5G RedCap——簡約換市場
作者 : Jessy Cavazos，是德科技5G產業解決方案行銷部門
雖然許多物聯網應用對容量和延遲的要求較低，但也有著更嚴格的成本和功耗限制，以前的5G標準版本未能有效解決這些問題。RedCap就是用來填補這一空白的…
3GPP Release 17，即5G標準的第三個版本—5G RedCap，推出了令人振奮的新功能。RedCap是「功能精簡」(reduced capability)的簡稱，可支援許多只需要中等傳輸量和延遲性能的用例，如物聯網(IoT)。雖然許多物聯網應用對容量和延遲的要求較低，但它們有著更為嚴格的成本和功耗限制，而以前的5G標準版本並未能有效地解決這些問題。RedCap就是用來填補這一空白的。
那麼，什麼是RedCap？
為了回答這個問題，就需要回溯過去，因為RedCap的出現是5G演進的結果。5G規範第一個版本為3GPP R15，至今有了長足的發展。第一個版本側重於滿足增強型行動寬頻(eMBB)用例對高速資料率和容量的需求，規定了一個新的空中介面以支援更大的資料輸送量，並為低延遲和更高的可靠性應用奠定了基礎。
R16版本提高了延遲和頻寬的標準。除了在容量和營運效率方面比R15版本有所提高外，該版本還將5G的範圍擴展到了新的垂直領域，包括工業物聯網(Industrial IoT)。
然而，還缺少一些東西。許多物聯網用例沒有高傳輸量和嚴格的延遲要求，但時間、成本和功耗卻是這些應用的重要考慮因素。3GPP最新發佈的5G版本用RedCap滿足了這些用例的需求。
RedCap提供了對5G規範能力精簡的無線裝置之支援。相較於與其對應的5G裝置，這些裝置具有更低的複雜度、更低的成本和更低的功耗。3GPP技術報告38.875規範了RedCap裝置的三大用例，包括工業感測器、監控裝置(對智慧城市和智慧工廠至關重要)和健康穿戴裝置。這份3GPP技術報告規定了每個用例的最大資料速率、端到端(E2E)延遲和服務可用性以及其他要求，如表1所示。
表1：3GPP TR 38.875中的RedCap用例。
RedCap工作原理
RedCap實施了多種策略來降低5G裝置的複雜性、成本和功耗。降低成本的主要策略之一是在裝置中使用更少的天線，也減少了多入多出(MIMO)層的最大數量。RedCap裝置的下行鏈路僅支援2×2 MIMO，而上行鏈路僅支持單入單出(SISO)。
RedCap裝置支援的頻寬也比其他5G終端低。RedCap裝置只支援FR1頻段的20MHz頻寬和FR2頻段的100MHz頻寬。較低的頻寬可以有效降低功率放大器(PA)的成本。
此外，RedCap可以透過使用半雙工頻分雙工 (HD-FDD)傳輸代替全雙工FDD (FD-FDD)，以防止裝置在不同頻率上同時發送和接收資料。由於不需要在支援雙向即時通訊裝置中所需的收發隔離，半雙工FDD操作有助於降低成本。這樣RedCap裝置就可以使用轉換開關來代替雙工器。
雖然降低成本的策略也能產生一定的節能效果，但RedCap裝置採用其他手段來更有效地降低功耗。首先，RedCap減少了裝置在實體層下行控制通道(PDCCH)中監視的盲解碼(BD)和控制通道開銷(CCE)的數量，從而節省了用於執行這些任務的能耗。
在裝置處於非連接態或空閒態時，RedCap還採用了系統訊框編號(SFN)技術來增加擴展非連續接收(eDRX)週期，從而大幅延長裝置的電池壽命。更長的eDRX週期對工業感測器等特定用例是非常有益的。R17還允許RedCap裝置在未連網的情況下傳輸資料。
此外，RedCap並放寬無線資源管理(RRM)的要求。固定的RedCap裝置(以及其他潛在的RedCap裝置)可以從中獲益，節省能耗並延長電池壽命。
RedCap對裝置和網路運行的影響
為了降低裝置複雜性、成本和功耗而進行的RedCap修改，對裝置和網路都有影響。較低的頻寬需要修改下行鏈路和上行鏈路的部份頻寬(BWP)配置。新的資訊元素(IE)則允許頻寬根據裝置採取的行動進行動態適應。
低頻寬也會影響裝置存取網路所使用的隨機接取通道(RACH)程式。網路可以為RedCap裝置指定一個BWP，或者減少這些裝置連接到網路時所需的BWP大小。
使用半雙工操作也會產生問題，因為裝置不能同時發送和接收資訊。在同一組符號集中，RedCap裝置無法同時檢測下行鏈路和上行鏈路調度資訊。另外，這些裝置不能在上行鏈路模式下監測下行鏈路資訊，同理，也無法在監測下行鏈路的同時發送上行鏈路控制資訊。
為了允許網路支援RedCap裝置，在R17版本中，導入的新信令參數和程式要求裝置工程師檢查裝置的相容性以確保連接。5G裝置的開發工程師出於除錯的目的，還需要用特定的工具檢查RedCap參數。
RedCap填補5G物聯網的空白
RedCap是5G領域的新生力量。包含在最新發佈的5G規範中的這一令人振奮的功能，為一系列新的用例打開了大門，特別是使用工業感測器、監控裝置和健康穿戴裝置的物聯網應用。由於降低了5G裝置的複雜性、成本和功耗，RedCap對裝置和網路運行也會有一定的影響。在RedCap裝置正式商用化之前，需要進行充份的測試，來確保裝置的互通性。
Release 17導入對於5G NR物聯網裝置的支持，比起LTE同類產品更能滿足成本和功耗的要求，同時增加更多容量，使得RedCap成為亟需容量的裝置之理想選擇，這是NB-IoT和LTE Cat-M等任何專用的物聯網技術都無法實現的。
透過RedCap，網路更適用於支援工業物聯網、穿戴式裝置以及安全和監控應用所需的裝置。在單一網路上支持多種裝置類型的能力，也為網路營運商和服務供應商帶來更多的好處，有助於貢獻至基於物聯網的新業務。
雖然最初推出的裝置可能包括對LTE和5G NR RedCap技術的支持，但隨著全球5G部署和用戶的快速成長將加速向專門使用RedCap的裝置過渡。
(參考原文：When less is more: Introducing 5G RedCap，by Jessy Cavazos)
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