到底什么是RedCap？

Posted 2021-11-24 鲜枣课堂

随着3GPP R17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Reduced Capability，中文意思是“降低能力”。它是3GPP在5G R17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NR light（NR lite）。

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Reduced Capacity。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（NR light）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NB-IoT/eMTC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NB-IoT/eMTC对于4G。

换言之，NB-IoT/eMTC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，NB-IoT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，LTE Cat.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4G LTE退网做准备。

当4G LTE退网，NB-IoT、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5G RedCap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Sub-6GHz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Sub-6GHz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（HD-FDD），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2-5倍，甚至7-8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3GPP TS36.306中给出的UE峰值速率计算方法，RedCap的理论峰值速率大约是80~90Mbps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，HD-FDD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100-200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NB-IoT模组高。

█ RedCap的典型业务场景

目前，根据3GPP R17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LTE Cat.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3GPP RAN #84会议上，RedCap被首次作为一个R17 Study Item（研究项目）出现在大家面前。

2021年3月，3GPP正式通过了NR RedCap UE 标准化（即Work Item）项目的立项。按计划，3GPP R17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，3GPP R17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。

3GPP R17时间表

根据经验，标准化之后，至少要1-2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。

好了，以上就是关于RedCap的全部内容，感谢大家的耐心观看，我们下期再见！

—— The End ——

参考文献：

1、https://www.ericsson.com/en/blog/2021/2/reduced-cap-nr，爱立信

2、《5G R17带来的芯片机会》，李飞，半导体行业观察

3、《RedCap，来了！》，5GSA

4、《5G RedCap UE关键技术与标准化进展》，徐霞艳，移动通信；

5、3GPP Enhancements Planned for 5G Release 17 Include RedCap, Coverage Improvements, Satellite Standards, and More， sierrawireless.com

6、https://blog.3g4g.co.uk/2021/07/introduction-to-5g-reduced-capability.html，3G4G

7、3GPP.org