什么是降低能力 （RedCap） NR，它将实现什么目标？

5G背后的驱动力是新无线电（NR）。现在，降低能力（红帽）新无线电正在帮助扩展NR设备生态系统，从而实现更多5G用例的增长。了解NR RedCap究竟是什么，以及它打算实现的目标。

到目前为止，5G在服务、订阅和5G设备可用性方面的推出速度超过了4G长期演进（LTE），这一事实在最新的爱立信移动报告中得到了明确的体现。此外，预计5G背后的势头在未来几年将继续强劲，预计到2026年5G用户将达到35亿。推动5G向前发展以实现快速增长和快速采用的引擎是其无线接入技术，称为新无线电（NR）。5G NR的灵活性和可扩展性使得及时引入增强功能以解决新的用例成为可能，以帮助扩展5G生态系统并将越来越多的设备连接到网络。最近的一个例子是对降低功能（RedCap）设备的NR支持。该工作项目最近在2020年12月的3GPP RAN全体会议上获得批准，该功能将在3GPP第17版中引入。引入功能降低的NR设备可以促进NR设备生态系统的扩展，以满足当前NR规范尚未最好地满足的用例。

使用案例

推动NR RedCap规范工作的用例包括可穿戴设备（例如智能手表，可穿戴医疗设备，AR / VR护目镜等），工业无线传感器和视频监控。表 1 总结了 3GPP 文档 RP-202933 “支持低容量 NR 设备的新 WID”中描述的这些用例的关键要求。为了最大限度地发挥规模经济的好处，希望所有这三个用例都可以通过一个通用的NR RedCap框架来解决。

表1：可穿戴设备、工业无线传感器和视频监控用例的要求

参考表 1，这三个用例的数据速率要求不如增强型移动宽带 （eMBB） 用例严格，并且不需要作为时间关键型通信用例的严格或确定性延迟要求。因此，从第 15 版 NR 器件作为基准开始，存在权衡器件功能与复杂性或降低成本的空间。

另一方面，这些用例的要求与LTE-M和NB-IoT解决方案目前解决的低功耗广域（LPWA）用例有很大不同。例如，数据速率需要高于 LPWA。此外，对于某些可穿戴用例，设备外形尺寸存在限制。对用例需求的考虑推动了 RedCap 关键物理层参数的选择。这些选择对设备硬件平台的复杂性和成本有直接影响。我们预计RedCap设备将被定位为比eMBB更低的细分市场，但高于LPWA设备。

RedCap的技术定位如图1所示。一般来说，RedCap的定位是解决目前使用eMBB，超可靠的低延迟通信（URLLC）或LPWA解决方案无法最好地服务的用例。

图 1：RedCap 相对于 eMBB、URLLC 和 mMTC 的技术定位图示。

设备功能降低

那么如何降低成本呢？表 2 总结了RedCap 器件与版本 15 NR 器件相比的功能，图 2 对此进行了说明。带宽降低、MIMO层的最大数量以及最大下行链路调制阶次的放宽都有助于降低基带的复杂性。减少所需接收分支的最小数量，并允许在所有频段中进行半双工 （HD） 操作，有助于降低天线和射频组件方面的物料清单成本。下面将更详细地介绍这些降低的功能特性中的每一个。

表 2：设备功能，版本 15 基准 NR 设备与版本 17 RedCap 设备。

图 2：RedCap红帽器件和基准 NR 器件功能之间的差异图示。

最大设备带宽：需要基准 NR 设备才能支持频率范围 1 （FR1） 中的 100 MHz 和 FR2 中的 200 MHz，以进行传输和接收。对于RedCap，这些要求分别降低到 20 MHz 和 100 MHz。然而，这种带宽减少仍然允许为初始采集指定的所有物理通道和信号都可以很容易地重用于RedCap设备，从而在引入RedCap以支持新用例时最大限度地减少对网络和设备部署的影响。

