RedCap是什么?RedCap是否可以取代Cat.1?RedCap会不会火?
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2024-04-10 19:23
物联网中不同的应用场景，对网络能力的要求也不一样。比如，在速率方面，VR / AR、高清转播需要高速连接；而远程抄表 、共享设备只需要同步数据，低速就可以满足。除了速率，还有很多应用场景更关心功耗和成本。完整版的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。高昂的价格，也影响了5G在垂直行业的落地。
所以，5G需要建立一个轻量化的版本，用于满足中速及中高速需求的应用场景，降低5G部署和使用成本，加速5G商用落地。
2022年6月，3GPP Rel-17冻结，意味着5G RedCap标准第一版正式确立
RedCap缩减了什么？
RedCap是在确保应用需求和性能的前提下，通过减少带宽、收发天线数量、降低速率、调整调制方式、引入半双工模式等方式削减设备的能力，降低终端设备的复杂度，达到降低终端成本、功耗、延长使用寿命等一系列目的，更利于5G商用网络中大规模商业普及应用。 如下表，在R17中，RedCap主要裁剪了以下功能，从而将终端复杂度和成本下降50%至65%。RedCap通过减少带宽、减少MIMO层数以及放宽下行链路 调制阶数，从而降低基带复杂性，减少所需接收分支的最小数量并允许在所有频段中进行半双工 (HD)操作，从而实现降低天线和射频组件的材料成本。 
RedCap主要是为了满足工业无线传感器、视频监控和可穿戴设备等中端物联网应用场景中的终端特定需求所定义的技术，该技术补齐了5G网络中高速率业务承载能力，使5G网络面向各类物联网应用需求形成了高、中、低多级别承载体系，满足物联网行业对中速大连接能力的应用需求。
RedCap的特点
低成本：低于 6 GHz 频段 的 RedCap 设备的最大带宽要求降低到 20 MHz。RedCap 减少了所需的接收天线和设备层数，支持 1R 或 2R，大大降低了5G 设备芯片组 和模块的成本。据估计，RedCap组件的成本比eMBB组件低5倍，大规模商用的组件价格可与Cat 4组件媲美。
大容量高效共存：RedCap设备可以通过单独的初始BWP（Bandwidth Part）和小区定义的同步独立信号在5G网络上运行，并可以与eMBB设备高效共存，充分发挥5G的高带宽和大容量（与4G相比）的优势。
高集成 ：RedCap数据可以具备不同频率在不同频率上进行收发的能力，使连接具有简单化的集成，设备趋向小型化。
多功能：低延迟、切片 、定位、低功耗等。
RedCap应用场景
众所周知，在已经确定的5G标准之中，主要针对三大类应用场景，分别是：
1：eMBB 增强型移动宽带 （Enhanced Mobile Broadband）
2：mMTC 海量机器类通信 （Massive MachineType Communication）
3：URLLC 超可靠低延迟通信 （Ultra-reliable and Low Latency Communications）
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, 主要是高清视频、VRAR等大流量移动宽带业务。
mMTC是大规模机器通信，主要是物联网相关的应用，智能路灯，各种智能传感器 , 是高可靠低时延通信，主要是车联网 、远程医疗 这些。而uRLLC侧重可靠性和时延。两者都是主要服务于行业互联网，包括工业制造、车联网、远程抄表等垂直行业领域。
RedCap设备与 LTE（Cat-M 或 NB-IoT）设备相比需要更大容量，同时要求更低的成本与更低的功耗。
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。它的带宽速率低于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。
5G NR 的基础目标是实现增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠性超低时延通信（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）。 最近，3GPP 将时间敏感网络（TSN）也加入了支持列表。
RedCap技术是使用户设备既能从 5G NR大规模部署中受益，又不必支持所有的 5G NR功能，在功能与成本和功耗之间实现良好平衡。
移动网络 已从只能支持语音业务发展到能够同时支持语音和数据连通性业务。 这一发展使蜂窝网络 能够与部署在外场的电子设备相结合，远程监测外场条件和发送数据，这样就可以减少到达外场进行测试的次数，从而降低某些类型传感器和设备的操作成本。 不过这一变化需要业界制定全球公认的互操作性标准。 这些标准通过定义协议和射频接口，旨在最大限度降低设备的增量成本，同时尽量发挥远程无线接入的成本效益。
3GPP 在 Release 13 中首次加入了针对这些类型设备的技术，并在后续版本直至 Release 16 中陆续增添了多项增强技术。
3GPP 标准将三类技术定义为蜂窝物联网（C-IoT）：
• 扩展覆盖范围的 2G GSM 物联网（EC-GSM-IoT），旨在充分利用现有网络和用户群
• 机器类通信 LTE（LTE-M），与常规 LTE 兼容
• 窄带物联网 （NB-IoT），为进一步优化功耗和覆盖范围提出了新的设备技术指标，即使工作在地下等恶劣环境中也能达到理想效果。
URLLC、mMTC 和 TSN――例如产线机器人和无人机――均要求采用大带宽和低时延的物联网连接 。 但是对于传感器、执行器和其他一些通常受到成本或外形限制、对性能要求不高的物联网设备来说，它们对连通性 没有要求。 这些设备可以通过小数据包发送异步信息，但是需要尽量降低初始采购成本和后续的操作维护成本，其中电池的续航时间至关重要。
除了“智能”行业之外，3GPP 在 Release 17 规范中还加入了另外两个RedCap使用场景：监控设备和可以收集和传递健康信息的可穿戴设备 。
RedCap主要领域以及在 Release 17 标准中采取的主要措施
RedCap初始使用场景、数据速率和时延要求
RedCap如何降低成本？
RedCap如何降低复杂性和功耗？
RedCap信号又是如何工作的呢？
重点是允许具有较低带宽的设备在具有较高带宽的小区中共存。为了实现这个功能，SIB更新之后以提供访问控制，以便 UE可以决定NW是否支持RedCap设备，并因此开始注册过程 。此外，已经创建了一个新的特定于Red Cap的初始BWP，这样就可以在初始BWP 中拥有具有更大BW的小区，但仍然允许RedCap UE进行连接。并且通过PRACH和MSg3的前期指示支持已经启用，这样网络就可以提前知道尝试连接的设备的能力降低了。
第二项在Rel-17需要关注的技术是NTN，Rel-17定义了NTN的第一个版本，并且Rel-18将继续使用更新的频段和其他架构类型和用例。Rel-17主要侧重于对GEO和 LEO轨道的标准化支持，重点是透明有效载荷，意味着gNB作为网关的一部分位于地面，而 Uu 是两个馈线中使用的接口和服务链接。这样，卫星就充当了射频中继器 。最初NTN的重点是6 GHz以下频段，尤其是2GHz的S频段。
但卫星到终端直接通信在设计实际上非常具有挑战性，因此在任何实际部署之前在实验室中测试真实场景至关重要。例如链路预算 ，考虑到地面设备和卫星之间的距离很远，工程师们面临着巨大的路径损耗，我们的目标是在不需要大天线的情况下建立连接，仍然使用手机。另一个主要挑战是信道引入的大延迟，在地球静止轨道 的情况下可能高达 600 毫秒左右，或者 LEO 轨道的变化延迟虽然较小，但会随着时间而变化，至关重要的是，这在所有设备中都得到了适当的补偿，从而可以避免符号间干扰 。考虑到卫星的高速移动，多普勒 是信道增加的另一个主要损伤。因此，补偿所有这些影响是至关重要的，这可以在卫星轨道已知的情况下完成，因此，只要UE和卫星的位置已知，就可以预测多普勒和延迟。
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