RedCap在5G物聯網場景中(zhong)的地位(wei)毋庸置疑，但在筆(bi)者看來，其商(shang)用的過程要從(cong)一(yi)個長(chang)遠(yuan)的角(jiao)度來看，因為在未來數年中(zhong)，RedCap的商(shang)用面臨巨大挑戰。
根據3GPP的計劃，今年6月，5G最新版標準R17將凍結，對于物聯網從業者來說，RedCap是業界最關注的領域之一，這是3GPP為了使5G網絡能夠賦能大量中低性能物聯網場景，專門推出的“低配版”5G。
去年年底，5G Advanced首個版本R18主要演進方向研究課題塵埃落定，RedCap的持續增強成為其中重點方向之一，可見RedCap在5G物聯網場景中的地位之重。業界對RedCap抱有很高期望，但在筆者看來，其商用的過程要從一個長遠的角度來看，因為在未來數年中，RedCap的商用面臨巨大挑戰。
補齊5G網絡能力的中間地帶：RedCap是蜂窩物聯網又一重要演進
RedCap全稱是ReducedCapability，即(ji)“降低能(neng)力(li)(li)”，是在5G R17階段確定的(de)(de)專門方向(xiang)，相對(dui)于eMBB和uRLLC，它(ta)可以說是輕量(liang)級的(de)(de)5G，但相比(bi)NB-IoT這(zhe)類(lei)低功耗廣域網，其性能(neng)高一些。已經(jing)凍結并開始商用的(de)(de)5G R16標(biao)準對(dui)eMBB、uRLLC和mMTC都有完(wan)善的(de)(de)標(biao)準，但對(dui)于處(chu)于這(zhe)三者的(de)(de)“中間(jian)地帶”則沒(mei)有相應的(de)(de)技術標(biao)準，使(shi)5G網絡(luo)能(neng)力(li)(li)并不能(neng)完(wan)全覆(fu)蓋所有無線場景，而RedCap則補齊了這(zhe)一“中間(jian)地帶”，因此對(dui)5G標(biao)準和能(neng)力(li)(li)的(de)(de)完(wan)善意義重大。
在3GPP R17研(yan)究方向的討論(lun)中，各廠商代表就提(ti)出了(le)RedCap的研(yan)究意向，在這(zhe)些討論(lun)中形成的共(gong)識中提(ti)出：
5G的一個重要目標是實現工業場景互聯互通，在工業環境中場景非常復雜，就傳感設來說，包括壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、運動傳感器、加速度計等，未來希望將這些傳感器連接到5G接入網和核心網絡。3GPP的多個技術研究和規范中都描述過大規模工業無線傳感網絡（IWSN）的用例和需求，這類用例中不僅包括要求較高的uRLLC服務，還包括設備外形和尺寸較小的相對低端服務，這類服務需要完全無線形態實現無人維護，電池壽命能達到數年的程度。綜合來看，這些用例的要求高于LPWAN（如NB-IoT），但低于uRLCC和eMBB。另外，在智慧城市領域，一(yi)(yi)些用(yong)例也有類似的需(xu)求，比(bi)如一(yi)(yi)些監控(kong)場景；在可穿戴設備(bei)(bei)場景，包括智能(neng)手(shou)表、智能(neng)手(shou)環、健(jian)康類設備(bei)(bei)和(he)醫療監測相關(guan)設備(bei)(bei)一(yi)(yi)般都需(xu)要較小的尺寸(cun)，需(xu)要在滿足通信需(xu)求的前提下縮小終端尺寸(cun)。
諸如此類場(chang)景(jing)(jing)，在此前5G R16版(ban)本標準中(zhong)并未考慮，而未來(lai)5G若要支持這些場(chang)景(jing)(jing)，就必須提(ti)出新的課(ke)題，對于(yu)各類用例都有一些明確要求(qiu)。其(qi)中(zhong)，通用性要求(qiu)包(bao)括：
設備復雜性：與R15和R16定義的eMBB和uRLLC高要求設備相比，新設備類型的主要的要求是降低設備成本和復雜性，工業互聯網場景尤其明顯
設備尺寸：大(da)多數(shu)用例都有此要(yao)求，新的(de)標準要(yao)允許(xu)設(she)備(bei)設(she)計(ji)具有緊湊(cou)的(de)外形(xing)
部署：系統應支持在FR1/FR2所有頻段上實現FDD和TDD的功能部署
具體應(ying)用場景的(de)要(yao)求包括(kuo)：
