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作者：是德科技5G行業(yè)解決方案經(jīng)理Dylan McGrath 多年來(lái)，蜂窩網(wǎng)絡(luò )行業(yè)已經(jīng)推出了多種無(wú)線(xiàn)技術(shù)，以推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)設備的連接入網(wǎng)。表1中列出的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括LTE Cat M、擴展覆蓋GSM物聯(lián)網(wǎng)（EC-GSM-IoT）和窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）。這些技術(shù)的出現都是為了最大限度地降低蜂窩連接的附加成本，讓遠程無(wú)線(xiàn)連接的成本效益最大化。 最新推出的強大的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有望成為首個(gè)能夠充分釋放5G潛能的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。3GPP R17標準引入了一些增強特性，使得輕量級5G設備或者RedCap設備能夠在5G網(wǎng)絡(luò )上運行。 表1：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對比 
顧名思義，5G RedCap設備通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò )接入互聯(lián)網(wǎng)，但是它們并不像智能手機等傳統設備以及其他在5G網(wǎng)絡(luò )上運行的更先進(jìn)的終端設備一樣具備完整的功能（性能）。雖然可穿戴設備、傳感器、監控設備和其他物聯(lián)網(wǎng)設備等RedCap設備并不具備5G技術(shù)標準所要求的高吞吐量、大帶寬和低時(shí)延能力，但是它們通常對功耗和成本有更為嚴格的限制。RedCap設備將受益于5G的大規模部署，同時(shí)利用較少的5G能力即可實(shí)現功能與成本和功耗的最佳平衡。 3GPP規范了RedCap設備的三大用例：工業(yè)傳感器、監控設備和可穿戴設備。3GPP的技術(shù)報告（TR38.875版本）規定了每個(gè)用例的最大數據速率、端到端（E2E）延遲和服務(wù)可用性，如表2所示。 表2：R17標準引入的增強特性包括低成本和低功
RedCap追求成本和性能的平衡 為了降低復雜度、成本和功耗，RedCap設備所需的天線(xiàn)數量比標準5G設備要少。這不僅降低了成本，還減少了多入多出(MIMO)層的最大數量。RedCap設備的下行鏈路僅支持2×2 MIMO，而上行鏈路僅支持單入單出。 RedCap設備支持的帶寬比標準5G終端設備要低，較低的帶寬可以有效降低功率放大器 (PA)的成本。RedCap設備只支持FR1頻段的20MHz帶寬和FR2頻段的100MHz帶寬。 表3：RedCap降低成本策略的益處及其實(shí)現的成本與性能之間的平衡
3GPP R17為RedCap設備引入的另一個(gè)能夠降低成本的增強特性是支持半雙工FDD傳輸。雖然半雙工FDD通過(guò)支持RedCap設備使用轉換開(kāi)關(guān)來(lái)代替全雙工FDD所需的雙工器，大幅降低了成本，但它確實(shí)存在著(zhù)一些缺陷。RedCap設備無(wú)法同時(shí)發(fā)送和接收數據。這是因為設備使用半雙工FDD也會(huì )產(chǎn)生一些問(wèn)題: • 將無(wú)法在同一組信號集中同時(shí)檢測下行鏈路和上行鏈路調度信息 • 不能在上行鏈路模式下監測下行鏈路信息 • 也無(wú)法在監測下行鏈路的同時(shí)發(fā)送上行鏈路控制信息 一旦出現沖突，RedCap設備能夠根據具體實(shí)踐來(lái)決定采取何種操作。 RedCap的低功耗增強特性 RedCap專(zhuān)門(mén)對5G規范進(jìn)行了一些簡(jiǎn)化，以提高電源效率，最大限度地降低功耗，并延長(cháng)RedCap設備的電池使用壽命。例如與完整的5G規范相比，RedCap采用了一種精簡(jiǎn)的網(wǎng)絡(luò )監測方案。RedCap減少了設備在物理下行鏈路控制信道（PDCCH）中監測的盲解碼和控制信道單元的數量，從而降低了用于執行這些任務(wù)所需的能耗。 RedCap實(shí)施的另一項降低功耗的策略就是擴展非連續接收(eDRX)周期。在設備處于非連接態(tài)或空閑態(tài)時(shí)，RedCap可以增加eDRX周期，大幅延長(cháng)電池的使用壽命。