5G NR RedCap 为物联网发展开辟新赛道
白皮书
目录
- RedCap：5G NR 助力物联网发展 - 3
- 蜂窝物联网的演进 - 4
- 如何将 RedCap 技术融入 5G NR 使用场景 - 5
- 在 R17 中发布的第一个 RedCap 版本 - 6
- R17 中的主要 RedCap 参数 - 10
- 使用 UXM 5G 进行 RedCap 信令测试 - 12
- 更多信息 - 14
- RedCap 将为物联网的发展开辟新赛道 - 15
RedCap:5G NR 助力物联网发展
5G新空口（NR）技术自 2019 年首次实现商业化以来，其采用率迅速增长，极大提升了移动设备的数据速率。截止到 2022 年 2 月，已经有 60 多个国家/地区的大约 200 家运营商推出了 5G 移动业务。 随着第三代合作伙伴计划（3GPP）Release 17 的发布，5G NR 将应用范围扩展到了用户多元化的新需求。时间敏感网络（TSN）等应用要求时延极低并且上下行链路速率稳定可靠，而许多物联网（IoT）应用对容量和延迟的要求较低，但对于成本和功耗的要求极为严格。
本白皮书回顾了第一批支持物联网的蜂窝技术。 文中对 5G NR 精简轻量化（RedCap）设备进行了详细说明——这种设备与 LTE（Cat-M 或 NB-IoT）设备相比需要更大容量，同时要求更低的成本与更低的功耗。 本文对 3GPP R17 层1，层2，层3 流程中为支持新的 RedCap 设备而引入的新参数和相关变化进行了回顾。
在整个 2020 年代，物联网设备的出货量有望保持两位数的增长率。 如果 5G NR RedCap 在 5G 网络中运行时，能够充分满足物联网应用对覆盖范围、成本和功耗的要求，使运营商能够使用单一蜂窝无线接入技术（RAT）支持所有业务，那么它就可以取得成功。
蜂窝物联网的演进
移动网络已从只能支持语音业务发展到能够同时支持语音和数据连通性业务。 这一发展使蜂窝网络能够与部署在外场的电子设备相结合，远程监测外场条件和发送数据，这样就可以减少到达外场进行测试的次数，从而降低某些类型传感器和设备的操作成本。 不过这一变化需要业界制定全球公认的互操作性标准。 这些标准通过定义协议和射频接口，旨在最大限度降低设备的增量成本，同时尽量发挥远程无线接入的成本效益。
3GPP 在 Release 13 中首次加入了针对这些类型设备的技术，并在后续版本直至 Release 16 中陆续增添了多项增强技术。 3GPP 标准将三类技术定义为蜂窝物联网（C-IoT）：
- 扩展覆盖范围的 2G GSM 物联网（EC-GSM-IoT），旨在充分利用现有网络和用户群
- 机器类通信 LTE（LTE-M），与常规 LTE 兼容
- 窄带物联网（NB-IoT），为进一步优化功耗和覆盖范围提出了新的设备技术指标，即使工作在地下等恶劣环境中也能达到理想效果。
窄带物联网 (NB-IoT, Rel-13)
- 最大距离耦合损耗：< 15 km，164 dB
- 频谱带宽：许可频谱，700 至 900 MHz，200 kHz 或共享
- 数据速率：< 100 kbps
- 语音业务：不支持
- 电池续航时间：10 年以上
LTE-M (Rel-12/13)
- 最大距离耦合损耗：< 11 km，144 dB
- 频谱带宽：许可频谱，700 至 900 MHz，1.4 MHz 或共享
- 数据速率：< 1 Mbps
- 语音业务：支持
- 电池续航时间：10 年以上
EC-GSM (Rel-13)
- 最大距离耦合损耗：< 15 km，164 dB
- 频谱带宽：许可频谱，800 至 900 MHz，2.4 MHz 或共享
- 数据速率：未明示（可补充）
- 语音业务：支持
- 电池续航时间：10 年以上
相较于其他的竞争技术，蜂窝物联网由于使用了规定的频谱并得到移动网络运营商的支持，因此能够提供更高的服务质量。 它通过遵守 3GPP 标准以及通过 GCF（全球认证论坛）和 PTCRB（PCS 类型认证审查委员会）等认证机构的认证，实现了全球兼容性。
如何将 RedCap 技术融入 5G NR 使用场景
5G NR 的基础目标是实现增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠性超低时延通信（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）。 最近，3GPP 将 TSN 也加入了支持列表。RedCap 的理念是使用户设备既能从 5G NR 大规模部署中受益，又不必支持所有的 5G NR 功能，在功能与成本和功耗之间实现良好平衡。 3GPP 设立了一个研究项目，专门研究如何为精简轻量化的 NR 设备提供更好的支持。 这个研究项目最终变成了 3GPP 工作项目，并在 Release 17 标准中推出了 RedCap。
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