工業無線傳感網：3GPP TR 22.832和(he)TS 22.104規范(fan)文檔(dang)中對參(can)考用例和(he)要(yao)求進行描述，包括通信服務可靠(kao)性為99.99%，端到(dao)端時延小(xiao)于100毫(hao)秒(miao)，參(can)考帶寬速率小(xiao)于2 Mbps，并且設(she)備大部分是靜止的(de)，電(dian)池至(zhi)少能用幾年(nian)。當然(ran)，對于安(an)全(quan)類相(xiang)關傳感器，延遲要(yao)求達(da)到(dao)5-10毫(hao)秒(miao)。
智慧城市視頻監控：正如3GPP TR 22.804中所述(shu)，一(yi)(yi)些性價比較高的(de)視(shi)頻場景要求(qiu)的(de)帶寬為(wei)2-4Mbps，時延小于500毫(hao)秒，可靠(kao)性在99%-99.9%之間；高一(yi)(yi)級(ji)的(de)視(shi)頻則需要7.5-25 Mbps的(de)帶寬。當(dang)然，此類場景的(de)業務模(mo)式(shi)以(yi)上行傳輸為(wei)主。
可穿戴設備：智能可穿戴應用的參考帶寬(kuan)為下行(xing)5-50Mbps，上行(xing)為2-5Mbps，峰(feng)值速(su)率(lv)下行(xing)最(zui)高(gao)150Mbps、上行(xing)最(zui)高(gao)50Mbps，設備(bei)的電池(chi)應能使用數(shu)天(tian)（最(zui)多1-2周）。
根據3GPP文檔的定義，針對這些場景的研究方向是(shi)：
減少終(zhong)端(duan)接收和發射天線(xian)；
減少終(zhong)端帶寬，在Sub 6GHz頻段下其最(zui)大帶寬為20MHz；
FDD半雙工；
減少終端處理(li)(li)時間和終端處理(li)(li)復雜度(du)
從(cong)3GPP的(de)技術(shu)文檔描述中(zhong)，可以(yi)看出RedCap在很(hen)(hen)大程度上與現有LTE在物聯網方面有很(hen)(hen)多(duo)類似(si)的(de)性能(neng)，因此可以(yi)用(yong)于當前LTE所賦能(neng)的(de)不少場景(jing)。
為(wei)了推(tui)動RedCap的演進(jin)，R18確定(ding)了RedCap增強的課題，而其主(zhu)要方(fang)向包括：
基于(yu)Rel17的(de)評估(gu)方(fang)法，研(yan)究進一(yi)步降(jiang)低(di)用戶終端復(fu)雜度的(de)技(ji)術，聚焦于(yu)在Sub 6GHz頻段(duan)降(jiang)低(di)終端帶寬至5MHz，以(yi)及降(jiang)低(di)終端的(de)峰值速率(lv)。
研究降低功耗的技術，包括eDRX增強，支持更(geng)低的終端功率等級。
筆者翻閱了去年3GPP第94次全會針對RedCap討論的文檔，發現大部分參與討論的廠商都提到RedCap的增強應該覆蓋LTE Cat.1和Cat.1 bis，但不應該與低功耗廣域網形成重疊，這一提議最終形成共識，可以說未來R18版本的RedCap將會對4G LTE形成全面替代。
RedCap全面商用面臨很多挑戰，需立足長遠
可以說，RedCap將開啟4G物聯網向5G的遷移之路，在未來4G和5G代際升級中將發揮重大作用。雖然RedCap對用戶提供的服務能力與4G類似，但從網絡和設備整體性能來看，RedCap在5G時代有明顯的優勢，主要表現在：RedCap是原生的5G NR技術，包(bao)含了(le)所有關鍵(jian)的NR構(gou)建要素，如波(bo)束成形、網絡能效等(deng)；RedCap的設備(bei)支持NR載波(bo)上(shang)的共(gong)存，該NR載波(bo)可配置為針(zhen)對eMBB或uRLLC通信性能進行優化(hua)。
這一優(you)勢對(dui)于很多場(chang)(chang)景(jing)(jing)非常重要，如工(gong)業4.0的(de)場(chang)(chang)景(jing)(jing)，在這一全自動化工(gong)廠的(de)場(chang)(chang)景(jing)(jing)下，擁有(you)大量高性能傳(chuan)感(gan)器和中低端傳(chuan)感(gan)器，因此需要同(tong)時(shi)支(zhi)持時(shi)間敏(min)感(gan)型通(tong)(tong)信和時(shi)延不敏(min)感(gan)的(de)通(tong)(tong)信，而5G網絡可(ke)統一配(pei)置和優(you)化，確保(bao)(bao)時(shi)間敏(min)感(gan)通(tong)(tong)信的(de)性能，同(tong)時(shi)保(bao)(bao)證低端傳(chuan)感(gan)器設備仍然有(you)效(xiao)地操作。
