5G RedCap——简约换市场

3GPP R17，即5G标准的第三个版本-5G RedCap，推出了令人振奋的新功能。RedCap是功能精简的缩略语，可支持许多只需要中等吞吐量和延迟性能的用例(比如物联网)。虽然许多物联网应用对容量和延迟的要求较低，但它们有着更为严格的成本和功耗限制，而以前的5G标准版本没有很好地解决这些问题。RedCap就是用来填补这一空白的。

那么，什么是RedCap呢？

要回答这个问题，就需要回溯过去，因为RedCap的出现是5G演进的结果。5G规范第一个版本为3GPP R15，至今有了长足的发展。第一个版本侧重于满足增强移动宽带(eMBB)用例对高速数据率和容量的需求，规定了一个新的空中接口以支持更大的数据吞吐量，并为低延迟和更高的可靠性应用奠定了基础。

R16版本提高了延时和带宽的性能标准。除了在容量和运营效率方面比R15版本有所提高外，该版本还将5G的范围扩展到了新的垂直领域，包括工业物联网(IIoT)。

然而，还缺少一些东西。许多物联网用例没有高吞吐量和严格的延迟要求，但时间、成本和功耗却是这些应用的重要考虑因素。3GPP最新发布的5G版本用RedCap满足了这些用例的需求。

RedCap提供了对5G规范能力精简了的无线设备的支持。与对应的5G设备相比，这些设备具有更低的复杂度、更低的成本和更低的功耗。3GPP技术报告38.875规范了RedCap设备的三大用例，包括工业传感器、监控设备(对智慧城市和智能工厂至关重要)和健康穿戴设备。这份3GPP技术报告规定了每个用例的最大数据速率、端到端(E2E)延迟和服务可用性以及其他要求，如表1所示。

表1：3GPP TR 38.875中的RedCap用例。

RedCap工作原理

RedCap实施了多种策略来降低5G设备的复杂性、成本和功耗。降低成本的主要策略之一是在设备中使用更少的天线，也减少了多入多出(MIMO)层的最大数量。RedCap设备的下行链路仅支持2×2 MIMO，而上行链路仅支持单入单出(SISO)。

RedCap设备支持的带宽也比其他5G终端低。RedCap设备只支持FR1频段的20MHz带宽和FR2频段的100MHz带宽。较低的带宽可以有效降低功率放大器(PA)的成本。

此外，RedCap可以通过使用半双工FDD (HD-FDD)传输代替全双工FDD(FD-FDD)，来防止设备在不同频率上同时发送和接收数据。由于不需要在支持双向即时通信设备中所需的收发隔离，半双工FDD操作有助于降低成本。这样RedCap设备就可以使用转换开关来代替双工器。

虽然降低成本的策略也能产生一定的节能效果，但RedCap设备采用其他手段来更有效地降低功耗。首先，RedCap减少了设备在物理下行控制信道(PDCCH)中监视的盲解码(BD)和控制信道开销(CCE)的数量，从而节省了用于执行这些任务的能耗。

在设备处于非连接态或空闲态时，RedCap还采用了系统帧号(SFN)技术来增加扩展非连续接收(eDRX)周期，从而大大延长设备的电池寿命。更长的eDRX周期对工业传感器等特定用例是非常有益的。R17还允许RedCap设备在没联网的情况下传输数据。

此外，RedCap还放宽了无线资源管理(RRM)的要求。固定的RedCap设备(以及其他潜在的RedCap设备)可以从中获益，节省能耗并延长电池寿命。

RedCap对设备和网络运行的影响

为降低设备复杂性、成本和功耗而进行的RedCap修改，对设备和网络都有影响。较低的带宽需要修改下行链路和上行链路的部分带宽(BWP)配置。新的信息元素(IE)则允许带宽根据设备采取的行动进行动态适应。

低带宽也会影响设备访问网络所使用的随机接入信道(RACH)程序。网络可以为RedCap设备指定一个BWP，或者减少这些设备连接到网络时所需的BWP大小。

使用半双工操作也会产生问题，因为设备不能同时发送和接收信息。在同一组符号集中，RedCap设备无法同时检测下行链路和上行链路调度信息。另外，这些设备不能在上行链路模式下监测下行链路信息，同理，也无法在监测下行链路的同时发送上行链路控制信息。

为了允许网络支持RedCap设备，在R17版本中，引入的新信令参数和程序要求设备工程师通过检查设备的兼容性来确保连接。5G设备的开发工程师出于调试的目的，还需要用特定的工具检查RedCap参数。

RedCap填补了5G标准中物联网的空白

RedCap是5G领域的新生力量。包含在最新发布的5G规范中的这一令人振奋的功能，为一系列新的用例打开了大门，特别是使用工业传感器、监控设备和健康穿戴设备的物联网应用。由于降低了5G设备的复杂性、成本和功耗，RedCap对设备和网络运行也会有一定的影响。在RedCap设备正式商用化之前，需要进行充分的测试，来确保设备的互通性。

(参考原文：When less is more: Introducing 5G RedCap）

本文为《电子工程专辑》2023年2月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