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

本文作者 | u-blox產(chǎn)品規(guī)劃和營銷總監(jiān)Sabrina?Bochen、u-blox企業(yè)戰(zhàn)略部Sylvia?Lu

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

導言

從中短期來看，4G蜂窩通信網(wǎng)絡還不會消失，但如果您的業(yè)務涉及到設計依賴于蜂窩連接的設備，那么提前考慮未來趨勢是為明智之舉。如果您希望自己設計的產(chǎn)品在未來十年間保持良好運營狀態(tài)，更要結(jié)合未來趨勢規(guī)劃籌謀。

5G是蜂窩通信技術(shù)發(fā)展的下一篇章，這一點毋庸置疑。我們已經(jīng)見證了5G的廣泛使用，消費類智能手機領域在這方面的行動尤為積極，但在物聯(lián)網(wǎng)中使用5G技術(shù)則相對緩慢，特別是其中的幾個細分領域。

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

如果您的業(yè)務中恰好涵蓋任何此類設備的設計，那么有一個好消息：

3GPP第17版公布了《5G?New?Radio?(NR)

?Reduced?Capability》。新版規(guī)范通常簡稱為“5G?RedCap”或“NR-Light”，彌補了5G技術(shù)拼圖上缺失的一角，讓5G成為一種可行選擇。

01.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用場景。

首先是增強移動寬帶(eMBB)。這已成為5G技術(shù)的主要部署動力，著重面向消費類智能手機領域。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。

第二個應用場景是超可靠低延遲通信(uRLLC)。顧名思義，此場景的目標是盡可能降低延遲并充分提高網(wǎng)絡可靠性，從而滿足對延遲極為敏感的任務關(guān)鍵型應用的需要。隨著自動駕駛汽車、工業(yè)自動化和機器人的普及，uRLLC必定會蓬勃發(fā)展。

第三個應用場景是海量機器類型通信(mMTC)。mMTC以物聯(lián)網(wǎng)為目標，側(cè)重于在傳統(tǒng)蜂窩通信技術(shù)的基礎上盡可能降低功耗、擴大室內(nèi)覆蓋范圍。值得注意的是，雖然從技術(shù)角度上來講，LTE-M和NB-IoT都歸入4G LTE大類，但這兩項技術(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的幾個要點。5G NR專為5G而開發(fā)，使用兩個頻率范圍。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)。

02.問題依然存在

雖然初版5G規(guī)范有種種優(yōu)點，但其中缺少了專為滿足中階的IoT和消費級應用量身打造的規(guī)范，目前許多此類應用都在使用LTE Cat 1或Cat 4支持其蜂窩通信。

智能手表與可穿戴設備等消費類產(chǎn)品領域，以及智能工廠應用（如傳感器網(wǎng)絡、視頻監(jiān)控、工業(yè)可穿戴設備）或自主導航車輛等其他領域也存在類似的情形，所有這些領域都需要中等數(shù)據(jù)傳輸速率。

還有建筑、農(nóng)業(yè)和礦業(yè)設備中使用的車聯(lián)網(wǎng)、遠程診斷和車隊管理設備，這些領域也需要中等數(shù)據(jù)傳輸速率，并且希望能夠在未來多年持續(xù)保持運行——在有些情況下，甚至在4G網(wǎng)絡停用之后仍可能會繼續(xù)工作。

在這些應用場景中，eMBB和uRLLC的規(guī)范都可以說是“大材小用”，所以至少從經(jīng)濟效益角度上來講不夠理想。與此同時，LTE-M和NB-IoT等mMTC解決方案無法滿足這些中頻頻段設備的性能要求。

03.取代LTE?Cat?1和Cat?4，進入5G?RedCap時代

3GPP第17版彌補了這一缺憾：5G NR Reduced

Capability——簡稱RedCap，有時也稱為5G NR-Light。

從功能角度來看，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)的應用的需求。

在第17版中，RedCap設備在FR1中必須支持高達20 MHz的頻率，在FR2中必須支持高達100 MHz的頻率?？紤]到成本因素，我們預計大多數(shù)RedCap設備都會部署到FR1頻譜中，大多數(shù)設備需要的最大帶寬就是20 MHz。

在20 MHz帶寬下部署時，RedCap支持最高達到LTE Cat 4范圍的數(shù)據(jù)傳輸速率。根據(jù)網(wǎng)絡設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，下行數(shù)據(jù)傳輸速率可達到227Mb/s，上行數(shù)據(jù)傳輸速率可達到91Mb/s。

理論上，F(xiàn)R1和FR2頻段范圍支持的參數(shù)與5G eMBB設備相同，以便將這一規(guī)范推廣到全球移動網(wǎng)絡運營商。盡管如此，移動運營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增加了非活動和空閑模式下的擴展非連續(xù)接收(eDRX)周期，并且在靜止設備的相鄰小區(qū)測量方面相對寬松。相較于eMBB，這有助于降低功耗。

RedCap還通過其他方式降低設備復雜性，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。若要進一步了解所有這些領域，請參閱我們的白皮書《5G時代物聯(lián)網(wǎng)應用的蜂窩通信技術(shù)演進》（點擊下劃線處了解更多內(nèi)容），其中更詳細地介紹了5G RedCap的技術(shù)細節(jié)。

04.5G?RedCap與4G?LTE?Cat?1和Cat?4的比較

如果所設計的設備需要5G RedCap提供的蜂窩連接類型，大多數(shù)設計人員最終要都在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)絡中5G核心的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，如果您高度注重網(wǎng)絡使用壽命，這一點尤為有益。

另外一個因素是您的產(chǎn)品上市時間。您的設備將在何時發(fā)布？需要在哪些地理區(qū)域內(nèi)工作？我們預計，首批5G RedCap設備將于2024年問世，最初將投向先采用蜂窩通信技術(shù)的一些國家和地區(qū)，例如北美的一些國家/地區(qū)、中國以及亞太區(qū)的其他國家/地區(qū)。

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

05.RedCap革命：3GPP R18版本

3GPP標準預計于2024年初發(fā)布第18版，將拓展RedCap的支持范圍，涵蓋額外的應用場景。其中大多是較低級別的物聯(lián)網(wǎng)設備，其功能介于現(xiàn)有低功耗廣域(LPWA)用戶設備與第17版標準界定的RedCap用戶設備之間，例如工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡和智能電網(wǎng)。

第18版RedCap的目標是10Mb/s左右的峰值數(shù)據(jù)傳輸速率。為實現(xiàn)此目標，可針對FR1內(nèi)的數(shù)據(jù)通道將用戶設備基帶的帶寬降低到5 MHz，同時將用戶設備的射頻帶寬維持在20 MHz，這也有助于減少設備生態(tài)系統(tǒng)的碎片化問題。

重點在于，第18版RedCap并非意在取代現(xiàn)有LPWA解決方案，因為現(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。

06.更多相關(guān)資源

如果您目前在解決方案中使用LTE Cat 1或Cat 4實現(xiàn)與遠程設備之間的數(shù)據(jù)收發(fā)，5G RedCap規(guī)范的問世應該讓您注意到時機已經(jīng)成熟，您應該開始去探索如何在設計與生態(tài)系統(tǒng)中最終取代4G蜂窩通信技術(shù)。

雖然4G網(wǎng)絡的停用還有待時日，但使用LTE Cat 1和Cat 4的許多設備都有著很長的使用壽命，立即開始籌劃未來舉措也不失為明智之舉。