然而(er)，技術上的(de)優勢不(bu)一定能夠在短期內轉(zhuan)化為商(shang)用(yong)的(de)優勢，雖然RedCap首個(ge)版本將于今年6月份(fen)凍結，但在物聯網市場(chang)大范圍的(de)應用(yong)還面(mian)臨著很多挑(tiao)戰，其最大的(de)挑(tiao)戰來自于當前的(de)4G。
首先，從成本方面看，預計未來數年內RedCap成本依然高于4G
隨著R17的凍結，RedCap將迎來首個完整的標準版本，考慮到從標準確定到商用產品發布需要近2年時間，預估2024年將形成商用芯片和模組(zu)，并開啟一些場景的(de)應用；R18標準將于2023年底凍結，預計2025年后(hou)支(zhi)持R18的(de)商用終端才會投入市場。
雖然(ran)(ran)RedCap相對于高性能5G終(zhong)(zhong)端將(jiang)實現(xian)成(cheng)本(ben)(ben)大幅(fu)下(xia)降，但與成(cheng)熟的(de)(de)4G終(zhong)(zhong)端相比(bi)，初期商(shang)用的(de)(de)成(cheng)本(ben)(ben)依然(ran)(ran)會居高不下(xia)。當前，Cat.4模(mo)組最低成(cheng)本(ben)(ben)已達(da)(da)到(dao)70元左右，Cat.1模(mo)組成(cheng)本(ben)(ben)也下(xia)探至40元以(yi)內，不過(guo)，4G物聯網模(mo)組成(cheng)本(ben)(ben)到(dao)這一水平，是(shi)經歷了多(duo)年(nian)時間(jian)，且(qie)達(da)(da)到(dao)億級以(yi)上的(de)(de)出貨(huo)量才(cai)實現(xian)的(de)(de)。RedCap成(cheng)本(ben)(ben)的(de)(de)下(xia)降，也必然(ran)(ran)需(xu)要(yao)經歷時間(jian)和出貨(huo)量的(de)(de)考(kao)驗，在(zai)一定(ding)規(gui)模(mo)下(xia)才(cai)可能實現(xian)前期沉沒成(cheng)本(ben)(ben)和固定(ding)成(cheng)本(ben)(ben)攤銷。
由(you)于(yu)面對的(de)是相對低(di)價值的(de)物(wu)聯網場景，RedCap應用(yong)領(ling)域對于(yu)成本敏感性較高，這將在(zai)很大(da)程度上阻礙RedCap的(de)應用(yong)推廣。
其次，從網絡覆蓋看，近年內無法形成如4G廣度和深度支持
RedCap的大(da)范(fan)圍(wei)(wei)應用，也依賴于5G網(wang)絡的大(da)范(fan)圍(wei)(wei)覆蓋，然而(er)，在RedCap正(zheng)式(shi)商用的節點，5G網(wang)絡覆蓋是否(fou)能夠提供無處不在的支持？
當前，隨著2G/3G退網(wang)深入人心，4G連(lian)接(jie)已(yi)成為蜂窩(wo)物聯網(wang)的發(fa)展主力，尤(you)其是(shi)(shi)Cat.1連(lian)接(jie)增(zeng)速最快(kuai)，而(er)這在一定程度(du)上依(yi)賴完善的4G網(wang)絡。眾所周知，我國已(yi)建成全球規模最大的4G網(wang)絡，根(gen)據工信部數(shu)據，截至2021年底，我國已(yi)建成并開通了590萬4G基站(zhan)(zhan)，占(zhan)基站(zhan)(zhan)總數(shu)近60%，即(ji)使是(shi)(shi)偏遠地區(qu)(qu)和(he)農村地區(qu)(qu)，也實現(xian)了4G的覆蓋。
中國4G基站數量（單位：萬）
當(dang)前，雖然我國已建成(cheng)并開(kai)通(tong)5G基站超過140萬個(ge)，根(gen)據《“十四五(wu)”信(xin)息通(tong)信(xin)行業發展規劃》，到(dao)2025年每(mei)萬人擁有5G基站數(shu)量為26個(ge)，即基站總數(shu)將達到(dao)364萬個(ge)。由于5G基站覆蓋(gai)距離(li)相對4G小很(hen)(hen)多，因此這一(yi)規模與當(dang)前4G相比，其(qi)覆蓋(gai)廣(guang)度(du)和深度(du)不如4G，在很(hen)(hen)多物(wu)聯網場景中，用戶可能會選擇4G終(zhong)端。
再次，從終端周期來看，物聯網的長周期特性使得未來存量替換難度較大
近日，GSMA發布的《移(yi)動經(jing)濟發展報告(gao)》中預測(ce)，到2025年中國(guo)的4G連(lian)接(jie)數依(yi)然占據總(zong)連(lian)接(jie)的53%，而這一數據并不包(bao)括物聯網連(lian)接(jie)，主要是智能(neng)手(shou)機。
