作者：
u－blox产品规划和营销总监sabrina bochen
u－blox企业战略部sylvia lu
在本文中，我们将分析redcap主要应用场景及其特性。此外还会分析5g技术与4g lte cat 1和cat 4的区别，以及您在为设备选择适合当下与未来的蜂窝通信凯发k8官网的解决方案时，需要根据哪些因素来判断5g redcap是否为理想之选。
导言
从中短期来看，4g蜂窝通信网络还不会消失，但如果您的业务涉及到设计依赖于蜂窝连接的设备，那么提前考虑未来趋势是为明智之举。如果您希望自己设计的产品在未来十年间保持良好运营状态，更要结合未来趋势规划筹谋。
5g是蜂窝通信技术发展的下一篇章，这一点毋庸置疑。我们已经见证了5g的广泛使用，消费类智能手机领域在这方面的行动尤为积极，但在物联网中使用5g技术则相对缓慢，特别是其中的几个细分领域。
原因是在最初的5g规范（2018年在3gpp第15版中首次公布）中，并没有充分考虑消费类可穿戴设备、重型工业设备和智能工厂设备等领域的需要。
如果您的业务中恰好涵盖任何此类设备的设计，那么有一个好消息：3gpp第17版公布了《5g new radio （nr） reduced capability》。新版规范通常简称为“5g redcap”或“nr－light”，弥补了5g技术拼图上缺失的一角，让5g成为一种可行选择。
回顾初版5g规范
为明确redcap的必要性，我们需要快速回顾一下初版5g规范。5g nr最初是在2018年6月的3gpp第15版中发布的。该规范定义了三种主要应用场景。
●首先是增强移动宽带（embb）。这已成为5g技术的主要部署动力，着重面向消费类智能手机领域。相较于4g lte，embb提供了更高的数据传输速率和更低的延迟。
●第二个应用场景是超可靠低延迟通信（urllc）。顾名思义，此场景的目标是尽可能降低延迟并充分提高网络可靠性，从而满足对延迟极为敏感的任务关键型应用的需要。随着自动驾驶汽车、工业自动化和机器人的普及，urllc必定会蓬勃发展。
●第三个应用场景是海量机器类型通信（mmtc）。mmtc以物联网为目标，侧重于在传统蜂窝通信技术的基础上尽可能降低功耗、扩大室内覆盖范围。值得注意的是，虽然从技术角度上来讲，lte－m和nb－iot都归入4g lte大类，但这两项技术能够满足itu imt－2020 5g mmtc要求，因此被正式纳入5g mmtc系列。
在这方面，我们还需要注意有关5g nr的几个要点。5g nr专为5g而开发，使用两个频率范围。频率范围1（fr1）面向7．125 ghz以下的频段，频率范围2（fr2）面向24．25 ghz到71．0 ghz之间的频段。24 ghz以上的频率范围也称为毫米波（mmwave）。
问题依然存在
虽然初版5g规范有种种优点，但其中缺少了专为满足中阶的iot和消费级应用量身打造的规范，目前许多此类应用都在使用lte cat1或cat4支持其蜂窝通信。
智能手表与可穿戴设备等消费类产品领域，以及智能工厂应用（如传感器网络、视频监控、工业可穿戴设备）或自主导航车辆等其他领域也存在类似的情形，所有这些领域都需要中等数据传输速率。还有建筑、农业和矿业设备中使用的车联网、远程诊断和车队管理设备，这些领域也需要中等数据传输速率，并且希望能够在未来多年持续保持运行——在有些情况下，甚至在4g网络停用之后仍可能会继续工作。
在这些应用场景中，embb和urllc的规范都可以说是“大材小用”，所以至少从经济效益角度上来讲不够理想。与此同时，lte－m和nb－iot等mmtc凯发k8官网的解决方案无法满足这些中频频段设备的性能要求。
取代lte cat 1和cat 4，进入5g redcap时代
3gpp第17版弥补了这一缺憾：5g nr reduced capability——简称redcap，有时也称为5g nr－light。从功能角度来看，5g redcap处于embb与urllc之间，但高于lte－m和nb－iot，恰到好处地满足了目前使用lte cat 1或cat 4技术的应用的需求。
