【NR RedCap】Release 18标准中对5G RedCap的增强

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本人就职于国际知名终端厂商，负责modem芯片研发。
在5G早期负责终端数据业务层、核心网相关的开发工作，目前牵头6G技术研究。

博客内容主要围绕：
       5G/6G协议讲解
       高级C语言讲解
       Rust语言讲解

文章目录

Release 18标准中对5G RedCap的增强
- 一、RedCap在5G蓝图中的地位
- 二、RedCap从3GPP R16到R18的增强
- 三、一些挑战和限制
- - 3.1 设备认证和标准化
  - 3.2 网络基础设施适配
  - 3.3 覆盖和性能预期
- 四、总结
参考

Release 18标准中对5G RedCap的增强

虽然5G NR旨在提供超可靠、低延迟通信（URLLC）和增强移动宽带（eMBB），但存在一系列物联网应用需要定制的方法。这些应用通常被称为中间层，需要在性能和效率之间取得平衡的连接解决方案，这超出了传统LTE-M和NB-IoT所能提供的能力，但又不像成熟的5G解决方案那样占用大量资源。

在3GPP R17中引入的NR RedCap（Reduced Capability）旨在解决上面提到的问题，为需要适中数据传输速率、延长电池寿命、降低复杂性和成本的设备和应用提供解决方案。该技术对于实现从工业自动化和智能电网到可穿戴设备和传感器网络的广泛物联网应用至关重要，这些应用不需要eMBB或URLLC的高吞吐量或超低延迟，但仍可受益于5G NR技术的进步。

RedCap通过简化设备需求和优化功耗，在确保与现有5G基础设施兼容的同时，标志着5G在面向更广泛的设备和应用方面迈出了重要一步。因此，它填补了5G生态系统中的一个空白，提供了一个强大而高效的连接解决方案，以满足中间层物联网应用的独特需求。

随着被称为5G R18版本的发布，该技术得到了一系列升级和新功能，旨在扩大其能力并提高其与5G网络的融合。这些增强旨在完善RedCap的性能、效率和灵活性，确保它仍然是5G时代物联网连接的关键推动者。

一、RedCap在5G蓝图中的地位

RedCap技术的引入，特别是从3GPP R16版本开始，极大地重塑了5G蓝图，创建了一个新的连接层，专门满足中间层物联网应用的微妙需求。RedCap战略定位于5G服务范围内，是LTE-M、NB-IoT能力与eMBB、URLLC能力之间的桥梁，提供平衡的解决方案，以应对广泛的物联网部署所面临的独特挑战。

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RedCap旨在填补5G生态系统中的一个关键空白，提供一个比LTE-M和NB-IoT更强大，但比eMBB和URLLC更简单和低功耗的连接选项。

RedCap提供了下面的关键能力：

提升数据速率：虽然不追求eMBB的峰值数据速率，但RedCap支持比LTE-M和NB-IoT更高的吞吐量，适合传输更丰富数据的视频监控和工业传感器等应用；
延长电池寿命：通过优化功耗，RedCap延长了物联网设备的电池寿命，这是部署在远程或不可访问位置的关键功能；
简化设备架构：redcap通过精简某些5G NR功能，降低了设备的复杂性和成本，使更广泛的物联网应用可以访问5G连接；

为了理解RedCap的独特价值，有必要将其与5G和LTE网络中的其他连接层进行比较：

LTE-M和NB-IoT：这些技术是为低功耗广域网（LPWAN）应用量身定制的，专注于最低数据速率和最大电池寿命。虽然它们很好地满足了基本的物联网传感器和跟踪器的需求，但对于要求更高吞吐量或更低延迟的应用来说，它们无法满足；
eMBB：旨在提供高数据速率和支持带宽密集型应用，eMBB超出了许多物联网应用所需的要求和能力，导致不必要的高成本和复杂性；

因此，对于处于这一范围中间的应用来说，RedCap是一个最佳解决方案，它的要求比LTE-M、NB-IoT提供的更多，但又低于eMBB、URLLC的全部功能。这包括广泛的工业、商业和消费者应用程序，这些应用程序受益于适中的数据速率、改进的延迟和增强的连通性，而不需要eMBB和URLLC分别提供的高吞吐量和超可靠性。

