多年來，蜂窩網(wǎng)絡行業(yè)已經(jīng)推出了多種無線技術，以推動物聯(lián)網(wǎng)設備的連接入網(wǎng)。表1中列出的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術包括LTE Cat M、擴展覆蓋GSM物聯(lián)網(wǎng)（EC-GSM-IoT）和窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）。這些技術的出現(xiàn)都是為了最大限度地降低蜂窩連接的附加成本，讓遠程無線連接的成本效益最大化。

最新推出的強大的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術，有望成為首個能夠充分釋放5G潛能的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術。3GPP R17標準引入了一些增強特性，使得輕量級5G設備或者RedCap設備能夠在5G網(wǎng)絡上運行。

表1 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術對比

顧名思義，5G RedCap設備通過5G網(wǎng)絡接入互聯(lián)網(wǎng)，但是它們并不像智能手機等傳統(tǒng)設備以及其他在5G網(wǎng)絡上運行的更先進的終端設備一樣具備完整的功能（性能）。雖然可穿戴設備、傳感器、監(jiān)控設備和其他物聯(lián)網(wǎng)設備等RedCap設備并不具備5G技術標準所要求的高吞吐量、大帶寬和低時延能力，但是它們通常對功耗和成本有更為嚴格的限制。RedCap設備將受益于5G的大規(guī)模部署，同時利用較少的5G能力即可實現(xiàn)功能與成本和功耗的最佳平衡。

3GPP規(guī)范了RedCap設備的三大用例：工業(yè)傳感器、監(jiān)控設備和可穿戴設備。3GPP的技術報告（TR38.875版本）規(guī)定了每個用例的最大數(shù)據(jù)速率、端到端（E2E）延遲和服務可用性，如表2所示。

表2 R17標準引入的增強特性包括低成本和低功耗

RedCap追求成本和性能的平衡

為了降低復雜度、成本和功耗，RedCap設備所需的天線數(shù)量比標準5G設備要少。這不僅降低了成本，還減少了多入多出(MIMO)層的最大數(shù)量。RedCap設備的下行鏈路僅支持2×2 MIMO，而上行鏈路僅支持單入單出。

RedCap設備支持的帶寬比標準5G終端設備要低，較低的帶寬可以有效降低功率放大器 (PA)的成本。RedCap設備只支持FR1頻段的20MHz帶寬和FR2頻段的100MHz帶寬。

表3 RedCap降低成本策略的益處及其實現(xiàn)的成本與性能之間的平衡

3GPP R17為RedCap設備引入的另一個能夠降低成本的增強特性是支持半雙工FDD傳輸。雖然半雙工FDD通過支持RedCap設備使用轉(zhuǎn)換開關來代替全雙工FDD所需的雙工器，大幅降低了成本，但它確實存在著一些缺陷。RedCap設備無法同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這是因為設備使用半雙工FDD也會產(chǎn)生一些問題:

●   將無法在同一組信號集中同時檢測下行鏈路和上行鏈路調(diào)度信息

●   不能在上行鏈路模式下監(jiān)測下行鏈路信息

●   也無法在監(jiān)測下行鏈路的同時發(fā)送上行鏈路控制信息

一旦出現(xiàn)沖突，RedCap設備能夠根據(jù)具體實踐來決定采取何種操作。

RedCap的低功耗增強特性

RedCap專門對5G規(guī)范進行了一些簡化，以提高電源效率，最大限度地降低功耗，并延長RedCap設備的電池使用壽命。例如與完整的5G規(guī)范相比，RedCap采用了一種精簡的網(wǎng)絡監(jiān)測方案。RedCap減少了設備在物理下行鏈路控制信道（PDCCH）中監(jiān)測的盲解碼和控制信道單元的數(shù)量，從而降低了用于執(zhí)行這些任務所需的能耗。

RedCap實施的另一項降低功耗的策略就是擴展非連續(xù)接收(eDRX)周期。在設備處于非連接態(tài)或空閑態(tài)時，RedCap可以增加eDRX周期，大幅延長電池的使用壽命。更長的eDRX周期對于固定的無線傳感器等特定用例是非常有益的，因為延長eDRX周期需要降低設備的可移動性。（設想一下，一個監(jiān)測鐵軌的無線傳感器只需要定期連接到網(wǎng)絡上來傳輸數(shù)據(jù)。）

