年末,國內5G“第一大殺手級應用”迎來爆發
尤其值得一提的是,2022年8月,整個物聯網的連接數已經達到了16.98億,超過了16.7億的手機用戶數,首次實現“物超人”,標志著蜂窩物聯網產業“從量變走向質變”關鍵時間節點的到來。
但從5G當前的實際應用情況來看,面向海量物聯網服務,窄帶物聯網(NB-IoT)和增強型機器類型通信(eMTC)終端重點針對LPWA部署帶來低功耗和最低復雜度特性;增強型超可靠低時延通信(URLLC)終端則能夠滿足業界最嚴苛的用例需求,但廣泛的中端5G應用需求還仍未得到滿足,需要采用中等性能為其提供更高效的支持。
于是,為了應對面向中端物聯網用例的一系列優化需求,3GPP在2022年凍結的5G Release 17版本中引入了RedCap(含義為“精簡性能”)終端層級,也稱之為5G NR-Light。這一全新終端層級能夠成本高效地支持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,經過一年多的實踐探索和來自政府的強力支持,RedCap正一躍成為2023年最受關注的5G技術之一。
何為5G RedCap?
RedCap類設備是R17新引入的輕量級5G終端,包括工業傳感器、監控攝像頭、智能電網相關設備、預測性維護、公用事業計量表和高分辨率監控等應用;以及高端可穿戴設備、高端物流跟蹤設備、入門級終端(例如平板電腦和智能手機)的寬帶接入、無界增強現實(AR)眼鏡等。隨著RedCap終端的普及,更多應用將能夠從終端側AI和網絡邊緣側智能中受益,從而擴展智能網聯邊緣,并進一步推動數據重心從大型區域云和中央云中轉移出來。
支持較低的復雜度和功耗是RedCap類終端的特點。因此,RedCap實施了多種策略來降低5G設備的復雜性、成本和功耗。
降低成本的主要策略之一是在設備中使用更少的天線,也減少了多入多出(MIMO)層的最大數量。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(SISO)。
RedCap設備支持的帶寬也比其他5G終端低。為了高效地支持這些設備,R17將5G NR設計帶寬(100MHz)縮窄至Sub-7GHz頻段的20MHz和毫米波頻段的100MHz。在這些頻段里,傳統5G NR終端通常需要配備4根接收天線,但這一項目將RedCap終端的接收天線數縮減至一根或兩根,使得成本和功耗都大幅降低。
然而與此同時,RedCap卻仍繼承了5G NR技術URLLC、切片、低功耗、5G LAN、高精度定位、高精度授時、SUL(超級上行)等特性,并且大幅降低了高昂設備的成本——5G RedCap首發價格相比目前5G eMBB模組成本下降50%,未來將快速達到Cat.4同等水平。
RedCap,國內5G“第一大殺手級應用”
作為3GPP R17版本中最先商用、最具市場發展的新技術,不少業內人士將RedCap視作5G技術在國內的“第一大殺手級應用”。
除了上文談及的自身優勢外,另一大原因也不可忽視。那就是盡管5G技術的初衷是賦能千行百業,但在實地落地過程中,由于不同場景對5G的需求不一樣,5G芯片/模組的成本對于普遍的行業使用來說仍然偏高。同時,5G的大帶寬、高速率特性對于工業場景來說存在比較大的性能冗余,加之5G研發門檻高、功耗大,使得具備“輕量化”特性的RedCap技術得到了更多的青睞。
工信部在9月17日發布的《關于推進5G輕量化(RedCap)技術演進和應用創新發展的通知》中,為RedCap在我國的發展制定了詳實可行的目標,包括“到2025年實現RedCap縣級以上的覆蓋”、“大力扶持RedCap技術在工業、能源、物流、車聯網、公共安全等重點領域的普及”等,充分體現了國家在RedCap推廣方面的意愿和決心。
場景應用方面,智能電網是行業公認的RedCap起量最快的應用領域,因為電網的核心訴求是高可靠、低延時,而這正好是5G原生的特性。目前,南瑞智芯、山東電力等企業都在大力推廣RedCap在產業上的落地,尤其是在配電自動化、專電采集終端、集中器方面。網絡覆蓋后,預計RedCap節點滲透率將達到80%,整個5G終端增長幅度為400萬臺/年。
另一個值得期待的場景來自智能制造,針對的應用主要包括:數采終端、室內定位,包括工業的各種DTU、工業網關、遠程操控、物流AGV等。統計數據顯示,隨著RedCap的成本降低和網絡覆蓋的不斷鋪開,相關產品的出貨量將從2023年的60萬臺增加到2027年的480萬臺。
此外,隨著RedCap成本降低和射頻器件體積小型化帶來的優勢,IPC、視頻監控和MIFI等行業從4G向5G的遷移速度將大為加快,他們對RedCap的采用意向變得越來越明確。以4G攝像頭為例,目前Cat.4/Cat.6的上行速率只有50M,很難滿足4K及4K以上的視頻傳輸要求。但RedCap的上行速率達到了100M以上,會對中高速上行的應用產生價值,其市場規模也有望從現在的200萬臺增加到千萬級,5G的滲透率也會增至15%。
不是已經有LTE CAT4+終端了嗎?
LTE Cat-1bis、LTE Cat-4是目前中端物聯網終端實現廣域無線連接和移動性的主要方式。但5G RedCap的支持者則認為其代表著未來——這類終端支持的帶寬基本在20MHz,頻率范圍可以從傳統的Sub-3GHz頻段拓展至Sub-7GHz頻段,吞吐峰值速率下行150Mbps或者上行50Mbps,未來有可能實現更高速率。
我們從下圖能夠很清楚的看到這一趨勢。3GPP Release 15是5G NR標準的第一版規范,其支持面向海量物聯網的兩類終端層級,即支持1.4MHz信道帶寬的eMTC或Cat-M1,以及支持200kHz信道帶寬的NB-IoT。隨著3GPP Release 16引入增強特性,具有這兩類層級能力的終端能夠在相同的5G NR信道中與其它5G終端共存。3GPP Release 16還面向eURLLC引入了另一類5G終端層級,以滿足關鍵業務型物聯網應用的嚴苛需求,支持毫秒級時延和99.9999%的可靠性。
3GPP Release 17中的RedCap終端能夠在相同5G NR信道中與不同物聯網層級的終端和eMBB終端共存。此外,隨著5G NR標準的持續演進,RedCap也將在Release 18中持續演進,并側重于在定位方面滿足性能需求并帶來增強特性。通過5G直連通信接口實現端到端通信或將成為RedCap在Release 18及未來版本中的另一個演進方向。
也就是說,接下來,R17 RedCap、R17 LPHAP(低功耗高精度定位技術)、R18 eMBB eRedCap和Passive IoT,將是當下和今后一段時間內最值得關注的四項技術。如果簡單做一個類比,R17 RedCap其實是5G時代用于替換LTE Cat.4和Cat.6的技術標準,而R18 eRedCap則是替換當前主流低速應用——LTE Cat.1的技術標準。
這意味著,作為全新類別的5G技術,RedCap將承擔起“填補高速連接移動寬帶終端與極低帶寬NB-IoT終端之間空白”的重任。
