RedCap是什么意思?
RedCap全称是Reduced Capability, 是5G演进的标志性技术,通过终端轻量化设计大幅降低5G终端成本, 提供高速率大连接能力, 填补5G技术在中高速物联网应用中的空白。
RedCap是3GPP标准化组织定义的一种5G技术，属于新技术标准NR light（NR lite）。RedCap就是轻量级的5G，也可以理解是5G降速版。给物联网设备用的5G设备，不需要那么快的速度，于是就削弱一些现网5G的性能指标，然后降低成本。在这种诉求之下，RedCap应运而生。2022年6月，3GPP Rel-17冻结，意味着5G RedCap标准第一版正式确立。
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。
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。
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为什么推RedCap? RedCap与5G 有何不同？
5G RedCap就反其道而行之。频宽和4G保持一致，20MHzMIMO不是4个，根据需要配置，可以是2个，也可以是1个调制数根据需要降低要求，于是对于信号质量和强度要求就没那么高这样的话，无论是频宽还是MIMO的天线，以及QAM对于调制解调的压力都会有很大程度的降低。最后反馈到很多的物联网设备上，成本也就相应降低了。
根据最新3GPP Release17协议标准，5G RedCap在降低设备复杂度、降低成本方面主要有以下几个功能特点：
最大带宽更窄
下行接收分支数更少
最大MIMO层数更少
调制阶数更低
双工方式支持半双工
功耗更低
RedCap设备与传统Release 15 NR设备的支持能力的对比：
带宽的减少、上下行MIMO层数的减小以及最大下行链路调制阶数的减小都有助于降低基带复杂度。减少TX/RX上下行天线数量，并允许在FDD频段支持HD-FDD半双工工作模式，有助于降低天线和前端射频器件的成本。
下面将详细地描述这些减少的功能特性：
支持带宽 - 传统5G设备需要在FR1频率范围内最大支持100MHz信号带宽，在FR2频段内最大支持200MHz 信号带宽。而对于RedCap，最大支持信号带宽分别减少到20MHz和100MHz。带宽减小降低了系统复杂度，然而这种带宽的减少并不影响5G RedCap对于网络的接入，也最大限度地减少了对网络和设备部署的影响。
最小接收分支数 - 接收分支数可以理解成接收天线数量。通过减少接收分支的数量，可以减少接收天线的数量，节约成本。
接收天线的最小个数要求与频段有关 - 在FR1频段，对于传统NR设备需要配置至少2个或4个接收天线，RedCap设备只需要配置1个或2个接收天线。在FR2频段，对于传统NR设备需要配置至少2个接收天线，RedCap设备只需要配置1个接收天线。
最大下行MIMO层数 - RedCap设备支持的下行MIMO层数是和天线数量相关的，最大能够支持的下行MIMO层数等于天线数量。接收天线数量的减小相应也降低了最大下行MIMO层数的能力，带来了基带信号处理复杂度的降低。最大调制阶数：在FR1频段，传统NR设备需要支持下行256QAM。对于RedCap设备，当前要求最大支持64QAM调制方式。
双工方式 - 5G RedCap对于TDD频段要求还是一样的，主要在FDD频段要求有所放松。在FDD频段，传统NR设备需要支持FDD频段内的全双工（Full duplex FDD，FD-FDD）工作模式，前端需要采用双工器（Duplexer）来实现收发同时工作。对于RedCap设备，FD-FDD的支持是可选的，可以采用半双工（Half duplex FDD，HD-FDD）的工作方式，这样射频前端就省去了双工滤波器的需要，可以采用开关进行收发的切换。
功耗 - Rel-17在RRC控制，空闲和非活动模式中增加了对功耗优化的增强技术，这一点在5G RecCap中同样也有体现，例如在低移动设备中放宽监控机制，采用增强型非连续接收（eDRX），减少寻呼（Paging）周期，达到降低终端功耗的目的。根据以上5G RedCap “减能力”的研究，相比传统5G设备而言，5G RedCap预计可以使5G模组成本降低60%~70%，设备复杂度的降低大幅度带来了成本的节约。
到底什么是RedCap呢？
RedCap引入了如增强的非连续接收特性，采用更长的休眠模式等节省功耗的手段，让终端减小功耗，获得更高的续航能力。RedCap所需的频谱带宽小于传统5G的100MHz，在Sub 6GHz频段，RedCap带宽为20MHz。RedCap减少了收发天线的数量，并且降低了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器和基带处理模块的能力要求。RedCap采用了64QAM调制方式，相对更加简单，同样意味着可大幅降低射频和基带的要求；采用半双工FDD（HD-FDD），可以在不同时间和不同频率上进行收发，而不需要双工器。
单工是指数据传输只支持数据在一个方向上传输
双工指二台通讯设备之间，允许有双向的资料传输。通常有两种双工模式。一种叫半双工，另一种叫全双工