此外，對于不處在小區(qū)邊緣的設備，RedCap還放寬了對無線資源管理（RRM）的要求，并且引入了無線資源控制（RRC）非活動狀態(tài)，允許終端設備在不切換RRC連接狀態(tài)的情況下進行小批量的數(shù)據(jù)傳輸。這兩項增強特性都是為了降低功耗，延長RedCap設備的電池使用壽命。

RedCap設備的復雜性降低

最后，RedCap的增強特性還體現(xiàn)在采取一系列簡化措施來降低RedCap設備的復雜性。這些措施也可以降低功耗和設備成本，但它們的主要目的是為了降低設備的復雜性，這樣射頻元器件便能夠匹配外形非常小巧或者具有非常規(guī)外形尺寸的設備（例如智能眼鏡等可穿戴設備）。

RedCap為降低設備的復雜性所采取的簡化措施包括：僅支持單一運營商（不支持運營商聚合），以及支持單一連接，讓RedCap設備只能在5G獨立模式下運行。RedCap還支持5G功率等級3，它限制了設備的等效各向同性輻射功率 (EIRP)，從而縮小了設備電池的體積。

對5G網(wǎng)絡的影響

上述的R17增強特性主要集中在RedCap設備上。但是RedCap的增強特性也對5G網(wǎng)絡產(chǎn)生了影響。

RedCap給5G網(wǎng)絡帶來的最大影響是，在隨機接入過程中以及設備保持連接時，網(wǎng)絡必須適配RedCap的特定功能。為RedCap引入的新信息元素（IE）讓帶寬能夠根據(jù)設備采取的操作進行動態(tài)匹配。例如，其中一些新的IE涉及到將RedCap終端設備接入小區(qū)或者使用半雙工模式的許可。 (一些IE是RedCap設備接入小區(qū)的必要條件；當這些IE沒有被檢測到時，小區(qū)將禁止RedCap設備連接，RedCap設備將不得不啟動RRC程序以連接到另一個它可以提供對應IE的小區(qū)）。

另一個新的IE讓固定設備或者處在小區(qū)邊緣的設備能夠應用精簡的RedCap技術標準。

一些新的IE則用于支持部分帶寬（BWP）配置，它允許靈活地使用頻譜，以便根據(jù)終端設備的需要自適應動態(tài)分配到的帶寬，從而降低功耗。低帶寬也會影響設備訪問網(wǎng)絡所使用的隨機接入信道(RACH)程序。網(wǎng)絡可以為RedCap設備指定一個BWP，或者減少這些設備連接到網(wǎng)絡時所需的BWP大小。但是，這一改進給RedCap帶來的價值有限，正是由于如上所述，RedCap設備支持的最大帶寬為20MHz。

為了讓網(wǎng)絡能夠支持RedCap設備，R17引入的新信令參數(shù)和程序要求設備工程師通過檢查設備的兼容性來確保連接。5G設備的開發(fā)工程師出于調(diào)試的目的，還需要用特定的工具檢查RedCap參數(shù)。

RedCap市場展望

未來幾年，5G RedCap設備的落地應用前景一片光明。分析師預測，5G RedCap芯片組將于今年或者2024年問世，第一批商用RedCap設備也將在2025年或者2026年進入市場。2026年之后，隨著各個行業(yè)以及消費者迫切希望采用支持5G連接的可穿戴設備來進行健康檢測或者用于其他應用，商用RedCap設備的市場規(guī)模將急劇上升。比如，經(jīng)濟高效的無線傳感器將用于工業(yè)領域的數(shù)據(jù)收集和資產(chǎn)追蹤，一些監(jiān)控設備也將用于智慧城市、工廠和其他應用場景。

與所有的蜂窩網(wǎng)絡設備一樣，5G RedCap設備在推向市場之前需要經(jīng)過全面的測試，這一點至關重要。采用正確的測試方法對于驗證5G RedCap設備的協(xié)議合規(guī)性和性能而言非常關鍵。