5G RedCap來了，但真的能取代Cat.4與Cat.1嗎？

著5G的發展，其與實體經濟融合日益深化，一些現實的問題浮出了水面。其中成本與性能成為最突出的兩個問題：一是，5G終端芯片、模組到終端高昂的成本與5G在垂直行業應用之間的矛盾；二是，很多應用場景的實際需求是速率要求中等、性能要求中等、功耗要求中等，要求高於NB-IoT又低於5G。

在這種情況下，RedCap成為產業界應對這些問題給出的解決方案。

性能折中：RedCap劍指物聯網中高速應用場景

RedCap，全稱Reduced Capability NR。顧名思義，這是降低NR能力的意思，亦即對5G NR進行了功能裁剪。

那麼，究竟裁剪掉了哪些功能？主要包括帶寬、天線能力、最小下行MIMO層數以及最大下行調製階數。

RedCap主要裁剪的物聯網層能力情況

此外，在R17中，RedCap還引入了半雙工模式，可支持TDD和FD-FDD模式，有利於設備的小型化。

通過最大化功能剪裁後，RedCap在FR1頻段範圍內可支持約20Mbps-100Mbps範圍的上下行理論峰值速率。

為了實現更高的峰值速率，RedCap終端設備也可以適當調整性能裁剪程度，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。此外，通過在5G網絡引入獨立初始BWP和非小區定義的同步信號，RedCap充分發揮5G的大帶寬優勢和大系統容量等代際差異，並實現與eMBB終端的高效共存。總的來說，在數據速率方面，RedCap與Cat.4終端能力接近。

當然了，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。RedCap還引入了一些節省功耗的手段，例如增強的非連續接收特性（eDRX），採用更長的休眠模式，讓終端減小功耗，獲得更高的續航能力。

作為Rel-17標準的主要內容之一，RedCap 實現了面向中高速物聯場景的5G網絡服務能力，進一步拓展了5G應用場景與解決方案。其面向智能可穿戴設備、工業無線傳感器和視頻監控等典型應用場景，預計到2030年全球連接數可達到近百億。

RedCap直面當打之年的cat.1和cat.4，成本終成阻礙

隨著5G Rel-17正式凍結，RedCap芯片有望在2023年推出。

經過裁剪之後，不僅RedCap終端複雜度有所下降，基於上述方案，成本也能隨之下降。業界預計，屆時RedCap模組成本相對eMBB能夠大幅降低，價格大概會在200元以內。

目前，市場上Cat.4通信模組的價格在60-80元之間，RedCap規模化商用之後，模組價格或有機會與Cat.4模組價格相媲美。

既然劍指中高速物聯網應用場景，那麼其對手就不止是Cat.4，在Rel-17中旨在替換Cat.4，而在後續的Rel-18中將再定義一個版本，屆時RedCap最大帶寬為5MHz，旨在替換Cat.1。

同樣從成本方面來看，目前Cat.1模組價格已經下降在30-40元之間，隨著未來Cat.1在各垂直行業中的應用，價格依然能得到進一步下探至20元左右。屆時替代Cat.1的RedCap通信模組有望在50元上下，能否順利接棒交接，還要看整個產業鏈生態的良性發展。

也就說，雖然RedCap相對於高性能5G模組成本將實現大幅下降，但與4G模組相比，初期商用的成本依然高出不少。

4G模組成本下降到這一水平，是經歷了多年時間，且達到億級以上的出貨量才實現的。因此，RedCap成本的下降同樣需要經歷時間和出貨量的考驗。由於RedCap面對的是相對低價值的物聯網場景，其應用領域對於成本敏感性也較高，這將在一定程度上限制RedCap行業應用的發展。

與4G較量，5G仍需新突破

4G網絡經過這麼多年的發展，各方面都得到了業界乃至用戶的認可。在與4G的較量中，5G網絡絕不僅僅是靠著更高的傳輸速率、更低的功耗以及更低的延遲更加強版的性能就可以的，而是需要更多的突破。事實上，5G也確實正往更新、更有可能的方向在努力。

以加入定位功能為例，基於以前的蜂窩網絡定位技術，5G R16引入了新的定位參考信號（PRS），採用了DL-TDOA、UL-TDOA、DL-AoD、UL-AOA、E-CID多種定位技術來合力提升定位精度。

同時，由於5G時代超密集網絡增加了參考點的數量和多樣性，Massive MIMO多波束可讓AoA估計更精確，以及更低的網絡時延可提升基於時間測量的精度等，這些優勢可進一步提升5G定位能力。

根據3GPP R16定義，5G定位能力必須滿足以下最低要求：

• 對於80％的終端，水平定位精度優於50米，垂直定位精度優於5米。
• 端到端時延低於30秒。

對於要求嚴苛的商業用例，5G定位能力至少需滿足以下要求：

• 對於80％的終端，水平定位精度優於3米（室內）和10米（室外）。
• 對於80％的終端，垂直定位精度優於3米（室內和室外）。
• 端到端時延小於1秒。

從室內定位的角度來看，5G在室內定位中不僅提供了自身的帶內定位能力，還提供了融合定位能力，通過藍牙、UWB等多種技術和定位終端的信息進行綜合定位，技術間優勢互補，降低綜合定位成本，提高定位精度和魯棒性。

目前，基於位置服務的融合應用業務已初步發展，包括汽車裝配利用5G+藍牙定位滿足其生產定位需求，電力能源利用5G+UWB定位滿足生產需求；在機場室內定位服務中，利用5G+藍牙定位滿足消費者導航以及管理者需求;倉儲物流場景中利用5G+藍牙AOA定位滿足智能化物流管理。

此外，5G與無源物聯網的結合。近日，中國移動攜手華為推出了一個蜂窩物聯eIoT技術，這是一種新型的無源物聯網技術，將5G與UHF RFID進行組合應用。該技術的特點包括：

• 覆蓋提升，站間資源協同與聯合調度優化，集中式收發與分佈式激勵，規避讀寫間的干擾，以提升通信距離。在中國移動的測試中，可以實現室外200m，室內20m的覆蓋。
• 成本與功耗的降低，極簡協議棧與信令設計，降低無源物聯網設備的成本與功耗。
• 支持亞米級定位，與基於蜂窩的5G定位技術相結合提供高精度室內定位。
• 使能局域/廣域組網，端到端網絡架構設計，拓展了蜂窩系統支持無源物聯網能力，實現廣域標籤定位與傳感信息採集。

而這些正好能夠解決目前傳統RFID技術面臨的沒有基礎網絡且工作距離短的問題。

相較於UHF RFID獨立佈設讀寫器，基於5G可大範圍覆蓋的優勢，該種方案擁有更遠的工作距離且能降低用戶部署成本。此外，這種方案下，高精度定位能力依靠5G小基站所採用的ToA或TDoA的算法計算，標籤只是起到一個信號發射器的作用。

eIoT技術的應用意味著，借助5G賦予RFID更多的能力，進一步刺激標籤更快更多地應用。反過來，5G網絡不再只是完成數據傳輸的功能，有了更多的實用價值。

寫在最後

從以往的發展來看，通信技術都是一代代向前更迭，4G終將退出歷史舞台，5G取而代之。雖然，相比Cat.1、Cat.4，即便在實際應用中RedCap的性能不一定更好，成本上也更高，但是這並不會阻擋業界對於新技術的探索，讓5G有更多新的突破。