二、RedCap从3GPP R16到R18的增强

通过3GPP发布，RedCap技术的发展标志着一个重要的创新轨迹，旨在完善和扩展5G的能力，以满足更广泛的物联网应用。

技术特性	R15、R16中的eMBB	R17 RedCap	R18 RedCap
设备带宽	100MHz（FR1）、200MHz（FR2）	20MHz（FR1）、100Mhz（FR2）	20MHz或者5MHz（FR1 only）
工作方式	全双工、半双工、时分	全双工、半双工、时分	全双工、半双工、时分
天线类型	单发双收、双发单收	单发单收、双发单收	单发单收、双发单收
最高调制	下行256QAM，上行64QAM	64QAM（256QAM可选）	64QAM（256QAM可选）
最大下行数据速率	2.3Gbps	220Mbps	10Mbps
最大上行数据速率	468Mbps	120Mbps	10Mbps

随着R15、R16版本的发布，5G eMBB方面为可靠的高速通信奠定了基础，其下行速度高达2.3 Gbps，上行速度高达468 Mbps。该版本为需要高通量的物联网设备铺平了道路，并为NR技术的下一轮迭代奠定了基础。

在R17版本中增加了RedCap的基本框架，简化了5G NR的功能，以满足需要中等吞吐量、较低复杂度和延长电池寿命的物联网设备的需求。重点是使物联网应用程序不需要全范围的5G能力，但可以从5G技术的进步中受益。

随着R18版本的发布，RedCap在R17版本规范的基础上进行一系列增强，以满足物联网领域不断发展的需求。虽然还处于开发阶段，但预计R18版本将为下行和上行链路提供10 Mbps的峰值数据速率，预计这些增强包括：

进一步降低设备复杂度：通过进一步简化设备架构，RedCap旨在提高成本效益和节能性，使该技术更适用于各种各样的物联网设备；
增强网络集成：随着RedCap设备与现有5G网络的集成方式的改进，重点是有效利用网络资源和简化服务提供商的运营部署；
先进的省电技术：预计将出现新的省电功能，这将对延长物联网设备的电池寿命至关重要，特别是那些在偏远或难以到达的地区；
增加部署的灵活性：为RedCap引入更多样化的配置选项，将支持更广泛的用例，满足特定的覆盖率或容量需求。

从R17版本到R18版本的转变标志着业界一致努力改进RedCap技术。这些努力表明了行业对满足物联网生态系统各种需求的承诺。在接下来的每个版本中，3GPP将继续完善RedCap，确保5G仍然是一个通用的、全面的连接平台，能够支持广泛的物联网应用，从基本传感器到复杂的工业自动化系统。

三、一些挑战和限制

虽然RedCap技术为中间层物联网应用提供了一种很有前途的解决方案，弥合了高端5G能力和要求更低复杂度和功耗的设备之间的差距，但其部署和广泛采用并非没有挑战和限制。了解这些障碍对于电信和物联网生态系统的利益相关者来说至关重要，因为他们正在制定有效利用RedCap的战略。

3.1 设备认证和标准化

对NR-RedCap设备进行认证以确保它们满足必要的标准和互操作性要求的过程可能是耗时和资源密集型的。这一认证过程对于确保RedCap设备能够在5G生态系统中无缝运行至关重要，但它需要行业参与者和监管机构之间持续的努力和合作。

3.2 网络基础设施适配

对于移动运营商来说，将RedCap整合到现有网络基础设施中需要仔细的规划和投资。这一适应过程对于最大化RedCap部署的效率和效果至关重要，但也给网络运营商带来了前期成本和运营挑战。

3.3 覆盖和性能预期

确保RedCap设备提供一致的性能和足够的覆盖范围，特别是在具有挑战性的环境或网络覆盖区域的边缘，仍然是一个挑战。虽然R18版本的增强旨在提高覆盖率和设备效率，但满足各种物联网应用的多样化甚至有时相互冲突的期望需要持续的优化和创新。平衡性能、覆盖率和功耗以满足不同用例的特定需求，是RedCap技术面临的持续挑战。

四、总结

RedCap解决了连接解决方案的需求，能够平衡适中的数据速率、延长电池寿命，并以较低的成本降低复杂度。它是5G领域的重要桥梁，位于LTE-M、NB-IoT和eMBB、URLLC的能力之间，为受益于5G进步的物联网应用量身定制，而不需要完全的eMBB或URLLC能力。

R18版本中的增强功能旨在简化设备架构、改进网络集成、引入节能功能、提供灵活的部署选项，以满足不断发展的物联网需求。尽管RedCap很有潜力，但它面临着设备认证、网络适配以及确保在不同环境下的一致性能等挑战。克服这些挑战对于充分发挥RedCap作为5G时代物联网连接关键推动者的潜力至关重要，这强调了持续的行业合作和创新的必要性。