首個(gè)5G新空口(NR)網(wǎng)絡(luò)于2019年4月推出，自那以后79個(gè)國(guó)家陸續(xù)推出了202個(gè)網(wǎng)絡(luò)。Omdia預(yù)測(cè)，到2027年底全球5G連接數(shù)將逼近68億。然而，大多數(shù)連接都集中于智能手機(jī)，大規(guī)模5G物聯(lián)網(wǎng)(IoT)尚未實(shí)現(xiàn)。
3GPP已經(jīng)定義了5G標(biāo)準(zhǔn)，它們幾乎都聚焦消費(fèi)者智能手機(jī)以及高數(shù)據(jù)吞吐量/低時(shí)延用例。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用并不需要這些特性，并且這些特性會(huì)給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和操作帶來(lái)極大的復(fù)雜性。此外，增加的成本將超過(guò)潛在的效益，導(dǎo)致大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)--至少在中端連接能力領(lǐng)域是如此。
3GPP在R17規(guī)范中宣布了5G RedCap標(biāo)準(zhǔn)，旨在滿足對(duì)中端5G連接能力的需求。RedCap將實(shí)現(xiàn)從4G中端連接選項(xiàng)（LTE Cat-1/1bis和LTE Cat-4）的演進(jìn)。本報(bào)告介紹了5G RedCap在2023年的最新發(fā)展情況，并且探討了該技術(shù)為何將成為物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵。
(相關(guān)資料圖)
何為5G RedCap？
3GPP在2018年定義了5G規(guī)范，其中包括三大支柱: 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶(eMBB)、超可靠低時(shí)延通信(URLLC)以及大規(guī)模機(jī)器類通信(mMTC)。eMBB和URLLC被認(rèn)為是挑戰(zhàn)技術(shù)進(jìn)步的極限，旨在展示5G在未來(lái)實(shí)現(xiàn)的令人難以置信的高吞吐量和低時(shí)延特性。與此同時(shí)，mMTC采用低功率廣域(LPWA)連接技術(shù)，被用來(lái)以低成本連接大量設(shè)備。
雖然這些新技術(shù)在功能上取得了進(jìn)步，但近年來(lái)很明顯的一點(diǎn)是許多物聯(lián)網(wǎng)用例不需要eMBB和URLLC提供的高速度或低時(shí)延。但是，它們需要比mMTC更好的功能。因此，3GPP推出了輕量化版本5G RedCap來(lái)滿足需要中端連接能力的用例。
3GPP R17在2022年推出的 5G RedCap包含以下主要特性:
?降低設(shè)備復(fù)雜性，從而降低設(shè)備成本
-在Sub-7GHz頻段的最大帶寬為20 MHz，在毫米波頻段的最大帶寬為100MHz—采用單載波，因此不支持載波聚合或雙連接
-在Sub-7GHz頻段使用單個(gè)接收器
-降低對(duì)設(shè)備內(nèi)存的要求
?降低功耗
-增強(qiáng)型低功耗模式，支持?jǐn)U展的增強(qiáng)型非連續(xù)接收(eDRX)以及更低的發(fā)射功率
-放寬無(wú)線電資源管理措施
? 數(shù)據(jù)傳輸速率至少不低于LTECat-1標(biāo)準(zhǔn)
-下行速率為150Mbps，上行速率為50Mbps
-工業(yè)傳感器的時(shí)延目標(biāo)為100毫秒，視頻監(jiān)控為500毫秒（最低要求）--不過(guò) 5G RedCap可以實(shí)現(xiàn)更低的時(shí)延
-一根發(fā)射天線和至少一根接收天線（最多可選擇兩根）
我們?cè)谙旅媪谐隽?G RedCap在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)中的一些潛在用例，但所有的中速物聯(lián)網(wǎng)用例都可以使用5G RedCap:
? 傳感器：壓力傳感器、濕度傳感器、溫度感測(cè)器、運(yùn)動(dòng)傳感器、加速度傳感器和致動(dòng)器
? 工業(yè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)
? 監(jiān)控?cái)z像頭: 智慧城市、工廠以及其它工業(yè)場(chǎng)所
? 可穿戴設(shè)備：智能手表、戒指、電子健康設(shè)備和醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備
? 智能電網(wǎng)
? 銷售點(diǎn)終端系統(tǒng)(POS)
? 智能儀表
? 遠(yuǎn)程信息處理
? 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭盔、自動(dòng)導(dǎo)引車和機(jī)器人控制
定于2024年一季度發(fā)布的3GPP R18將包含額外的功能。具體來(lái)說(shuō)，R18將著眼于性能介于3GPP R17 RedCap和現(xiàn)有LPWA設(shè)備(如LTE-M和 NB-IoT)之間的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。需要注意的是，該類別不應(yīng)與LPWA重疊，因?yàn)長(zhǎng)PWA保有更好的功耗和覆蓋范圍指標(biāo)。
被納入考慮范圍的新特性/功能包括：
? 與R17規(guī)定的數(shù)據(jù)速率相比擁有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率
? 定位：基于位置的服務(wù)應(yīng)用(如資產(chǎn)跟蹤)
? 設(shè)備對(duì)設(shè)備協(xié)議(側(cè)行鏈路):設(shè)備(如可穿戴設(shè)備)可以直接與附近的智能手機(jī)或聯(lián)網(wǎng)車輛通信
? 支持使用非授權(quán)頻譜