Rel-17是续Rel-15和Rel-16后的第三个5G标准，此后还有5G演进的第二阶段Rel-18、Rel-19、Rel-20标准。
Rel-17标准的制定非常特别，因为它是在疫情大流行期间通过虚拟会议完成的。Rel-17的一个重要目标是提高效率并为现有的 eMBB 用例添加增强功能，特别是在像频谱扩展，在FR2中增加了新的毫米波频率范围，现在最高可达 71GHz MIMO和通过在下行链路中添加 1024 QAM 来提高频谱效率。在节能和扩大 UL 覆盖范围方面也有很多改进，这不仅被认为可以改进常规 eMBB设备，而且还适用于全新的更轻的 NR、RedCap模式，允许在要求较低的设备中支持5G，启用以前无法实现的新用例，打开通往新垂直领域的大门。在新的垂直领域，另一个重要的改进是通过非地面网络或 NTN标准化对卫星到终端连接的支持。
首先是RedCap，RedCap的使用可与其他降低能力的技术相媲美，例如Cat-1等较低的LTE，其主要目的是为不需要很快数据速率且成本更低、覆盖范围和功率效率更高的设备提供连接服务。监控摄像头、工业传感器和可穿戴设备等场景非常适合智能物联网设备，考虑到这一点，RedCap是一种简单的 NR 设备，它具有有限的BW和有限数量的接收器链，可以将无线电连接成本降低大约65%。RedCap 已针对 FR1 和 FR2 进行了标准化，这将有助于提供更好的覆盖范围。
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为什么会有RedCap? 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是是什么意思？
eMBB全称是增强型移动宽带，是4G时代MBB（移动宽带 Mobile Broadband）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是是什么意思？
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。
URLLC是什么意思？
Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC) 全称是低时延高可靠通信。它是一种新型的通信技术，旨在提供极高的可靠性和极低的通信延迟。这项技术的关注点之一是满足一些关键应用领域的需求，如工业自动化、智能交通系统和远程医疗等。在这些领域中，通信系统需要能够实时传输大量的数据，并对数据传输的延迟和可靠性有极高的要求。
URLLC 的特点
URLLC 的主要特点之一是其极低的通信延迟。通信延迟是指从数据发送方发送数据到接收方接收到数据之间的时间问隔。在一些关键应用领域，如工业自动化和智能交通系统中，延迟对系统的稳定性和安全性至关重要。因此，URLLG 的目标是将通信延迟降低到毫秒级别，以满足实时性要求。
另一个重要的特点是 URLLC 的高可靠性。在某些关键应用场景下，如远程医疗和智能交通系统，通信系统的可靠性是至关重要的。这意味着数据传输必须非常可靠，任何数据的丢失或错误都可能导致严重后果。URLLC 采用了一系列的技术手段，如信道编码和重传机制，来提高通信的可靠性，以确保数据的安全传输。
为了实现这些特性，URLLC 采用了一些创新的技术和协议。其中之一是使用更高的频率范围，如毫米波频段，来增加通信带宽和容量。此外，RLLC 还利用了网络切片技术，将网络资源划分为不同的切片，并为不同的应用场景分配不同的切片资源，以满足其特定的要求。
未来5G应用将涵盖三大类场景中，eMBB场景是指在现有移动宽带业务场景的基础上，对于用户体验等性能的进一步提升，主要还是追求人与人之间极致的通信体验。mMTC和URLLC则是物联网的应用场景，但各自侧重点不同：mMTC主要是人与物之间的信息交互，URLLC主要体现物与物之间的通信需求。
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。
什么是时间敏感网络 TSN？
Time-Sensitive Networking时间敏感网络简称TSN，是IEEE 802.1工作小组中的TSN工作小组发展的系列标准。时间敏感网络（TSN）等应用要求时延极低并且上下行链路速率稳定可靠，而许多物联网（IoT）应用对容量和延迟的要求较低，但对于成本和功耗的要求极为严格。
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）：
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。
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。
是德科技与为Rel-17增强功能提供支持，包括RedCap网络仿真解决方案。
Keysight RedCap网络仿真解决方案组合涵盖非信令和不同领域的信令测试，包括协议、射频、功能验证、和实际条件下的性能测试。
第二项在Rel-17需要关注的技术是NTN（非地面网络），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。
是德科技一直致力于开发NR NTN端到端测试台，该测试台能够模拟网关和gNB、信道和 UE，并能够在实验室中建立 NTN NR呼叫，演示延迟和多普勒预补偿的工作原理和实现方式。