在第17版中，redcap设备在fr1中必须支持高达20 mhz的频率，在fr2中必须支持高达100 mhz的频率。考虑到成本因素，我们预计大多数redcap设备都会部署到fr1频谱中，大多数设备需要的最大带宽就是20 mhz。在20 mhz带宽下部署时，redcap支持最高达到lte cat 4范围的数据传输速率。根据网络设置和双工操作类型的不同，具体速率可能有所不同。例如，在全双工频分双工（fd－fdd）下，使用20 mhz带宽（考虑接收分集）和256－qam调制模式工作时，下行数据传输速率可达到227mb／s，上行数据传输速率可达到91mb／s。
理论上，fr1和fr2频段范围支持的参数与5g embb设备相同，以便将这一规范推广到全球移动网络运营商。尽管如此，移动运营商最终仍有可能决定在比embb套件更有限的频段集上部署redcap。从功耗的角度而言，redcap增加了非活动和空闲模式下的扩展非连续接收（edrx）周期，并且在静止设备的相邻小区测量方面相对宽松。相较于embb，这有助于降低功耗。redcap还通过其他方式降低设备复杂性，包括减少天线、下行链路多输入多输出（mimo）层、下行链路调制顺序和双工操作。
5g redcap与4g lte cat 1和cat 4的比较
如果所设计的设备需要5g redcap提供的蜂窝连接类型，大多数设计人员最终要都在redcap和4g lte cat 1或cat 4之间做出取舍。
在某些配置中，相较于lte cat 4（峰值下行数据传输速率约为150 mbps），使用redcap可以实现更高的峰值数据传输速率和更低的延迟。redcap还能提供与专用网络中5g核心的内在关联，如果您高度注重网络使用寿命，这一点尤为有益。
另外一个因素是您的产品上市时间。您的设备将在何时发布？需要在哪些地理区域内工作？我们预计，首批5g redcap设备将于2024年问世，最初将投向先采用蜂窝通信技术的一些国家和地区，例如北美的一些国家／地区、中国以及亚太区的其他国家／地区。
客户对于设备的正常使用寿命有怎样的期待？如果设备的预计使用寿命很长，那么采用较新的技术可能更为合理，这样就能确保设备在2030年仍能顺畅连接到移动网络。
redcap革命：3gpp r18版本
3gpp标准预计于2024年初发布第18版，将拓展redcap的支持范围，涵盖额外的应用场景。其中大多是较低级别的物联网设备，其功能介于现有低功耗广域（lpwa）用户设备与第17版标准界定的redcap用户设备之间，例如工业无线传感器网络和智能电网。
第18版redcap的目标是10mb／s左右的峰值数据传输速率。为实现此目标，可针对fr1内的数据通道将用户设备基带的带宽降低到5 mhz，同时将用户设备的射频带宽维持在20 mhz，这也有助于减少设备生态系统的碎片化问题。重点在于，第18版redcap并非意在取代现有lpwa凯发k8官网的解决方案，因为现有方案在室内覆盖范围和功耗方面的表现依然要更好一些。
更多相关资源
如果您目前在凯发k8官网的解决方案中使用lte cat 1或cat 4实现与远程设备之间的数据收发，5g redcap规范的问世应该让您注意到时机已经成熟，您应该开始去探索如何在设计与生态系统中最终取代4g蜂窝通信技术。
虽然4g网络的停用还有待时日，但使用lte cat 1和cat 4的许多设备都有着很长的使用寿命，立即开始筹划未来举措也不失为明智之举。
u－blox 简介
瑞士 u－blox 公司 （six：ubxn） 是为汽车、工业和消费市场提供定位和无线通信技术的领先供应商。其凯发k8官网的解决方案能准确进行人员、车辆和机器的定位，并通过蜂窝网络和短程通信网络实现无线通信。凭借广泛及多样化的芯片、模块和日益扩大的产品支持数据服务生态系统，u－blox 公司在帮助其客户针对物联网快速而成本高效地开发创新凯发k8官网的解决方案方面具有得天独厚的优势。u－blox 公司总部设在瑞士塔尔维尔，目前在欧洲、亚洲和美国都设有办事处。