Omdia：5G RedCap成為物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)增長的關(guān)鍵

首個5G新空口(NR)網(wǎng)絡(luò)于2019年4月推出，自那以后79個國家陸續(xù)推出了202個網(wǎng)絡(luò)。Omdia預(yù)測，到2027年底全球5G連接數(shù)將逼近68億。然而，大多數(shù)連接都集中于智能手機，大規(guī)模5G物聯(lián)網(wǎng)(IoT)尚未實現(xiàn)。

3GPP已經(jīng)定義了5G標準，它們幾乎都聚焦消費者智能手機以及高數(shù)據(jù)吞吐量/低時延用例。許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用并不需要這些特性，并且這些特性會給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計、制造和操作帶來極大的復(fù)雜性。此外，增加的成本將超過潛在的效益，導(dǎo)致大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)無法實現(xiàn)--至少在中端連接能力領(lǐng)域是如此。

3GPP在R17規(guī)范中宣布了5G RedCap標準，旨在滿足對中端5G連接能力的需求。RedCap將實現(xiàn)從4G中端連接選項（LTE Cat-1/1bis和LTE Cat-4）的演進。本報告介紹了5G RedCap在2023年的最新發(fā)展情況，并且探討了該技術(shù)為何將成為物聯(lián)網(wǎng)持續(xù)增長的關(guān)鍵。

(相關(guān)資料圖)

何為5G RedCap？

3GPP在2018年定義了5G規(guī)范，其中包括三大支柱: 增強型移動寬帶(eMBB)、超可靠低時延通信(URLLC)以及大規(guī)模機器類通信(mMTC)。eMBB和URLLC被認為是挑戰(zhàn)技術(shù)進步的極限，旨在展示5G在未來實現(xiàn)的令人難以置信的高吞吐量和低時延特性。與此同時，mMTC采用低功率廣域(LPWA)連接技術(shù)，被用來以低成本連接大量設(shè)備。

雖然這些新技術(shù)在功能上取得了進步，但近年來很明顯的一點是許多物聯(lián)網(wǎng)用例不需要eMBB和URLLC提供的高速度或低時延。但是，它們需要比mMTC更好的功能。因此，3GPP推出了輕量化版本5G RedCap來滿足需要中端連接能力的用例。

3GPP R17在2022年推出的 5G RedCap包含以下主要特性:

?降低設(shè)備復(fù)雜性，從而降低設(shè)備成本

-在Sub-7GHz頻段的最大帶寬為20 MHz，在毫米波頻段的最大帶寬為100MHz—采用單載波，因此不支持載波聚合或雙連接

-在Sub-7GHz頻段使用單個接收器

-降低對設(shè)備內(nèi)存的要求

?降低功耗

-增強型低功耗模式，支持擴展的增強型非連續(xù)接收(eDRX)以及更低的發(fā)射功率

-放寬無線電資源管理措施

? 數(shù)據(jù)傳輸速率至少不低于LTECat-1標準

-下行速率為150Mbps，上行速率為50Mbps

-工業(yè)傳感器的時延目標為100毫秒，視頻監(jiān)控為500毫秒（最低要求）--不過 5G RedCap可以實現(xiàn)更低的時延

-一根發(fā)射天線和至少一根接收天線（最多可選擇兩根）

我們在下面列出了5G RedCap在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)中的一些潛在用例，但所有的中速物聯(lián)網(wǎng)用例都可以使用5G RedCap:

? 傳感器：壓力傳感器、濕度傳感器、溫度感測器、運動傳感器、加速度傳感器和致動器

? 工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

? 監(jiān)控攝像頭: 智慧城市、工廠以及其它工業(yè)場所

? 可穿戴設(shè)備：智能手表、戒指、電子健康設(shè)備和醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備

? 智能電網(wǎng)

? 銷售點終端系統(tǒng)(POS)

? 智能儀表

? 遠程信息處理

? 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）：增強現(xiàn)實頭盔、自動導(dǎo)引車和機器人控制

定于2024年一季度發(fā)布的3GPP R18將包含額外的功能。具體來說，R18將著眼于性能介于3GPP R17 RedCap和現(xiàn)有LPWA設(shè)備(如LTE-M和 NB-IoT)之間的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。需要注意的是，該類別不應(yīng)與LPWA重疊，因為LPWA保有更好的功耗和覆蓋范圍指標。

被納入考慮范圍的新特性/功能包括：

? 與R17規(guī)定的數(shù)據(jù)速率相比擁有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率

? 定位：基于位置的服務(wù)應(yīng)用(如資產(chǎn)跟蹤)

? 設(shè)備對設(shè)備協(xié)議(側(cè)行鏈路):設(shè)備(如可穿戴設(shè)備)可以直接與附近的智能手機或聯(lián)網(wǎng)車輛通信