物联网设备出货量高速增长。如果 5G NR RedCap 在 5G 网络上运行时能够充分满足物联网应用的覆盖范围、成本和功耗要求，从而使运营商能够通过单一蜂窝无线接入技术 (RAT) 支持所有服务，那么它就能取得成功。
RedCap 是 5G技术的一种变体，由 3GPP Release 17 中的增强功能创建。RedCap 使功能有限的物联网 (IoT) 设备能够通过 5G 网络连接到互联网。这些 RedCap设备比智能手机等传统 5G设备更简单、更便宜、更节能。但是，它们不需要 5G 新无线电 (NR) 标准所实现的全部功能和性能。
5G RedCap 适用于更简单、更低成本的物联网设备，例如传感器和执行器，它们会连续发送小数据包信息，并且需要较长的电池寿命。此类应用并不完全适合 5G NR 标准定义的任何初始用例。Release 17 指定了三种 RedCap 用例：工业无线传感器、健康可穿戴设备和监控设备。
每个 RedCap 用例对最大数据速率、端到端延迟和服务可用性都有自己的要求。RedCap 的早期采用者包括芯片组制造商和适用于可穿戴设备、传感器和监控用例的物联网产品制造商。
与智能手机等传统 5G用户设备相比，5G RedCap 设备使用更少的天线并支持更低的带宽。更少的天线和多输入/多输出 (MIMO) 层降低了设备成本。更低的带宽降低了功率放大器成本。
RedCap 提供了其他增强功能，进一步降低了 RedCap 设备的成本。例如，RedCap 支持半双工频分双工 (FDD)，这是一种可以显著影响设备成本的传输模式。半双工 FDD 可防止设备同时在不同频率上发送和接收数据。因此，RedCap 设备可以使用交换机代替昂贵的双工器。
更少的天线、更低的带宽和不同的操作模式也有助于降低功耗。RedCap 设备无需连接网络即可传输数据，并且与其他 5G 设备相比，其无线电资源管理要求不那么严格，从而帮助设备节省能源。
由于 RedCap 设备的天线较少且支持较低的带宽，因此它们缺乏传统 5G 设备的全部吞吐量、延迟和频率范围功能。5G RedCap 设备仅支持下行链路的 2x2 MIMO 和上行链路的单输入/单输出，以及 7.125 GHz 以下频率的 20 MHz 带宽和毫米波频率的 100 MHz 带宽。
RedCap 操作的较低带宽需要更改下行链路和上行链路的带宽部分配置。新的信息元素使带宽能够动态适应设备的操作。
5G RedCap 设备需要专门的信令参数和程序。RedCap 设备使用不同的随机接入信道程序来访问网络，这会影响设备兼容性。
5G RedCap 设备也不会在同一组符号中检测下行链路和上行链路的调度信息。因此，它们无法在处于上行链路模式时检查下行链路中的消息，也无法在监控下行链路时在上行链路中发送信息。
首批 5G RedCap 芯片组即将上市，商用 RedCap 设备将于 2025 年和 2026 年进入市场。2026 年之后，商用 RedCap设备的增长将急剧上升。行业和消费者将采用 5G 连接的可穿戴设备进行健康监测和其他应用，采用低成本无线传感器进行工业数据收集和资产跟踪，以及用于智能城市、工厂和其他应用的监控设备。
3GPP RedCap 标准化工作进程（来自5G RedCap 技术白皮书）
5G RedCap设备会是单模吗？
单模5G RedCap设备只可连接5G网络，无法连接到LTE网络。因此至少在前期阶段我们可能会看到RedCap设备会采用双模模式，同时支持LTE和5G RedCap技术。这样即使在没有5G NR覆盖的地区，也可以使用现有的LTE网络连接。5G SA only的进程决定着5G RedCap单模的演进，这一方面我国的5G网络部署走在了前面。
5G RedCap对射频前端器件有何影响？
Rel-17 RedCap有一个很吸引人的功能，就是在FDD频段引入了HD-FDD半双工工作方式，从而减少对双工器件的需求。如果5G RedCap only到来后， HD-FDD可省FDD频段双工器，RedCap设备的成本和尺寸会更有优势。但是正如前面所说，5G RedCap设备至少初期还是会支持LTE/RedCap双模，双工器还是省不了。双工器的移除将降低射频前端插损，这使得5G PA发射更少的功率就能够满足天线口功率要求。同时，5G RedCap仅要求支持上行最大20MHz/16QAM调制方式， PA的设计要求会有放松，成本也会有一定的降低。
5G Redcap的SoC芯片中会集成射频前端吗？
对于RedCap HD-FDD工作方式，省去了双工器，这确实有点像NB-IoT，后者现在已经做到了基带加射频、射频前端高度集成的单芯片方案。对于5G Redcap SoC，基带逻辑尺寸可能和LTE Cat.4差不多，射频部分要比LTE Cat.4要大些，从成本角度考虑，22/28nm将会是较为合适的工艺节点，考虑到性能及芯片面积，12/14nm也是个选择。
从目前看，为满足足够的线性功率输出，射频前端需要独立于SoC芯片。但随着HD-FDD半双工模式引入、频段的精简，不排除在某些对集成度要求高、性能要求低的特定市场出现单芯片解决方案。
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