更長(cháng)的eDRX周期對于固定的無(wú)線(xiàn)傳感器等特定用例是非常有益的，因為延長(cháng)eDRX周期需要降低設備的可移動(dòng)性。（設想一下，一個(gè)監測鐵軌的無(wú)線(xiàn)傳感器只需要定期連接到網(wǎng)絡(luò )上來(lái)傳輸數據。） 此外，對于不處在小區邊緣的設備，RedCap還放寬了對無(wú)線(xiàn)資源管理（RRM）的要求，并且引入了無(wú)線(xiàn)資源控制（RRC）非活動(dòng)狀態(tài)，允許終端設備在不切換RRC連接狀態(tài)的情況下進(jìn)行小批量的數據傳輸。這兩項增強特性都是為了降低功耗，延長(cháng)RedCap設備的電池使用壽命。 RedCap設備的復雜性降低 最后，RedCap的增強特性還體現在采取一系列簡(jiǎn)化措施來(lái)降低RedCap設備的復雜性。這些措施也可以降低功耗和設備成本，但它們的主要目的是為了降低設備的復雜性，這樣射頻元器件便能夠匹配外形非常小巧或者具有非常規外形尺寸的設備（例如智能眼鏡等可穿戴設備）。 RedCap為降低設備的復雜性所采取的簡(jiǎn)化措施包括：僅支持單一運營(yíng)商（不支持運營(yíng)商聚合），以及支持單一連接，讓RedCap設備只能在5G獨立模式下運行。RedCap還支持5G功率等級3，它限制了設備的等效各向同性輻射功率 (EIRP)，從而縮小了設備電池的體積。 對5G網(wǎng)絡(luò )的影響 上述的R17增強特性主要集中在RedCap設備上。但是RedCap的增強特性也對5G網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生了影響。 RedCap給5G網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)的最大影響是，在隨機接入過(guò)程中以及設備保持連接時(shí)，網(wǎng)絡(luò )必須適配RedCap的特定功能。為RedCap引入的新信息元素（IE）讓帶寬能夠根據設備采取的操作進(jìn)行動(dòng)態(tài)匹配。例如，其中一些新的IE涉及到將RedCap終端設備接入小區或者使用半雙工模式的許可。 (一些IE是RedCap設備接入小區的必要條件；當這些IE沒(méi)有被檢測到時(shí)，小區將禁止RedCap設備連接，RedCap設備將不得不啟動(dòng)RRC程序以連接到另一個(gè)它可以提供對應IE的小區）。 另一個(gè)新的IE讓固定設備或者處在小區邊緣的設備能夠應用精簡(jiǎn)的RedCap技術(shù)標準。 一些新的IE則用于支持部分帶寬（BWP）配置，它允許靈活地使用頻譜，以便根據終端設備的需要自適應動(dòng)態(tài)分配到的帶寬，從而降低功耗。低帶寬也會(huì )影響設備訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )所使用的隨機接入信道(RACH)程序。網(wǎng)絡(luò )可以為RedCap設備指定一個(gè)BWP，或者減少這些設備連接到網(wǎng)絡(luò )時(shí)所需的BWP大小。但是，這一改進(jìn)給RedCap帶來(lái)的價(jià)值有限，正是由于如上所述，RedCap設備支持的最大帶寬為20MHz。 為了讓網(wǎng)絡(luò )能夠支持RedCap設備，R17引入的新信令參數和程序要求設備工程師通過(guò)檢查設備的兼容性來(lái)確保連接。5G設備的開(kāi)發(fā)工程師出于調試的目的，還需要用特定的工具檢查RedCap參數。 RedCap市場(chǎng)展望 未來(lái)幾年，5G RedCap設備的落地應用前景一片光明。分析師預測，5G RedCap芯片組將于今年或者2024年問(wèn)世，第一批商用RedCap設備也將在2025年或者2026年進(jìn)入市場(chǎng)。2026年之后，隨著(zhù)各個(gè)行業(yè)以及消費者迫切希望采用支持5G連接的可穿戴設備來(lái)進(jìn)行健康檢測或者用于其他應用，商用RedCap設備的市場(chǎng)規模將急劇上升。比如，經(jīng)濟高效的無(wú)線(xiàn)傳感器將用于工業(yè)領(lǐng)域的數據收集和資產(chǎn)追蹤，一些監控設備也將用于智慧城市、工廠(chǎng)和其他應用場(chǎng)景。 與所有的蜂窩網(wǎng)絡(luò )設備一樣，5G RedCap設備在推向市場(chǎng)之前需要經(jīng)過(guò)全面的測試，這一點(diǎn)至關(guān)重要。采用正確的測試方法對于驗證5G RedCap設備的協(xié)議合規性和性能而言非常關(guān)鍵。 |
