5G青春版科普RedCap到底是什么

　　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 StudyItem（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。