设备接收分支的最小数量：接收分支的数量与接收天线的数量相关。因此，减少接收分支的数量可以减少接收天线的数量并节省成本。对最小接收分支数的要求取决于频段。某些频段（大多数 FR1 频分双工 （FDD） 频段、少数 FR1 时分双工 （TDD） 频段和所有 FR2 频段）需要为基准 NR 设备配备两个接收分支，而其他一些频段（主要在 FR1 TDD 频段中）要求设备配备四个接收分支。

对于需要基线 NR 器件至少配备两个接收分支的频段， RedCap 设备只需要有一个接收分支。对于需要基线NR器件至少配备四个接收分支的频段， RedCap 设备是否需要具有一个或两个接收分支尚待确定。

下行链路 MIMO 层的最大数量：RedCap设备的最大下行链路 MIMO 层 数与其支持的接收分支数相同。与基线设备的要求相比，这是一个减少。

最大下行链路调制顺序：FR1 中下行链路中需要基准 NR 设备才能支持 256QAM。对于 RedCap 设备，对下行链路 256QAM 的支持是可选的。对于 FR1 上行链路和FR2（下行链路和上行链路），需要 RedCap 设备来支持 64QAM，这与基线设备的要求相同。

双工操作：关于双工操作，唯一的放宽是FDD频段的操作。需要基准NR器件来支持FDD频段中的全双工（FD）操作，即同时在不同频率上发送和接收。典型的全双工设备包含双工滤波器，以隔离设备发送和接收路径之间的干扰。在实践中，同一设备可能需要支持多个FDD频段;因此，可能需要多个双联过滤器来支持FD-FDD操作。

对于 RedCap 器件，FD-FDD的支持是可选的，即在上行链路频率下发射时不需要在下行链路频率下接收，反之亦然。这种双工操作称为半双工 FDD （HD-FDD）。HD-FDD 消除了对双联过滤器的需求。相反，可以使用开关来选择发射器或接收器以连接到天线。由于交换机比多双工器便宜，因此可以节省成本。

此外， RedCap 器件预计一次在单个频段中运行，并且不支持载波聚合和双连接。

根据3GPP中的研究，表3总结了相对于基线NR设备而言，物料清单成本和复杂性指标的总降低。可以看出，可以大幅降低成本和复杂性。这有助于将RedCap 建立为与 eMBB 或时间关键型通信设备段不同的设备段。

鉴于上述功能的降低，对于具有一个接收分支的设备，RedCap 器件在 FR1 中支持 85 Mbps 的峰值物理层数据速率，足以满足预期用例的所有数据速率和延迟要求。对于 支持更多接收分支的RedCap设备，峰值物理层数据速率要高得多。

表 3：相对于基准 NR 设备，RedCap 设备的成本/复杂性指标总体降低。

从 LTE 到 NR 的迁移路径

3GPP Release 17致力于支持低功耗NR设备，这是进一步扩大5G NR潜在市场的重要一步。它使降低能力的器件能够在任何NR频段工作。

值得一提的是，一些可穿戴和视频监控用例目前由基于LTE的解决方案解决。NR RedCap 为这些用例提供了从 LTE 迁移到NR 的途径。这样的迁移路径很重要，因为它可以在几年后加速从LTE到NR的频谱重新耕种。

从性能的角度来看，无论是网络还是设备，都有动力采取这样的LTE到NR迁移路径，因为RedCap是一种原生NR技术，它涵盖了所有关键的NR构建块，包括波束成形，可扩展命理学，网络能效等。RedCap 设备将支持在 NR 载波上完全共存，该载波配置为针对 eMBB 或时间关键型通信性能进行优化。

这对于工业无线传感器用例尤其重要，因为在工业4.0中实现全自动工厂的网络需要支持与功能更强大的设备和低端传感器设备的时间关键型通信。这种网络的配置可以进行优化，以确保时间关键型通信的性能，同时要求低端传感器设备仍然有效运行。

致谢：

全文翻译自Ericsson。原作者拥有所有版权。