5G RedCap就快来了！但其全面商用有多难？-技术圈

作者：赵小飞

物联网智库原创

导读

RedCap在5G物联网场景中的地位毋庸置疑，但在笔者看来，其商用的过程要从一个长远的角度来看，因为在未来数年中，RedCap的商用面临巨大挑战。

根据3GPP的计划，今年6月，5G最新版标准R17将冻结，对于物联网从业者来说，RedCap是业界最关注的领域之一，这是3GPP为了使5G网络能够赋能大量中低性能物联网场景，专门推出的“低配版”5G。

去年年底，5G Advanced首个版本R18主要演进方向研究课题尘埃落定，RedCap的持续增强成为其中重点方向之一，可见RedCap在5G物联网场景中的地位之重。业界对RedCap抱有很高期望，但在笔者看来，其商用的过程要从一个长远的角度来看，因为在未来数年中，RedCap的商用面临巨大挑战。

补齐5G网络能力的中间地带：RedCap是蜂窝物联网又一重要演进

RedCap全称是ReducedCapability，即“降低能力”，是在5G R17阶段确定的专门方向，相对于eMBB和uRLLC，它可以说是轻量级的5G，但相比NB-IoT这类低功耗广域网，其性能高一些。已经冻结并开始商用的5G R16标准对eMBB、uRLLC和mMTC都有完善的标准，但对于处于这三者的“中间地带”则没有相应的技术标准，使5G网络能力并不能完全覆盖所有无线场景，而RedCap则补齐了这一“中间地带”，因此对5G标准和能力的完善意义重大。

在3GPP R17研究方向的讨论中，各厂商代表就提出了RedCap的研究意向，在这些讨论中形成的共识中提出：

5G的一个重要目标是实现工业场景互联互通，在工业环境中场景非常复杂，就传感设来说，包括压力传感器、湿度传感器、温度传感器、运动传感器、加速度计等，未来希望将这些传感器连接到5G接入网和核心网络。3GPP的多个技术研究和规范中都描述过大规模工业无线传感网络（IWSN）的用例和需求，这类用例中不仅包括要求较高的uRLLC服务，还包括设备外形和尺寸较小的相对低端服务，这类服务需要完全无线形态实现无人维护，电池寿命能达到数年的程度。综合来看，这些用例的要求高于LPWAN（如NB-IoT），但低于uRLCC和eMBB。另外，在智慧城市领域，一些用例也有类似的需求，比如一些监控场景；在可穿戴设备场景，包括智能手表、智能手环、健康类设备和医疗监测相关设备一般都需要较小的尺寸，需要在满足通信需求的前提下缩小终端尺寸。

诸如此类场景，在此前5G R16版本标准中并未考虑，而未来5G若要支持这些场景，就必须提出新的课题，对于各类用例都有一些明确要求。其中，通用性要求包括：

设备复杂性：与R15和R16定义的eMBB和uRLLC高要求设备相比，新设备类型的主要的要求是降低设备成本和复杂性，工业互联网场景尤其明显
设备尺寸：大多数用例都有此要求，新的标准要允许设备设计具有紧凑的外形
部署：系统应支持在FR1/FR2所有频段上实现FDD和TDD的功能部署

具体应用场景的要求包括：

工业无线传感网：3GPP TR 22.832和TS 22.104规范文档中对参考用例和要求进行描述，包括通信服务可靠性为99.99%，端到端时延小于100毫秒，参考带宽速率小于2 Mbps，并且设备大部分是静止的，电池至少能用几年。当然，对于安全类相关传感器，延迟要求达到5-10毫秒。
智慧城市视频监控：正如3GPP TR 22.804中所述，一些性价比较高的视频场景要求的带宽为2-4Mbps，时延小于500毫秒，可靠性在99%-99.9%之间；高一级的视频则需要7.5-25 Mbps的带宽。当然，此类场景的业务模式以上行传输为主。
可穿戴设备：智能可穿戴应用的参考带宽为下行5-50Mbps，上行为2-5Mbps，峰值速率下行最高150Mbps、上行最高50Mbps，设备的电池应能使用数天（最多1-2周）。

根据3GPP文档的定义，针对这些场景的研究方向是：

减少终端接收和发射天线；
减少终端带宽，在Sub 6GHz频段下其最大带宽为20MHz；
FDD半双工；
减少终端处理时间和终端处理复杂度

从3GPP的技术文档描述中，可以看出RedCap在很大程度上与现有LTE在物联网方面有很多类似的性能，因此可以用于当前LTE所赋能的不少场景。

为了推动RedCap的演进，R18确定了RedCap增强的课题，而其主要方向包括：

基于Rel17的评估方法，研究进一步降低用户终端复杂度的技术，聚焦于在Sub 6GHz频段降低终端带宽至5MHz，以及降低终端的峰值速率。
研究降低功耗的技术，包括eDRX增强，支持更低的终端功率等级。

笔者翻阅了去年3GPP第94次全会针对RedCap讨论的文档，发现大部分参与讨论的厂商都提到RedCap的增强应该覆盖LTE Cat.1和Cat.1 bis，但不应该与低功耗广域网形成重叠，这一提议最终形成共识，可以说未来R18版本的RedCap将会对4G LTE形成全面替代。

