5G青春版科普RedCap到底是什么

　　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RedCap
　　RedCap，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RedCap
　　5G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NBIoTeMTC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NBIoTeMTC对于4G。
　　换言之，NBIoTeMTC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，NBIoT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，NBIoT、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Sub6GHz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Sub6GHz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（HDFDD），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25倍，甚至78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8090Mbps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，HDFDD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100200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NBIoT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3GPPRAN84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12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。