年末，国内5g“第一大杀手级应用”迎来爆发
2023-11-30 14:14:05
工信部最新数据显示，目前，中国已建成全球规模最大的5g网络，截止2023年8月，中国5g基站总数达到318.9万个，占据全球60%以上，万人平均基站22.6个，5g终端用户达到7.37亿户，占全球80%。
尤其值得一提的是，2022年8月，整个物联网的连接数已经达到了16.98亿，超过了16.7亿的手机用户数，首次实现“物超人”，标志着蜂窝物联网产业“从量变走向质变”关键时间节点的到来。
但从5g当前的实际应用情况来看，面向海量物联网服务，窄带物联网(nb-iot)和增强型机器类型通信(emtc)终端重点针对lpwa部署带来低功耗和最低复杂度特性；增强型超可靠低时延通信(urllc)终端则能够满足业界最严苛的用例需求，但广泛的中端5g应用需求还仍未得到满足，需要采用中等性能为其提供更高效的支持。
于是，为了应对面向中端物联网用例的一系列优化需求，3gpp在2022年冻结的5g release 17版本中引入了redcap(含义为“精简性能”)终端层级，也称之为5g nr-light。这一全新终端层级能够成本高效地支持150mbps下行速率和50mbps上行速率，大大超出了nb-iot和emtc(cat-m1)的性能，经过一年多的实践探索和来自政府的强力支持，redcap正一跃成为2023年最受关注的5g技术之一。
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何为5g redcap？
redcap类设备是r17新引入的轻量级5g终端，包括工业传感器、监控摄像头、智能电网相关设备、预测性维护、公用事业计量表和高分辨率监控等应用；以及高端可穿戴设备、高端物流跟踪设备、入门级终端(例如平板电脑和智能手机)的宽带接入、无界增强现实(ar)眼镜等。随着redcap终端的普及，更多应用将能够从终端侧ai和网络边缘侧智能中受益，从而扩展智能网联边缘，并进一步推动数据重心从大型区域云和中央云中转移出来。
支持较低的复杂度和功耗是redcap类终端的特点。因此，redcap实施了多种策略来降低5g设备的复杂性、成本和功耗。
降低成本的主要策略之一是在设备中使用更少的天线，也减少了多入多出(mimo)层的最大数量。redcap设备的下行链路仅支持2×2 mimo，而上行链路仅支持单入单出(siso)。
redcap设备支持的带宽也比其他5g终端低。为了高效地支持这些设备，r17将5g nr设计带宽(100mhz)缩窄至sub-7ghz频段的20mhz和毫米波频段的100mhz。在这些频段里，传统5g nr终端通常需要配备4根接收天线，但这一项目将redcap终端的接收天线数缩减至一根或两根，使得成本和功耗都大幅降低。
然而与此同时，redcap却仍继承了5g nr技术urllc、切片、低功耗、5g lan、高精度定位、高精度授时、sul(超级上行)等特性，并且大幅降低了高昂设备的成本——5g redcap首发价格相比目前5g embb模组成本下降50%，未来将快速达到cat.4同等水平。
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redcap，国内5g“第一大杀手级应用”
作为3gpp r17版本中最先商用、最具市场发展的新技术，不少业内人士将redcap视作5g技术在国内的“第一大杀手级应用”。
除了上文谈及的自身优势外，另一大原因也不可忽视。那就是尽管5g技术的初衷是赋能千行百业，但在实地落地过程中，由于不同场景对5g的需求不一样，5g芯片/模组的成本对于普遍的行业使用来说仍然偏高。同时，5g的大带宽、高速率特性对于工业场景来说存在比较大的性能冗余，加之5g研发门槛高、功耗大，使得具备“轻量化”特性的redcap技术得到了更多的青睐。
工信部在9月17日发布的《关于推进5g轻量化(redcap)技术演进和应用创新发展的通知》中，为redcap在我国的发展制定了详实可行的目标，包括“到2025年实现redcap县级以上的覆盖”、“大力扶持redcap技术在工业、能源、物流、车联网、公共安全等重点领域的普及”等，充分体现了国家在redcap推广方面的意愿和决心。
场景应用方面，智能电网是行业公认的redcap起量最快的应用领域，因为电网的核心诉求是高可靠、低延时，而这正好是5g原生的特性。目前，南瑞智芯、山东电力等企业都在大力推广redcap在产业上的落地，尤其是在配电自动化、专电采集终端、集中器方面。网络覆盖后，预计redcap节点渗透率将达到80%，整个5g终端增长幅度为400万台/年。
另一个值得期待的场景来自智能制造，针对的应用主要包括：数采终端、室内定位，包括工业的各种dtu、工业网关、远程操控、物流agv等。统计数据显示，随着redcap的成本降低和网络覆盖的不断铺开，相关产品的出货量将从2023年的60万台增加到2027年的480万台。
此外，随着redcap成本降低和射频器件体积小型化带来的优势，ipc、视频监控和mifi等行业从4g向5g的迁移速度将大为加快，他们对redcap的采用意向变得越来越明确。以4g摄像头为例，目前cat.4/cat.6的上行速率只有50m，很难满足4k及4k以上的视频传输要求。但redcap的上行速率达到了100m以上，会对中高速上行的应用产生价值，其市场规模也有望从现在的200万台增加到千万级，5g的渗透率也会增至15%。
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不是已经有lte cat4 终端了吗？
lte cat-1bis、lte cat-4是目前中端物联网终端实现广域无线连接和移动性的主要方式。但5g redcap的支持者则认为其代表着未来——这类终端支持的带宽基本在20mhz，频率范围可以从传统的sub-3ghz频段拓展至sub-7ghz频段，吞吐峰值速率下行150mbps或者上行50mbps，未来有可能实现更高速率。
我们从下图能够很清楚的看到这一趋势。3gpp release 15是5g nr标准的第一版规范，其支持面向海量物联网的两类终端层级，即支持1.4mhz信道带宽的emtc或cat-m1，以及支持200khz信道带宽的nb-iot。随着3gpp release 16引入增强特性，具有这两类层级能力的终端能够在相同的5g nr信道中与其它5g终端共存。3gpp release 16还面向eurllc引入了另一类5g终端层级，以满足关键业务型物联网应用的严苛需求，支持毫秒级时延和99.9999%的可靠性。
3gpp release 17中的redcap终端能够在相同5g nr信道中与不同物联网层级的终端和embb终端共存。此外，随着5g nr标准的持续演进，redcap也将在release 18中持续演进，并侧重于在定位方面满足性能需求并带来增强特性。通过5g直连通信接口实现端到端通信或将成为redcap在release 18及未来版本中的另一个演进方向。
也就是说，接下来，r17 redcap、r17 lphap(低功耗高精度定位技术)、r18 embb eredcap和passive iot，将是当下和今后一段时间内最值得关注的四项技术。如果简单做一个类比，r17 redcap其实是5g时代用于替换lte cat.4和cat.6的技术标准，而r18 eredcap则是替换当前主流低速应用——lte cat.1的技术标准。
这意味着，作为全新类别的5g技术，redcap将承担起“填补高速连接移动宽带终端与极低带宽nb-iot终端之间空白”的重任。
来源：国际电子商情微信公众号