RedCap全面商用面临很多挑战，需立足长远

可以说，RedCap将开启4G物联网向5G的迁移之路，在未来4G和5G代际升级中将发挥重大作用。虽然RedCap对用户提供的服务能力与4G类似，但从网络和设备整体性能来看，RedCap在5G时代有明显的优势，主要表现在：RedCap是原生的5G NR技术，包含了所有关键的NR构建要素，如波束成形、网络能效等；RedCap的设备支持NR载波上的共存，该NR载波可配置为针对eMBB或uRLLC通信性能进行优化。

这一优势对于很多场景非常重要，如工业4.0的场景，在这一全自动化工厂的场景下，拥有大量高性能传感器和中低端传感器，因此需要同时支持时间敏感型通信和时延不敏感的通信，而5G网络可统一配置和优化，确保时间敏感通信的性能，同时保证低端传感器设备仍然有效地操作。

然而，技术上的优势不一定能够在短期内转化为商用的优势，虽然RedCap首个版本将于今年6月份冻结，但在物联网市场大范围的应用还面临着很多挑战，其最大的挑战来自于当前的4G。

首先，从成本方面看，预计未来数年内RedCap成本依然高于4G

随着R17的冻结，RedCap将迎来首个完整的标准版本，考虑到从标准确定到商用产品发布需要近2年时间，预估2024年将形成商用芯片和模组，并开启一些场景的应用；R18标准将于2023年底冻结，预计2025年后支持R18的商用终端才会投入市场。

虽然RedCap相对于高性能5G终端将实现成本大幅下降，但与成熟的4G终端相比，初期商用的成本依然会居高不下。当前，Cat.4模组最低成本已达到70元左右，Cat.1模组成本也下探至40元以内，不过，4G物联网模组成本到这一水平，是经历了多年时间，且达到亿级以上的出货量才实现的。RedCap成本的下降，也必然需要经历时间和出货量的考验，在一定规模下才可能实现前期沉没成本和固定成本摊销。

由于面对的是相对低价值的物联网场景，RedCap应用领域对于成本敏感性较高，这将在很大程度上阻碍RedCap的应用推广。

其次，从网络覆盖看，近年内无法形成如4G广度和深度支持

RedCap的大范围应用，也依赖于5G网络的大范围覆盖，然而，在RedCap正式商用的节点，5G网络覆盖是否能够提供无处不在的支持？

当前，随着2G/3G退网深入人心，4G连接已成为蜂窝物联网的发展主力，尤其是Cat.1连接增速最快，而这在一定程度上依赖完善的4G网络。众所周知，我国已建成全球规模最大的4G网络，根据工信部数据，截至2021年底，我国已建成并开通了590万4G基站，占基站总数近60%，即使是偏远地区和农村地区，也实现了4G的覆盖。

中国4G基站数量（单位：万）

当前，虽然我国已建成并开通5G基站超过140万个，根据《“十四五”信息通信行业发展规划》，到2025年每万人拥有5G基站数量为26个，即基站总数将达到364万个。由于5G基站覆盖距离相对4G小很多，因此这一规模与当前4G相比，其覆盖广度和深度不如4G，在很多物联网场景中，用户可能会选择4G终端。

再次，从终端周期来看，物联网的长周期特性使得未来存量替换难度较大

近日，GSMA发布的《移动经济发展报告》中预测，到2025年中国的4G连接数依然占据总连接的53%，而这一数据并不包括物联网连接，主要是智能手机。

根据Counterpoint Research的数据，智能手机更换周期达到31个月，在当前5G占据智能手机出货量大部分份额的情况下，未来2-3年5G智能手机用户实现大规模增长。但是，物联网终端更新周期较长，尤其是一些无人值守的场景下，很多达到了10年以上的生命周期。

截至2021年底，我国蜂窝物联网连接数达到13.99亿，而这一规模的终端中大部分为2G终端。随着2G/3G的退网，未来几年蜂窝物联网终端主要通过4G和NB-IoT接入网络，尤其是Cat.1近年来实现较快增长。GSMA预计到2025年国内蜂窝物联网连接数将达到22.9亿。若届时能够达到这一规模，笔者预计新增的连接中Cat.1和NB-IoT占据份额最高，4G其他制式其次。NB-IoT已纳入5G，且与RedCap不形成交叉，Cat.1和4G其他制式的终端由于还在生命周期内，在数年内无法升级至RedCap，RedCap很难实现对存量终端的替代。

最后，4G退网更是遥遥无期，RedCap还需从长计议

2G网络商用已有20年历史，2020年工信部25号文正式提出了2G退网，然而何时能够完全关闭2G网络还不确定。4G商用仅8年多时间，目前是最主流也是非常成功的移动通信网络，正处于“当打之年”，预计在2030年之前依然发挥着重要作用。对于未来4G的退网，未来数年中预计不会形成共识。

回顾过去几年，Cat.1加速发展始于2020年，而这一年2G/3G退网形成了共识且进入了实质性阶段，工信部发布的25号文正式从官方角度提出了退网，给了业界明确的预期。与此相类似，未来4G退网政策明确后，RedCap预计会迎来加速式增长。

2009年，随着3GPP R8标准的冻结，Cat.1首个标准问世，在随后的R13标准中又进一步提出了Cat.1bis，经过多年的努力，Cat.1终于成为蜂窝物联网的一大主力，这一过程超过了10年。而RedCap标准的冻结，或许可以看作是一个提前的技术标准储备，给业界提供一条推进蜂窝物联网发展的长远路径，让业界可以提前规划并渐进式培养这一生态，在若干年后面临4G退网时能够快速切换。