5G RedCap來(lái)了，但真的能取代Cat.4與Cat.1嗎？

隨著5G的發(fā)展，其與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合日益深化，一些現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題浮出了水面。其中成本與性能成為最突出的兩個(gè)問(wèn)題：一是，5G終端芯片、模組到終端高昂的成本與5G在垂直行業(yè)應(yīng)用之間的矛盾；二是，很多應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際需求是速率要求中等、性能要求中等、功耗要求中等，要求高于NB-IoT又低于5G。

在這種情況下，RedCap成為產(chǎn)業(yè)界應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題給出的解決方案。

性能折中

RedCap劍指物聯(lián)網(wǎng)中高速應(yīng)用場(chǎng)景

RedCap，全稱Reduced Capability NR。顧名思義，這是降低NR能力的意思，亦即對(duì)5G NR進(jìn)行了功能裁剪。

那么，究竟裁剪掉了哪些功能？主要包括帶寬、天線能力、最小下行MIMO層數(shù)以及最大下行調(diào)制階數(shù)。

RedCap主要裁剪的物聯(lián)網(wǎng)層能力情況

此外，在R17中，RedCap還引入了半雙工模式，可支持TDD和FD-FDD模式，有利于設(shè)備的小型化。

通過(guò)最大化功能剪裁后，RedCap在FR1頻段范圍內(nèi)可支持約20Mbps-100Mbps范圍的上下行理論峰值速率。

為了實(shí)現(xiàn)更高的峰值速率，RedCap終端設(shè)備也可以適當(dāng)調(diào)整性能裁剪程度，選擇更高級(jí)的功能，比如支持2個(gè)接收天線、2個(gè)下行MIMO層、256QAM、全雙工FDD等。此外，通過(guò)在5G網(wǎng)絡(luò)引入獨(dú)立初始BWP和非小區(qū)定義的同步信號(hào)，RedCap充分發(fā)揮5G的大帶寬優(yōu)勢(shì)和大系統(tǒng)容量等代際差異，并實(shí)現(xiàn)與eMBB終端的高效共存?？偟膩?lái)說(shuō)，在數(shù)據(jù)速率方面，RedCap與Cat.4終端能力接近。

當(dāng)然了，除了剪裁了以上列出的物理層功能，RedCap也對(duì)一些更高層的功能進(jìn)行了剪裁，比如規(guī)定DRB的最大數(shù)量從16個(gè)減少至8個(gè)，將PDCP SN和RLC-AM SN長(zhǎng)度從18比特減少至12比特，可選支持ANR功能等。RedCap還引入了一些節(jié)省功耗的手段，例如增強(qiáng)的非連續(xù)接收特性（eDRX），采用更長(zhǎng)的休眠模式，讓終端減小功耗，獲得更高的續(xù)航能力。

作為Rel-17標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容之一，RedCap 實(shí)現(xiàn)了面向中高速物聯(lián)場(chǎng)景的5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，進(jìn)一步拓展了5G應(yīng)用場(chǎng)景與解決方案。其面向智能可穿戴設(shè)備、工業(yè)無(wú)線傳感器和視頻監(jiān)控等典型應(yīng)用場(chǎng)景，預(yù)計(jì)到2030年全球連接數(shù)可達(dá)到近百億。

RedCap直面當(dāng)打之年的cat.1和cat.4

成本終成阻礙

隨著5G Rel-17正式凍結(jié)，RedCap芯片有望在2023年推出。

經(jīng)過(guò)裁剪之后，不僅RedCap終端復(fù)雜度有所下降，基于上述方案，成本也能隨之下降。業(yè)界預(yù)計(jì)，屆時(shí)RedCap模組成本相對(duì)eMBB能夠大幅降低，價(jià)格大概會(huì)在200元以內(nèi)。

目前，市場(chǎng)上Cat.4通信模組的價(jià)格在60-80元之間，RedCap規(guī)?；逃弥螅＝M價(jià)格或有機(jī)會(huì)與Cat.4模組價(jià)格相媲美。

既然劍指中高速物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，那么其對(duì)手就不止是Cat.4，在Rel-17中旨在替換Cat.4，而在后續(xù)的Rel-18中將再定義一個(gè)版本，屆時(shí)RedCap最大帶寬為5MHz，旨在替換Cat.1。

同樣從成本方面來(lái)看，目前Cat.1模組價(jià)格已經(jīng)下降在30-40元之間，隨著未來(lái)Cat.1在各垂直行業(yè)中的應(yīng)用，價(jià)格依然能得到進(jìn)一步下探至20元左右。屆時(shí)替代 Cat.1的RedCap通信模組有望在50元上下，能否順利接棒交接，還要看整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)的良性發(fā)展。

也就說(shuō)，雖然RedCap相對(duì)于高性能5G模組成本將實(shí)現(xiàn)大幅下降，但與4G模組相比，初期商用的成本依然高出不少。

4G模組成本下降到這一水平，是經(jīng)歷了多年時(shí)間，且達(dá)到億級(jí)以上的出貨量才實(shí)現(xiàn)的。因此，RedCap成本的下降同樣需要經(jīng)歷時(shí)間和出貨量的考驗(yàn)。由于RedCap面對(duì)的是相對(duì)低價(jià)值的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诔杀久舾行砸草^高，這將在一定程度上限制RedCap行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。

