5GR17中的RedCap是什么技術？

幾天前，3GPP宣布5G R17標準凍結。在R17版本中，RedCap這個“小紅帽”尤為顯眼，被譽為5G物聯網不可或缺的一塊大蛋糕。WA1ednc

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那究竟什么是RedCap？下面來聊一聊。WA1ednc

為什么要定義RedCap？WA1ednc

我們先來看看可穿戴設備（包括可穿戴手表、AR/VR眼鏡等）、工業無線傳感器、監控攝像頭這三類終端對網絡能力的需求：WA1ednc

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眾所周知，5G eMBB支持載波帶寬100MHz以上，峰值速率可達10Gbps；uRLLC支持毫秒級時延和超高可靠性；而mMTC由4G時代的NB-IoT和eMTC演進而來，主要支持帶寬小于1.4MHz、速率低于1Mbps的低速率、低成本、低功耗的物聯網連接。WA1ednc

但從上表不難發現，可穿戴設備、工業無線傳感器、視頻監控等用例的網絡能力需求介于eMBB、uRLLC和mMTC能力之間。WA1ednc

因此，為了匹配對速率、設備成本和電池壽命等要求介于eMBB、uRLLC和mMTC之間的這些用例，3GPP在R17版本中定義了對RedCap NR設備的支持。WA1ednc

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從技術演進的角度看，一方面，4G有成本更低的LTE Cat-1、Cat-3、Cat4中速率物聯標準，但沒有面向5G NR的平滑升級路徑；另一方面，5G還沒有與4G相對應的中速率物聯標準，現有支持5G eMBB的模塊價格較高，因此，為擴大5G時代的物聯網市場，行業亟需定義更簡化、成本更低的5G中速率物聯標準。WA1ednc

RedCap不僅功能更簡化、成本更低，更重要的是，相比4G LTE中速率物聯網方案，其原生于5G，天然具有5G NR的優勢，比如支持包括毫米波在內的非常廣泛的頻段、網絡效率更高、支持波束賦形、可連接到5G核心網等，還可以在NR載波上與NR eMBB和uRLLC共存，因此，RedCap有望替代4G中速率物聯，支撐更龐大的物聯市場。WA1ednc

在R17版本，RedCap主要支持用例如下：WA1ednc

• 工業傳感器：壓力傳感器、濕度傳感器、溫度計、運動傳感器、加速度計和執行器等WA1ednc

• 監控攝像頭：應用于智慧城市、工廠和其他工業場所WA1ednc

• 可穿戴設備：智能手表、電子健康相關設備、醫療監控設備、AR/VR眼鏡等WA1ednc

在R18版本中，RedCap還將進一步降低終端復雜度，支持更廣泛的速率，以及可能增加支持定位、sidelink協議、非授權頻譜等能力，以支撐更多用例。WA1ednc

裁剪了哪些能力？WA1ednc

RedCap，全稱Reduced Capability NR，直譯過來就是縮減NR能力的意思。在標準研究過程中也有廠商叫它NR-Light或NR-lite，后來3GPP正式將它命名為RedCap。WA1ednc

RedCap到底裁剪了哪些能力？WA1ednc

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如上表，在R17中RedCap主要裁剪了以下功能，從而將終端復雜度和成本下降50%至65%。WA1ednc

• 最大帶寬從NR的100MHz縮減為20MHzWA1ednc

• 最小天線配置從NR的2T4R減少到1T1R或1T2RWA1ednc

• 最小下行MIMO層數減少至1WA1ednc

• 最大調制階數最低可支持64QAMWA1ednc

• 引入了半雙工模式WA1ednc

通過最大化功能剪裁后，RedCap在FR1頻段范圍內可支持約20Mbps-100Mbps范圍的上下行理論峰值速率，足以滿足大多數的中速物聯需求。WA1ednc

當然，為了實現更高的峰值速率，RedCap終端設備也可以不用裁剪得這么狠，也可以選擇更高級的功能，比如支持2個接收天線、2個下行MIMO層、256QAM、全雙工FDD等。WA1ednc

通過剪裁，在數據速率方面，RedCap與LTE Cat-4終端能力接近。WA1ednc

除了剪裁了以上列出的物理層功能，RedCap也對一些更高層的功能進行了剪裁，比如規定DRB的最大數量從16個減少至8個，將PDCP SN和RLC-AM SN長度從18比特減少至12比特，可選支持ANR功能等。WA1ednc

有哪些關鍵技術？WA1ednc

除了功能裁剪，需重點提及的是，為了降低終端設備功耗，RedCap在R17中引入了兩大可延長電池壽命的節能技術：eDRX和RRM測量放松。WA1ednc

eDRXWA1ednc

一方面，終端與網絡之間的數據流通常是間隙性的或突發性的；另一方面，如果終端一直監聽網絡尋呼，耗電很大?；诖?，為了讓終端更省電，5G R15版本中為NR引入了DRX（不連續接收）機制，其在RRC_IDLE（空閑態）和RRC_INACTIVE（非激活態）狀態下，讓終端周期性地監聽PDCCH信道以接收尋呼消息，剩余時間則進入休眠狀態（關閉接收器），不用監聽尋呼，從而可以大大降低功耗。WA1ednc

在NR中，RRC_IDLE和RRC_INACTIVE狀態下的DRX周期最大為2.56秒。WA1ednc

而RedCap引入eDRX機制，顧名思義就是擴展的DRX機制，其將RRC_IDLE狀態下的DRX周期擴展到長達10485.76秒（即大約3小時），將RRC_INACTIVE狀態下的DRX周期擴展到10.24秒，從而終端休眠時間更長，更加節省功耗，更能延長電池壽命。WA1ednc

值得一提的是，使用DRX機制時，需在終端功耗與時延之間權衡，即DRX周期越長，下行時延可能就越大。由于RedCap在時延和可靠性上沒有eMBB/uRLLC用例要求嚴苛，這為RedCap采用eDRX機制提供了可能。WA1ednc

RRM測量放松 WA1ednc

終端在RRC-IDLE和RRC_INACTIVE狀態下，會頻繁執行RRM（無線資源管理）測量，以確保終端駐留在最佳的可用小區。RRM測量主要測量服務小區和相鄰小區的RSRP和RSRQ值。RRM測量盡管可以確保終端能獲得最佳的連接質量，但會導致即使終端與網絡之間沒有數據傳輸時也會耗費電池電量。WA1ednc

對此，在R16版本中，針對低速移動和非小區邊緣場景定義了RRM測量放松機制，當滿足低速率條件一定時間或同時滿足低速率和非小區邊緣條件時，允許設備放寬相鄰小區測量，比如通過加大RRM測量周期來降低鄰區測量次數和小區測量數，從而減少終端耗電。而在R17版本中，針對RedCap終端進一步延長了放寬時間。WA1ednc

此外，如上所述，由于RedCap原生于5G，天然具有5G NR的優勢，RedCap還能與5G切片、UPF下沉、uRLLC能力、覆蓋增強、5G LAN、5G定位、終端節能等技術相結合，靈活匹配多樣化的中速率物聯網應用，從而更好賦能各行各業。WA1ednc

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