RedCap在5G物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中的地位毋庸置疑，但在筆者看來，其商用的過程要從一個(gè)長遠(yuǎn)的角度來看，因?yàn)樵谖磥頂?shù)年中，RedCap的商用面臨巨大挑戰(zhàn)。

根據(jù)3GPP的計(jì)劃，今年6月，5G最新版標(biāo)準(zhǔn)R17將凍結(jié)，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者來說，RedCap是業(yè)界最關(guān)注的領(lǐng)域之一，這是3GPP為了使5G網(wǎng)絡(luò)能夠賦能大量中低性能物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，專門推出的“低配版”5G。

去年年底，5G Advanced首個(gè)版本R18主要演進(jìn)方向研究課題塵埃落定，RedCap的持續(xù)增強(qiáng)成為其中重點(diǎn)方向之一，可見RedCap在5G物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中的地位之重。業(yè)界對(duì)RedCap抱有很高期望，但在筆者看來，其商用的過程要從一個(gè)長遠(yuǎn)的角度來看，因?yàn)?strong>在未來數(shù)年中，RedCap的商用面臨巨大挑戰(zhàn)。

補(bǔ)齊5G網(wǎng)絡(luò)能力的中間地帶：RedCap是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)又一重要演進(jìn)

RedCap全稱是ReducedCapability，即“降低能力”，是在5G R17階段確定的專門方向，相對(duì)于eMBB和uRLLC，它可以說是輕量級(jí)的5G，但相比NB-IoT這類低功耗廣域網(wǎng)，其性能高一些。已經(jīng)凍結(jié)并開始商用的5G R16標(biāo)準(zhǔn)對(duì)eMBB、uRLLC和mMTC都有完善的標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于處于這三者的“中間地帶”則沒有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使5G網(wǎng)絡(luò)能力并不能完全覆蓋所有無線場(chǎng)景，而RedCap則補(bǔ)齊了這一“中間地帶”，因此對(duì)5G標(biāo)準(zhǔn)和能力的完善意義重大。

在3GPP R17研究方向的討論中，各廠商代表就提出了RedCap的研究意向，在這些討論中形成的共識(shí)中提出：

5G的一個(gè)重要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工業(yè)場(chǎng)景互聯(lián)互通，在工業(yè)環(huán)境中場(chǎng)景非常復(fù)雜，就傳感設(shè)來說，包括壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、加速度計(jì)等，未來希望將這些傳感器連接到5G接入網(wǎng)和核心網(wǎng)絡(luò)。3GPP的多個(gè)技術(shù)研究和規(guī)范中都描述過大規(guī)模工業(yè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)（IWSN）的用例和需求，這類用例中不僅包括要求較高的uRLLC服務(wù)，還包括設(shè)備外形和尺寸較小的相對(duì)低端服務(wù)，這類服務(wù)需要完全無線形態(tài)實(shí)現(xiàn)無人維護(hù)，電池壽命能達(dá)到數(shù)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(lǐng)域，一些用例也有類似的需求，比如一些監(jiān)控場(chǎng)景；在可穿戴設(shè)備場(chǎng)景，包括智能手表、智能手環(huán)、健康類設(shè)備和醫(yī)療監(jiān)測(cè)相關(guān)設(shè)備一般都需要較小的尺寸，需要在滿足通信需求的前提下縮小終端尺寸。

諸如此類場(chǎng)景，在此前5G R16版本標(biāo)準(zhǔn)中并未考慮，而未來5G若要支持這些場(chǎng)景，就必須提出新的課題，對(duì)于各類用例都有一些明確要求。其中，通用性要求包括：

• 設(shè)備復(fù)雜性：與R15和R16定義的eMBB和uRLLC高要求設(shè)備相比，新設(shè)備類型的主要的要求是降低設(shè)備成本和復(fù)雜性，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景尤其明顯

• 設(shè)備尺寸：大多數(shù)用例都有此要求，新的標(biāo)準(zhǔn)要允許設(shè)備設(shè)計(jì)具有緊湊的外形

• 部署：系統(tǒng)應(yīng)支持在FR1/FR2所有頻段上實(shí)現(xiàn)FDD和TDD的功能部署

具體應(yīng)用場(chǎng)景的要求包括：

• 工業(yè)無線傳感網(wǎng)：3GPP TR 22.832和TS 22.104規(guī)范文檔中對(duì)參考用例和要求進(jìn)行描述，包括通信服務(wù)可靠性為99.99%，端到端時(shí)延小于100毫秒，參考帶寬速率小于2 Mbps，并且設(shè)備大部分是靜止的，電池至少能用幾年。當(dāng)然，對(duì)于安全類相關(guān)傳感器，延遲要求達(dá)到5-10毫秒。

• 智慧城市視頻監(jiān)控：正如3GPP TR 22.804中所述，一些性價(jià)比較高的視頻場(chǎng)景要求的帶寬為2-4Mbps，時(shí)延小于500毫秒，可靠性在99%-99.9%之間；高一級(jí)的視頻則需要7.5-25 Mbps的帶寬。當(dāng)然，此類場(chǎng)景的業(yè)務(wù)模式以上行傳輸為主。