與4G較量

5G仍需新突破

4G網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)這么多年的發(fā)展，各方面都得到了業(yè)界乃至用戶的認(rèn)可。在與4G的較量中，5G網(wǎng)絡(luò)絕不僅僅是靠著更高的傳輸速率、更低的功耗以及更低的延遲更加強(qiáng)版的性能就可以的，而是需要更多的突破。事實(shí)上，5G也確實(shí)正往更新、更有可能的方向在努力。

以加入定位功能為例，基于以前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)，5G R16引入了新的定位參考信號(hào)（PRS），采用了DL-TDOA、UL-TDOA、DL-AoD、UL-AOA、E-CID多種定位技術(shù)來(lái)合力提升定位精度。

同時(shí)，由于5G時(shí)代超密集網(wǎng)絡(luò)增加了參考點(diǎn)的數(shù)量和多樣性，Massive MIMO多波束可讓AoA估計(jì)更精確，以及更低的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延可提升基于時(shí)間測(cè)量的精度等，這些優(yōu)勢(shì)可進(jìn)一步提升5G定位能力。

根據(jù)3GPP R16定義，5G定位能力必須滿足以下最低要求：

? 對(duì)于80％的終端，水平定位精度優(yōu)于50米，垂直定位精度優(yōu)于5米。

? 端到端時(shí)延低于30秒。

對(duì)于要求嚴(yán)苛的商業(yè)用例，5G定位能力至少需滿足以下要求：

? 對(duì)于80％的終端，水平定位精度優(yōu)于3米（室內(nèi)）和10米（室外）。

? 對(duì)于80％的終端，垂直定位精度優(yōu)于3米（室內(nèi)和室外）。

? 端到端時(shí)延小于1秒。

從室內(nèi)定位的角度來(lái)看，5G在室內(nèi)定位中不僅提供了自身的帶內(nèi)定位能力，還提供了融合定位能力，通過(guò)藍(lán)牙、UWB等多種技術(shù)和定位終端的信息進(jìn)行綜合定位，技術(shù)間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，降低綜合定位成本，提高定位精度和魯棒性。

目前，基于位置服務(wù)的融合應(yīng)用業(yè)務(wù)已初步發(fā)展，包括汽車裝配利用5G+藍(lán)牙定位滿足其生產(chǎn)定位需求，電力能源利用5G+UWB定位滿足生產(chǎn)需求；在機(jī)場(chǎng)室內(nèi)定位服務(wù)中，利用5G+藍(lán)牙定位滿足消費(fèi)者導(dǎo)航以及管理者需求;倉(cāng)儲(chǔ)物流場(chǎng)景中利用5G+藍(lán)牙AOA定位滿足智能化物流管理。

此外，5G與無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合。近日，中國(guó)移動(dòng)攜手華為推出了一個(gè)蜂窩物聯(lián)eIoT技術(shù)，這是一種新型的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將5G與UHF RFID進(jìn)行組合應(yīng)用。該技術(shù)的特點(diǎn)包括：

覆蓋提升，站間資源協(xié)同與聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化，集中式收發(fā)與分布式激勵(lì)，規(guī)避讀寫間的干擾，以提升通信距離。在中國(guó)移動(dòng)的測(cè)試中，可以實(shí)現(xiàn)室外200m，室內(nèi)20m的覆蓋。

成本與功耗的降低，極簡(jiǎn)協(xié)議棧與信令設(shè)計(jì)，降低無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的成本與功耗。

支持亞米級(jí)定位，與基于蜂窩的5G定位技術(shù)相結(jié)合提供高精度室內(nèi)定位。

使能局域/廣域組網(wǎng)，端到端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，拓展了蜂窩系統(tǒng)支持無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)能力，實(shí)現(xiàn)廣域標(biāo)簽定位與傳感信息采集。

而這些正好能夠解決目前傳統(tǒng)RFID技術(shù)面臨的沒(méi)有基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)且工作距離短的問(wèn)題。

相較于UHF RFID獨(dú)立布設(shè)讀寫器，基于5G可大范圍覆蓋的優(yōu)勢(shì)，該種方案擁有更遠(yuǎn)的工作距離且能降低用戶部署成本。此外，這種方案下，高精度定位能力依靠5G小基站所采用的ToA或TDoA的算法計(jì)算，標(biāo)簽只是起到一個(gè)信號(hào)發(fā)射器的作用。

eIoT技術(shù)的應(yīng)用意味著，借助5G賦予RFID更多的能力，進(jìn)一步刺激標(biāo)簽更快更多地應(yīng)用。反過(guò)來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)不再只是完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?，有了更多的?shí)用價(jià)值。

寫在最后

從以往的發(fā)展來(lái)看，通信技術(shù)都是一代代向前更迭，4G終將退出歷史舞臺(tái)，5G取而代之。雖然，相比Cat.1、Cat.4，即便在實(shí)際應(yīng)用中RedCap的性能不一定更好，成本上也更高，但是這并不會(huì)阻擋業(yè)界對(duì)于新技術(shù)的探索，讓5G有更多新的突破。