-blox 公司在幫助其客戶針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)快速而成本高效地開(kāi)發(fā)創(chuàng)新解決方案方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。u-blox 公司總部設(shè)在瑞士塔爾維爾，目前在歐洲、亞洲和美國(guó)都設(shè)有辦事處。