什么是RedCap？5G R17中的RedCap是什么技術(shù)？

原文標(biāo)題：5G R17中的RedCap是什么技術(shù)？

幾天前，3GPP宣布5G R17標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)。在R17版本中，RedCap這個(gè)“小紅帽”尤為顯眼，被譽(yù)為5G物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的一塊大蛋糕。

那究竟什么是RedCap？下面來(lái)聊一聊。

一、什么是RedCap？什么要定義RedCap？

我們先來(lái)看看可穿戴設(shè)備（包括可穿戴手表、AR/VR眼鏡等）、工業(yè)無(wú)線傳感器、監(jiān)控?cái)z像頭這三類終端對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的需求：

眾所周知，5G eMBB支持載波帶寬100MHz以上，峰值速率可達(dá)10Gbps；uRLLC支持毫秒級(jí)時(shí)延和超高可靠性；而mMTC由4G時(shí)代的NB-IoT和eMTC演進(jìn)而來(lái)，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(lián)網(wǎng)連接。

但從上表不難發(fā)現(xiàn)，可穿戴設(shè)備、工業(yè)無(wú)線傳感器、視頻監(jiān)控等用例的網(wǎng)絡(luò)能力需求介于eMBB、uRLLC和mMTC能力之間。

因此，為了匹配對(duì)速率、設(shè)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(duì)RedCap NR設(shè)備的支持。

從技術(shù)演進(jìn)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(lián)標(biāo)準(zhǔn)，但沒(méi)有面向5G NR的平滑升級(jí)路徑；另一方面，5G還沒(méi)有與4G相對(duì)應(yīng)的中速率物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有支持5G eMBB的模塊價(jià)格較高，因此，為擴(kuò)大5G時(shí)代的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，行業(yè)亟需定義更簡(jiǎn)化、成本更低的5G中速率物聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。

RedCap不僅功能更簡(jiǎn)化、成本更低，更重要的是，相比4G LTE中速率物聯(lián)網(wǎng)方案，其原生于5G，天然具有5G NR的優(yōu)勢(shì)，比如支持包括毫米波在內(nèi)的非常廣泛的頻段、網(wǎng)絡(luò)效率更高、支持波束賦形、可連接到5G核心網(wǎng)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(lián)，支撐更龐大的物聯(lián)市場(chǎng)。

在R17版本，RedCap主要支持用例如下：

• 工業(yè)傳感器：壓力傳感器、濕度傳感器、溫度計(jì)、運(yùn)動(dòng)傳感器、加速度計(jì)和執(zhí)行器等

• 監(jiān)控?cái)z像頭：應(yīng)用于智慧城市、工廠和其他工業(yè)場(chǎng)所

• 可穿戴設(shè)備：智能手表、電子健康相關(guān)設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備、AR/VR眼鏡等

在R18版本中，RedCap還將進(jìn)一步降低終端復(fù)雜度，支持更廣泛的速率，以及可能增加支持定位、sidelink協(xié)議、非授權(quán)頻譜等能力，以支撐更多用例。

二、RedCap裁剪了哪些能力？

RedCap，全稱Reduced Capability NR，直譯過(guò)來(lái)就是縮減NR能力的意思。在標(biāo)準(zhǔn)研究過(guò)程中也有廠商叫它NR-Light或NR-lite，后來(lái)3GPP正式將它命名為RedCap。

RedCap到底裁剪了哪些能力？

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

• 最大帶寬從NR的100MHz縮減為20MHz

• 最小天線配置從NR的2T4R減少到1T1R或1T2R

• 最小下行MIMO層數(shù)減少至1

• 最大調(diào)制階數(shù)最低可支持64QAM

• 引入了半雙工模式

通過(guò)最大化功能剪裁后，RedCap在FR1頻段范圍內(nèi)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(shù)的中速物聯(lián)需求。

當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)更高的峰值速率，RedCap終端設(shè)備也可以不用裁剪得這么狠，也可以選擇更高級(jí)的功能，比如支持2個(gè)接收天線、2個(gè)下行MIMO層、256QAM、全雙工FDD等。