根據Counterpoint Research的數據，智能(neng)手(shou)機(ji)更換周(zhou)期(qi)達到31個月，在當前(qian)5G占據智能(neng)手(shou)機(ji)出貨量大部分份額的情況下，未來2-3年5G智能(neng)手(shou)機(ji)用戶實現大規模增長。但是(shi)，物聯網終端更新周(zhou)期(qi)較長，尤其是(shi)一(yi)些(xie)無人值守的場景下，很多達到了10年以上的生(sheng)命周(zhou)期(qi)。
截至2021年底，我國蜂窩(wo)物(wu)(wu)聯網連接(jie)數(shu)達到13.99億(yi)，而這一規(gui)模(mo)(mo)的(de)(de)終端(duan)(duan)中大部分為2G終端(duan)(duan)。隨著(zhu)2G/3G的(de)(de)退網，未來幾年蜂窩(wo)物(wu)(wu)聯網終端(duan)(duan)主要通過4G和(he)NB-IoT接(jie)入(ru)網絡(luo)，尤其是Cat.1近年來實(shi)現較快增(zeng)長(chang)。GSMA預計(ji)到2025年國內(nei)蜂窩(wo)物(wu)(wu)聯網連接(jie)數(shu)將達到22.9億(yi)。若屆時能夠達到這一規(gui)模(mo)(mo)，筆者預計(ji)新增(zeng)的(de)(de)連接(jie)中Cat.1和(he)NB-IoT占據份(fen)額最高，4G其他制式其次。NB-IoT已(yi)納(na)入(ru)5G，且與RedCap不形成交(jiao)叉(cha)，Cat.1和(he)4G其他制式的(de)(de)終端(duan)(duan)由(you)于還在生(sheng)命周期內(nei)，在數(shu)年內(nei)無法升級至RedCap，RedCap很(hen)難實(shi)現對(dui)存(cun)量(liang)終端(duan)(duan)的(de)(de)替(ti)代。
最后，4G退網更是遙遙無期，RedCap還需從長計議
2G網絡(luo)(luo)商(shang)用已(yi)有20年(nian)(nian)(nian)歷史，2020年(nian)(nian)(nian)工信部25號(hao)文正(zheng)式提出了2G退網，然而何時(shi)(shi)能夠完(wan)全(quan)關閉2G網絡(luo)(luo)還不確(que)定。4G商(shang)用僅8年(nian)(nian)(nian)多時(shi)(shi)間，目前是(shi)最主流也是(shi)非常成功的移動通信網絡(luo)(luo)，正(zheng)處于(yu)“當(dang)打之年(nian)(nian)(nian)”，預計在2030年(nian)(nian)(nian)之前依然發揮著(zhu)重(zhong)要作用。對(dui)于(yu)未來4G的退網，未來數(shu)年(nian)(nian)(nian)中(zhong)預計不會形(xing)成共識。
回顧(gu)過去幾(ji)年(nian)(nian)，Cat.1加速發展始于(yu)2020年(nian)(nian)，而這一年(nian)(nian)2G/3G退(tui)網(wang)形成了(le)(le)共識且進入了(le)(le)實質性階段，工信部發布的25號文正式從官方角度提出了(le)(le)退(tui)網(wang)，給了(le)(le)業界明(ming)確的預期(qi)。與此(ci)相(xiang)類(lei)似，未來4G退(tui)網(wang)政策明(ming)確后，RedCap預計會迎來加速式增長。
2009年(nian)(nian)，隨著3GPP R8標準的(de)(de)凍結(jie)，Cat.1首個標準問世(shi)，在隨后(hou)的(de)(de)R13標準中(zhong)又進一(yi)(yi)步提出了Cat.1bis，經(jing)過(guo)多年(nian)(nian)的(de)(de)努(nu)力(li)，Cat.1終(zhong)于成為蜂窩(wo)物聯網的(de)(de)一(yi)(yi)大主(zhu)力(li)，這(zhe)一(yi)(yi)過(guo)程超(chao)過(guo)了10年(nian)(nian)。而(er)RedCap標準的(de)(de)凍結(jie)，或許可以(yi)看作是一(yi)(yi)個提前的(de)(de)技術標準儲(chu)備(bei)，給業(ye)界提供(gong)一(yi)(yi)條推進蜂窩(wo)物聯網發(fa)展的(de)(de)長遠路徑(jing)，讓業(ye)界可以(yi)提前規劃并漸進式培養這(zhe)一(yi)(yi)生態，在若干年(nian)(nian)后(hou)面臨4G退網時能夠快速切換。
