浅析5G RedCap移动物联网终端应用和发展

浅析5G RedCap移动物联网终端应用和发展

薛文怡,闫浩

联通华盛通信有限公司 100031

摘要：随着5G网络基础建设的完善，5G物联网终端应用场景不断发展，RedCap技术标准作为5G轻量化版本，具备低功耗低成本等特点。本文通过对5GRedCap的应用背景和技术特点，分析其对移动物联网终端应用和发展趋势的影响。

关键词：RedCap，终端，移动物联网，5G

一、引言与背景

2023年是我国5G发展的第五个年头，我国的5G网络和终端均已实现产业链生态发展和应用探索。但在5G R15、R16阶段，高昂的终端成本也让很多实际部署的应用场景无法接受，仍有部分5G物联网终端类型至今尚未形成大规模的成熟商用模式，亟需实现终端性能和成本的均衡，RedCap技术有望解决这一困境。

二、5GRedCap终端技术特点

RedCap的全称是Reduced Capability，即“降低能力”，是3GPP R17阶段的轻量级的5G技术标准，对标目前的LTE Cat.1和Cat.4网络技术标准。RedCap在满足业务场景需求的情况下，通过减少终端带宽、收发天线数量、降低调制阶数等方式裁剪终端能力、减少终端功耗和成本、降低应用门槛，将成为移动物联网中低速场景的关键技术，进一步推动终端万物互联的发展。RedCap终端主要业务指标和技术特点如下：

（1）带宽降低：3G PP R15、R16的5G终端 FR1频段可支持的最大带宽为100MHz，FR2频段可支持的最大带宽为400MHz。5G RedCap终端的FR1频段支持的最大带宽降低为20MHz，FR2频段支持的最大带宽降低为100MHz。通过降低带宽，5G RedCap终端成本预计将降低约16-32%。

（2）减少天线数量：RedCap通过减少天数数量，降低终端成本。在FR1频段，RedCap终端天线数量在FR1 FDD制式下，从2R降低为1R；在FR1 TDD制式下，从4R降低为2R或1R；在FR2频段下,天线数量从2R降低为1R。通过减少接收天线数量，5G RedCap终端成本预计将降低约40-60%。

（3）降低调制要求：5G RedCap通过将终端的最大调制阶数从256QAM降低为64QAM，减少射频与基带处理量，降低终端复杂度，降低约6%的终端成本。

（4）半双工模式：终端半双工模式即数据可以在不同频率下、不同同时刻下进行收发，降低了射频前端的器件设计门槛，可降低约7%的终端成本。

图1 5GNR和RedCap终端技术指标性能对比

除此之外，RedCap在能耗降低方面的方案包括eDRX和放松RRM测量等模式。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。通过放松RRM测量要求，减少单位时间内的测量频次，从而降低终端的耗电量。RedCap终端与存量5G终端共享5G网络，3GPP R17通过定义5G RedCap UE 特征组及能力上报，获取和识别RedCap终端，实现RedCap特定的访问限制，合理配置网络资源，减少其在接入过程中对存量网络的性能影响。

三、5GRedCap移动物联网终端应用场景

3GPP为RedCap定义的典型应用场景包括工业无线传感器、视频监控和可穿戴设备，其性能要求和发展趋势分析如下：

（1）工业传感器：目前广泛应用的工业传感器终端普遍基于有线网络进行数据传输，其对网络速率带宽要求较低，但对网络时延和可靠性要求较高,此外，工业传感器在不同场景中对尺寸、成本、功耗也有较高的要求。该类终端速率要求小于2Mbit/s；可靠性要求为99.99%；端到端时延要求小于100ms，部分安全传感器要求时延为5-10ms；电池续航要求需达到几年；固定位置装置使用。随着5G RedCap在工业传感器终端的应用，预估5G RedCap工业传感器终端的市场空间将在20万/年，并将逐步增长到百万级/年，将助力工业数字化转型，提升工业生产的灵活性、高效性和经济性，为行业带来巨大价值。

（2）视频监控：视频监控在智慧城市、公共安全、生产运营等方面发挥着重要作用，目前市场规模已突破亿级。5G IPC（IP Camera，网络摄像头）将可以更高效地进行音画数据的采集、分析和处理，为各类监控场景提供更加灵活便捷的接入手段。视频监控终端接入数量多、并发大，对网络通信的要求主要以上行传输为主，业务时延要求小于500ms；通信可靠性要求在99%-99.9%；低分辨率视频监控的速率要求为2-4Mbit/s，高分辨率视频监控的速率要求为为7.5-25Mbit/s。5G RedCap在视频监控中的应用，将降低5G IPC终端约30%的成本，提升市场竞争力。

（3）可穿戴设备：可穿戴终端的主要类型包括智能手环、智能手表、智能眼镜、人体/健康监测设备等，通过传感、识别、通信技术和算法等，与人体和其他终端进行交互。作为目前移动终端行业的热点，可穿戴设备目前市场规模不断增长，年市场增长率约30%，市场空间非常可观。可穿戴设备的主要功能为数据传输、音视频通话、定位等，对于网络带宽和时延要球与手机类似。区别于手机的是，小巧轻便是可穿戴设备的主要卖点，因此对于尺寸的要求非常严格；通过电池供电，续航能力需要满足约1-2周；对网络速率的要求下行速率约为5-50Mbit/s，上行速率约为2-5Mbit/s；对于网络广覆盖有较高要求。5G RedCap相较于传统5G模组具备尺寸、功耗的优势，可满足可穿戴设备高集成度、长续航、小尺寸的需求，将推动可穿戴终端达到与手机媲美的市场规模。

四、5G RedCap物联网终端发展趋势

通过对上述应用场景的分析可以看出，目前5G RedCap物联网终端产业发展的需求主要集中在两个方向，一是移动化，即通过移动网络替代有线网络，实现高度灵活、方便接入，虽然目前的4G网络可以基本满足应用场景需求，但仍需考虑未来技术演进和场景需求迭代，5G RedCap将成为后续物联网终端应用的主流网络技术；二是低成本化，即有5G网络应用的需求情况下，通过RedCap解决5G高成本、高功耗等问题，通过有效控制终端成本、尺寸、能耗，从而实现终端规模化发展。而5G RedCap满足各类移动物联网终端在移动接入、尺寸减小、能耗减少、成本降低等方面的需求的同时，RedCap还可以在各类应用场景下与网络切片、5G LAN、高精度授时等5G增强功能相结合，使得5G移动终端乘着5G RedCap东风在数字化进程中实现高速发展。

参考文献：

[1]魏鸿斌,徐舒.5G NR RedCap技术简述及应用前景[J].数据通信,2022,No.210(05):50-51+54.

[2]McGrath D .RedCap:5G时代的新蜂窝物联网技术[J].世界电子元器件,2023(03):4-7.

[3]王璐璐,曹亘,韩潇等.5G RedCap关键技术研究[J].邮电设计技术,2023,No.565(03):10-14.

[4]宋丹.R17 RedCap完善5G终端中速物联网场景支持能力[J].通信世界,2022,No.898(12):9.DOI:10.13571/j.cnki.cww.2022.12.016.