通過(guò)剪裁，在數(shù)據(jù)速率方面，RedCap與LTE Cat-4終端能力接近。

除了剪裁了以上列出的物理層功能，RedCap也對(duì)一些更高層的功能進(jìn)行了剪裁，比如規(guī)定DRB的最大數(shù)量從16個(gè)減少至8個(gè)，將PDCP SN和RLC-AM SN長(zhǎng)度從18比特減少至12比特，可選支持ANR功能等。

三、RedCap有哪些關(guān)鍵技術(shù)？

除了功能裁剪，需重點(diǎn)提及的是，為了降低終端設(shè)備功耗，RedCap在R17中引入了兩大可延長(zhǎng)電池壽命的節(jié)能技術(shù)：eDRX和RRM測(cè)量放松。

eDRX

一方面，終端與網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)流通常是間隙性的或突發(fā)性的；另一方面，如果終端一直監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)尋呼，耗電很大。基于此，為了讓終端更省電，5G R15版本中為NR引入了DRX（不連續(xù)接收）機(jī)制，其在RRC_IDLE（空閑態(tài)）和RRC_INACTIVE（非激活態(tài)）狀態(tài)下，讓終端周期性地監(jiān)聽(tīng)PDCCH信道以接收尋呼消息，剩余時(shí)間則進(jìn)入休眠狀態(tài)（關(guān)閉接收器），不用監(jiān)聽(tīng)尋呼，從而可以大大降低功耗。

在NR中，RRC_IDLE和RRC_INACTIVE狀態(tài)下的DRX周期最大為2.56秒。

而RedCap引入eDRX機(jī)制，顧名思義就是擴(kuò)展的DRX機(jī)制，其將RRC_IDLE狀態(tài)下的DRX周期擴(kuò)展到長(zhǎng)達(dá)10485.76秒（即大約3小時(shí)），將RRC_INACTIVE狀態(tài)下的DRX周期擴(kuò)展到10.24秒，從而終端休眠時(shí)間更長(zhǎng)，更加節(jié)省功耗，更能延長(zhǎng)電池壽命。

值得一提的是，使用DRX機(jī)制時(shí)，需在終端功耗與時(shí)延之間權(quán)衡，即DRX周期越長(zhǎng)，下行時(shí)延可能就越大。由于RedCap在時(shí)延和可靠性上沒(méi)有eMBB/uRLLC用例要求嚴(yán)苛，這為RedCap采用eDRX機(jī)制提供了可能。

RRM測(cè)量放松 

終端在RRC-IDLE和RRC_INACTIVE狀態(tài)下，會(huì)頻繁執(zhí)行RRM（無(wú)線資源管理）測(cè)量，以確保終端駐留在最佳的可用小區(qū)。RRM測(cè)量主要測(cè)量服務(wù)小區(qū)和相鄰小區(qū)的RSRP和RSRQ值。RRM測(cè)量盡管可以確保終端能獲得最佳的連接質(zhì)量，但會(huì)導(dǎo)致即使終端與網(wǎng)絡(luò)之間沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)也會(huì)耗費(fèi)電池電量。

對(duì)此，在R16版本中，針對(duì)低速移動(dòng)和非小區(qū)邊緣場(chǎng)景定義了RRM測(cè)量放松機(jī)制，當(dāng)滿足低速率條件一定時(shí)間或同時(shí)滿足低速率和非小區(qū)邊緣條件時(shí)，允許設(shè)備放寬相鄰小區(qū)測(cè)量，比如通過(guò)加大RRM測(cè)量周期來(lái)降低鄰區(qū)測(cè)量次數(shù)和小區(qū)測(cè)量數(shù)，從而減少終端耗電。而在R17版本中，針對(duì)RedCap終端進(jìn)一步延長(zhǎng)了放寬時(shí)間。

此外，如上所述，由于RedCap原生于5G，天然具有5G NR的優(yōu)勢(shì)，RedCap還能與5G切片、UPF下沉、uRLLC能力、覆蓋增強(qiáng)、5G LAN、5G定位、終端節(jié)能等技術(shù)相結(jié)合，靈活匹配多樣化的中速率物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，從而更好賦能各行各業(yè)。