• 可穿戴設(shè)備：智能可穿戴應(yīng)用的參考帶寬為下行5-50Mbps，上行為2-5Mbps，峰值速率下行最高150Mbps、上行最高50Mbps，設(shè)備的電池應(yīng)能使用數(shù)天（最多1-2周）。

根據(jù)3GPP文檔的定義，針對(duì)這些場(chǎng)景的研究方向是：

• 減少終端接收和發(fā)射天線；

• 減少終端帶寬，在Sub 6GHz頻段下其最大帶寬為20MHz；

• FDD半雙工；

• 減少終端處理時(shí)間和終端處理復(fù)雜度

從3GPP的技術(shù)文檔描述中，可以看出RedCap在很大程度上與現(xiàn)有LTE在物聯(lián)網(wǎng)方面有很多類似的性能，因此可以用于當(dāng)前LTE所賦能的不少場(chǎng)景。

為了推動(dòng)RedCap的演進(jìn)，R18確定了RedCap增強(qiáng)的課題，而其主要方向包括：

• 基于Rel17的評(píng)估方法，研究進(jìn)一步降低用戶終端復(fù)雜度的技術(shù)，聚焦于在Sub 6GHz頻段降低終端帶寬至5MHz，以及降低終端的峰值速率。

• 研究降低功耗的技術(shù)，包括eDRX增強(qiáng)，支持更低的終端功率等級(jí)。

筆者翻閱了去年3GPP第94次全會(huì)針對(duì)RedCap討論的文檔，發(fā)現(xiàn)大部分參與討論的廠商都提到RedCap的增強(qiáng)應(yīng)該覆蓋LTE Cat.1和Cat.1 bis，但不應(yīng)該與低功耗廣域網(wǎng)形成重疊，這一提議最終形成共識(shí)，可以說未來R18版本的RedCap將會(huì)對(duì)4G LTE形成全面替代。

RedCap全面商用面臨很多挑戰(zhàn)，需立足長遠(yuǎn)

可以說，RedCap將開啟4G物聯(lián)網(wǎng)向5G的遷移之路，在未來4G和5G代際升級(jí)中將發(fā)揮重大作用。雖然RedCap對(duì)用戶提供的服務(wù)能力與4G類似，但從網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備整體性能來看，RedCap在5G時(shí)代有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在：RedCap是原生的5G NR技術(shù)，包含了所有關(guān)鍵的NR構(gòu)建要素，如波束成形、網(wǎng)絡(luò)能效等；RedCap的設(shè)備支持NR載波上的共存，該NR載波可配置為針對(duì)eMBB或uRLLC通信性能進(jìn)行優(yōu)化。

這一優(yōu)勢(shì)對(duì)于很多場(chǎng)景非常重要，如工業(yè)4.0的場(chǎng)景，在這一全自動(dòng)化工廠的場(chǎng)景下，擁有大量高性能傳感器和中低端傳感器，因此需要同時(shí)支持時(shí)間敏感型通信和時(shí)延不敏感的通信，而5G網(wǎng)絡(luò)可統(tǒng)一配置和優(yōu)化，確保時(shí)間敏感通信的性能，同時(shí)保證低端傳感器設(shè)備仍然有效地操作。

然而，技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)不一定能夠在短期內(nèi)轉(zhuǎn)化為商用的優(yōu)勢(shì)，雖然RedCap首個(gè)版本將于今年6月份凍結(jié)，但在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)大范圍的應(yīng)用還面臨著很多挑戰(zhàn)，其最大的挑戰(zhàn)來自于當(dāng)前的4G。

首先，從成本方面看，預(yù)計(jì)未來數(shù)年內(nèi)RedCap成本依然高于4G

隨著R17的凍結(jié)，RedCap將迎來首個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)版本，考慮到從標(biāo)準(zhǔn)確定到商用產(chǎn)品發(fā)布需要近2年時(shí)間，預(yù)估2024年將形成商用芯片和模組，并開啟一些場(chǎng)景的應(yīng)用；R18標(biāo)準(zhǔn)將于2023年底凍結(jié)，預(yù)計(jì)2025年后支持R18的商用終端才會(huì)投入市場(chǎng)。

雖然RedCap相對(duì)于高性能5G終端將實(shí)現(xiàn)成本大幅下降，但與成熟的4G終端相比，初期商用的成本依然會(huì)居高不下。當(dāng)前，Cat.4模組最低成本已達(dá)到70元左右，Cat.1模組成本也下探至40元以內(nèi)，不過，4G物聯(lián)網(wǎng)模組成本到這一水平，是經(jīng)歷了多年時(shí)間，且達(dá)到億級(jí)以上的出貨量才實(shí)現(xiàn)的。RedCap成本的下降，也必然需要經(jīng)歷時(shí)間和出貨量的考驗(yàn)，在一定規(guī)模下才可能實(shí)現(xiàn)前期沉沒成本和固定成本攤銷。

由于面對(duì)的是相對(duì)低價(jià)值的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景，RedCap應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诔杀久舾行暂^高，這將在很大程度上阻礙RedCap的應(yīng)用推廣。