? 進(jìn)一步降低5G RedCap用戶設(shè)備的復(fù)雜性與成本
同樣值得注意的是，預(yù)計(jì)R18中的5G RedCap設(shè)備類型類似于LTE Cat-1和Cat-1bis，將具有10Mbps的數(shù)據(jù)速率(下行鏈路)能力。這種能力使得RedCap非常適合成為這些LTE類別的長(zhǎng)期延續(xù)。
Omdia分析
4G中端連接能力技術(shù)(LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4)構(gòu)成模塊出貨量的主體
圖1顯示了出貨的物聯(lián)網(wǎng)模塊中LTE Cat-1、Cat-3或Cat-4模塊相較于其它模塊(包括所有的2G、3G以及剩余的4G和5G模塊)的比例。中速4G LTE標(biāo)準(zhǔn)(Cat-1、 Cat-3和Cat-4)是全球最受歡迎、最為廣泛使用的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，占到2023年模塊出貨量的50.3%。
1. Figure 1: Over half of modules (50.3%) shipped in 2023 are either LTE Cat-1, Cat-3, or Cat-4
與低速LTE類別相比，4G LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4標(biāo)準(zhǔn)提供了優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸速率與時(shí)延；與高速LTE類別相比，其硬件價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)力、復(fù)雜性更低。相比之下，5G標(biāo)準(zhǔn)目前還沒(méi)有與4G標(biāo)準(zhǔn)中的LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4相對(duì)應(yīng)的中速應(yīng)用；5G標(biāo)準(zhǔn)只提出了eMBB、URLLC和mMTC這三個(gè)極端場(chǎng)景。
4G中端連接技術(shù)沒(méi)有演進(jìn)
目前，LTE Cat-1、LTE Cat-1bis、LTE Cat-3和LTE Cat-4等4G中端連接技術(shù)還沒(méi)有演進(jìn)。如本報(bào)告的序言所述，eMBB和URLLC等高性能技術(shù)將成為更高等級(jí)的LTE技術(shù)（介于LTE Cat-6和Cat-24之間）的延續(xù)。2G和3G等較低級(jí)別的技術(shù)將在未來(lái)幾年切換為mMTC (NB-IoT或LTE-M)網(wǎng)絡(luò)，特別是在許多2G和3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)關(guān)閉的情況下。因此，確保目前使用4G技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備/用例的使用期限尤其需要5G中端連接技術(shù)。至少?gòu)拈L(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，如果沒(méi)有對(duì)應(yīng)的5G中端連接技術(shù)，目前使用LTE技術(shù)的設(shè)備將會(huì)面臨網(wǎng)絡(luò)衰落的風(fēng)險(xiǎn)。在經(jīng)歷從2G/3G切換到NB-IoT/LTE-M的復(fù)雜歷程后，沒(méi)有人希望看到這種情況再次發(fā)生。
從邏輯上講，由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)非常相似且可以用于相同的用例，RedCap將成為L(zhǎng)TE Cat-1/1bis和LTE Cat-4的演進(jìn)技術(shù)。請(qǐng)考慮以下示例:
高通公司的QCX216 LTE Cat-1bis芯片于2022年12月推出；根據(jù)產(chǎn)品介紹，該產(chǎn)品專為智能水電表、跟蹤器、電子計(jì)量和智慧城市等用例而設(shè)計(jì)。UNISOC是LTE Cat-1bis領(lǐng)域的最大參與者，其8910DM模塊已經(jīng)被部署在支付系統(tǒng)(POS)、智能電表和工業(yè)控制系統(tǒng)中。與LTE Cat-1的用例相比，這些用例在尺寸上受到的限制要略微多一些-- LTE Cat-1需要兩根天線，而LTE Cat-1bis只需要一根天線。
自2008年3GPP R8發(fā)布LTE Cat-1以來(lái),該技術(shù)一直發(fā)展得很好。它已經(jīng)被部署在工業(yè)自動(dòng)化、遠(yuǎn)程信息處理、視頻監(jiān)控、數(shù)字標(biāo)牌和支付系統(tǒng)中(沒(méi)有受到太大的尺寸限制)。
對(duì)中速連接技術(shù)而言，電動(dòng)汽車(EV)充電站是一個(gè)快速發(fā)展的用例。近年來(lái)，電動(dòng)汽車得到了政府的大力支持，比如美國(guó)出臺(tái)了《基礎(chǔ)設(shè)施法案》，將在2030年前建設(shè)50萬(wàn)個(gè)充電站。英國(guó)也有類似的舉措，要求所有新建的住宅、工作場(chǎng)所和購(gòu)物中心都要安裝電動(dòng)汽車充電站。這些設(shè)備將產(chǎn)生對(duì)司機(jī)和充電站運(yùn)營(yíng)商有用的數(shù)據(jù)，比如基于使用情況的分析、電池狀況數(shù)據(jù)以及計(jì)費(fèi)信息。它們將需要能夠處理足夠數(shù)據(jù)吞吐量、安裝和操作成本足夠便宜的連接技術(shù); 因此，中端連接技術(shù)最適合這些設(shè)備。
這些都是5G RedCap將要支持的用例，從而確保這些設(shè)備在4G關(guān)閉之后(預(yù)計(jì)許多將在2030 - 2040年之間關(guān)閉)能夠連接到下一代電信網(wǎng)絡(luò)。
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