? 支持使用非授權(quán)頻譜

? 進一步降低5G RedCap用戶設(shè)備的復(fù)雜性與成本

同樣值得注意的是，預(yù)計R18中的5G RedCap設(shè)備類型類似于LTE Cat-1和Cat-1bis，將具有10Mbps的數(shù)據(jù)速率(下行鏈路)能力。這種能力使得RedCap非常適合成為這些LTE類別的長期延續(xù)。

Omdia分析

4G中端連接能力技術(shù)(LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4)構(gòu)成模塊出貨量的主體

圖1顯示了出貨的物聯(lián)網(wǎng)模塊中LTE Cat-1、Cat-3或Cat-4模塊相較于其它模塊(包括所有的2G、3G以及剩余的4G和5G模塊)的比例。中速4G LTE標準(Cat-1、 Cat-3和Cat-4)是全球最受歡迎、最為廣泛使用的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)標準，占到2023年模塊出貨量的50.3%。

1. Figure 1: Over half of modules (50.3%) shipped in 2023 are either LTE Cat-1, Cat-3, or Cat-4

與低速LTE類別相比，4G LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4標準提供了優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸速率與時延；與高速LTE類別相比，其硬件價格更具競爭力、復(fù)雜性更低。相比之下，5G標準目前還沒有與4G標準中的LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4相對應(yīng)的中速應(yīng)用；5G標準只提出了eMBB、URLLC和mMTC這三個極端場景。

4G中端連接技術(shù)沒有演進

目前，LTE Cat-1、LTE Cat-1bis、LTE Cat-3和LTE Cat-4等4G中端連接技術(shù)還沒有演進。如本報告的序言所述，eMBB和URLLC等高性能技術(shù)將成為更高等級的LTE技術(shù)（介于LTE Cat-6和Cat-24之間）的延續(xù)。2G和3G等較低級別的技術(shù)將在未來幾年切換為mMTC (NB-IoT或LTE-M)網(wǎng)絡(luò)，特別是在許多2G和3G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)關(guān)閉的情況下。因此，確保目前使用4G技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備/用例的使用期限尤其需要5G中端連接技術(shù)。至少從長遠來看，如果沒有對應(yīng)的5G中端連接技術(shù)，目前使用LTE技術(shù)的設(shè)備將會面臨網(wǎng)絡(luò)衰落的風(fēng)險。在經(jīng)歷從2G/3G切換到NB-IoT/LTE-M的復(fù)雜歷程后，沒有人希望看到這種情況再次發(fā)生。

從邏輯上講，由于設(shè)計標準非常相似且可以用于相同的用例，RedCap將成為LTE Cat-1/1bis和LTE Cat-4的演進技術(shù)。請考慮以下示例:

高通公司的QCX216 LTE Cat-1bis芯片于2022年12月推出；根據(jù)產(chǎn)品介紹，該產(chǎn)品專為智能水電表、跟蹤器、電子計量和智慧城市等用例而設(shè)計。UNISOC是LTE Cat-1bis領(lǐng)域的最大參與者，其8910DM模塊已經(jīng)被部署在支付系統(tǒng)(POS)、智能電表和工業(yè)控制系統(tǒng)中。與LTE Cat-1的用例相比，這些用例在尺寸上受到的限制要略微多一些-- LTE Cat-1需要兩根天線，而LTE Cat-1bis只需要一根天線。

自2008年3GPP R8發(fā)布LTE Cat-1以來,該技術(shù)一直發(fā)展得很好。它已經(jīng)被部署在工業(yè)自動化、遠程信息處理、視頻監(jiān)控、數(shù)字標牌和支付系統(tǒng)中(沒有受到太大的尺寸限制)。

對中速連接技術(shù)而言，電動汽車(EV)充電站是一個快速發(fā)展的用例。近年來，電動汽車得到了政府的大力支持，比如美國出臺了《基礎(chǔ)設(shè)施法案》，將在2030年前建設(shè)50萬個充電站。英國也有類似的舉措，要求所有新建的住宅、工作場所和購物中心都要安裝電動汽車充電站。這些設(shè)備將產(chǎn)生對司機和充電站運營商有用的數(shù)據(jù)，比如基于使用情況的分析、電池狀況數(shù)據(jù)以及計費信息。它們將需要能夠處理足夠數(shù)據(jù)吞吐量、安裝和操作成本足夠便宜的連接技術(shù); 因此，中端連接技術(shù)最適合這些設(shè)備。

這些都是5G RedCap將要支持的用例，從而確保這些設(shè)備在4G關(guān)閉之后(預(yù)計許多將在2030 - 2040年之間關(guān)閉)能夠連接到下一代電信網(wǎng)絡(luò)。

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