其次，從網(wǎng)絡(luò)覆蓋看，近年內(nèi)無法形成如4G廣度和深度支持

RedCap的大范圍應(yīng)用，也依賴于5G網(wǎng)絡(luò)的大范圍覆蓋，然而，在RedCap正式商用的節(jié)點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋是否能夠提供無處不在的支持？

當(dāng)前，隨著2G/3G退網(wǎng)深入人心，4G連接已成為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展主力，尤其是Cat.1連接增速最快，而這在一定程度上依賴完善的4G網(wǎng)絡(luò)。眾所周知，我國已建成全球規(guī)模最大的4G網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)工信部數(shù)據(jù)，截至2021年底，我國已建成并開通了590萬4G基站，占基站總數(shù)近60%，即使是偏遠(yuǎn)地區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，也實(shí)現(xiàn)了4G的覆蓋。

中國4G基站數(shù)量（單位：萬）

當(dāng)前，雖然我國已建成并開通5G基站超過140萬個(gè)，根據(jù)《“十四五”信息通信行業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，到2025年每萬人擁有5G基站數(shù)量為26個(gè)，即基站總數(shù)將達(dá)到364萬個(gè)。由于5G基站覆蓋距離相對(duì)4G小很多，因此這一規(guī)模與當(dāng)前4G相比，其覆蓋廣度和深度不如4G，在很多物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中，用戶可能會(huì)選擇4G終端。

再次，從終端周期來看，物聯(lián)網(wǎng)的長周期特性使得未來存量替換難度較大

近日，GSMA發(fā)布的《移動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展報(bào)告》中預(yù)測(cè)，到2025年中國的4G連接數(shù)依然占據(jù)總連接的53%，而這一數(shù)據(jù)并不包括物聯(lián)網(wǎng)連接，主要是智能手機(jī)。

根據(jù)Counterpoint Research的數(shù)據(jù)，智能手機(jī)更換周期達(dá)到31個(gè)月，在當(dāng)前5G占據(jù)智能手機(jī)出貨量大部分份額的情況下，未來2-3年5G智能手機(jī)用戶實(shí)現(xiàn)大規(guī)模增長。但是，物聯(lián)網(wǎng)終端更新周期較長，尤其是一些無人值守的場(chǎng)景下，很多達(dá)到了10年以上的生命周期。

截至2021年底，我國蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)達(dá)到13.99億，而這一規(guī)模的終端中大部分為2G終端。隨著2G/3G的退網(wǎng)，未來幾年蜂窩物聯(lián)網(wǎng)終端主要通過4G和NB-IoT接入網(wǎng)絡(luò)，尤其是Cat.1近年來實(shí)現(xiàn)較快增長。GSMA預(yù)計(jì)到2025年國內(nèi)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)將達(dá)到22.9億。若屆時(shí)能夠達(dá)到這一規(guī)模，筆者預(yù)計(jì)新增的連接中Cat.1和NB-IoT占據(jù)份額最高，4G其他制式其次。NB-IoT已納入5G，且與RedCap不形成交叉，Cat.1和4G其他制式的終端由于還在生命周期內(nèi)，在數(shù)年內(nèi)無法升級(jí)至RedCap，RedCap很難實(shí)現(xiàn)對(duì)存量終端的替代。

最后，4G退網(wǎng)更是遙遙無期，RedCap還需從長計(jì)議

2G網(wǎng)絡(luò)商用已有20年歷史，2020年工信部25號(hào)文正式提出了2G退網(wǎng)，然而何時(shí)能夠完全關(guān)閉2G網(wǎng)絡(luò)還不確定。4G商用僅8年多時(shí)間，目前是最主流也是非常成功的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，正處于“當(dāng)打之年”，預(yù)計(jì)在2030年之前依然發(fā)揮著重要作用。對(duì)于未來4G的退網(wǎng)，未來數(shù)年中預(yù)計(jì)不會(huì)形成共識(shí)。

回顧過去幾年，Cat.1加速發(fā)展始于2020年，而這一年2G/3G退網(wǎng)形成了共識(shí)且進(jìn)入了實(shí)質(zhì)性階段，工信部發(fā)布的25號(hào)文正式從官方角度提出了退網(wǎng)，給了業(yè)界明確的預(yù)期。與此相類似，未來4G退網(wǎng)政策明確后，RedCap預(yù)計(jì)會(huì)迎來加速式增長。

2009年，隨著3GPP R8標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，Cat.1首個(gè)標(biāo)準(zhǔn)問世，在隨后的R13標(biāo)準(zhǔn)中又進(jìn)一步提出了Cat.1bis，經(jīng)過多年的努力，Cat.1終于成為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的一大主力，這一過程超過了10年。而RedCap標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，或許可以看作是一個(gè)提前的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備，給業(yè)界提供一條推進(jìn)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的長遠(yuǎn)路徑，讓業(yè)界可以提前規(guī)劃并漸進(jìn)式培養(yǎng)這一生態(tài)，在若干年后面臨4G退網(wǎng)時(shí)能夠快速切換。