序言
首個5G新空口(NR)網路於2019年4月推出，自那以後79個國家陸續推出了202個網路。Omdia預測，到2027年底全球5G連線數將逼近68億。然而，大多數連線都集中於智慧手機，大規模5G物聯網(IoT)尚未實現。
3GPP已經定義了5G標準，它們幾乎都聚焦消費者智慧手機以及高資料吞吐量/低時延用例。許多物聯網應用並不需要這些特性，並且這些特性會給物聯網裝置的設計、製造和操作帶來極大的複雜性。此外，增加的成本將超過潛在的效益，導致大規模物聯網無法實現–至少在中端連線能力領域是如此。
3GPP在R17規範中宣佈了5G RedCap標準，旨在滿足對中端5G連線能力的需求。RedCap將實現從4G中端連線選項（LTE Cat-1/1bis和LTE Cat-4）的演進。本報告介紹了5G RedCap在2023年的最新發展情況，並且探討了該技術為何將成為物聯網持續增長的關鍵。
何為5G RedCap？
3GPP在2018年定義了5G規範，其中包括三大支柱: 增強型移動寬頻(eMBB)、超可靠低時延通訊(URLLC)以及大規模機器類通訊(mMTC)。eMBB和URLLC被認為是挑戰技術進步的極限，旨在展示5G在未來實現的令人難以置信的高吞吐量和低時延特性。與此同時，mMTC採用低功率廣域(LPWA)連線技術，被用來以低成本連線大量裝置。
雖然這些新技術在功能上取得了進步，但近年來很明顯的一點是許多物聯網用例不需要eMBB和URLLC提供的高速度或低時延。但是，它們需要比mMTC更好的功能。因此，3GPP推出了輕量化版本5G RedCap來滿足需要中端連線能力的用例。
3GPP R17在2022年推出的 5G RedCap包含以下主要特性:
• 降低裝置複雜性，從而降低裝置成本
-在Sub-7GHz頻段的最大頻寬為20 MHz，在毫米波頻段的最大頻寬為100MHz—採用單載波，因此不支援載波聚合或雙連線
-在Sub-7GHz頻段使用單個接收器
-降低對裝置記憶體的要求
• 降低功耗
-增強型低功耗模式，支援擴充套件的增強型非連續接收(eDRX)以及更低的發射功率
-放寬無線電資源管理措施
• 資料傳輸速率至少不低於LTE Cat-1標準
-下行速率為150Mbps，上行速率為50Mbps
-工業感測器的時延目標為100毫秒，影片監控為500毫秒（最低要求）–不過 5G RedCap可以實現更低的時延
-一根發射天線和至少一根接收天線（最多可選擇兩根）
我們在下面列出了5G RedCap在物聯網生態中的一些潛在用例，但所有的中速物聯網用例都可以使用5G RedCap:
• 感測器：壓力感測器、溼度感測器、溫度感測器、運動感測器、加速度感測器和致動器
• 工業無線感測器網路
• 監控攝像頭: 智慧城市、工廠以及其它工業場所
• 可穿戴裝置：智慧手錶、戒指、電子健康裝置和醫療監控裝置
• 智慧電網
• 銷售點終端系統(POS)
• 智慧儀表
• 遠端資訊處理
• 工業物聯網（IIoT）：擴增實境頭盔、自動導引車和機器人控制
定於2024年一季度釋出的3GPP R18將包含額外的功能。具體來說，R18將著眼於效能介於3GPP R17 RedCap和現有LPWA裝置(如LTE-M和 NB-IoT)之間的物聯網裝置。需要注意的是，該類別不應與LPWA重疊，因為LPWA保有更好的功耗和覆蓋範圍指標。
被納入考慮範圍的新特性/功能包括：
• 與R17規定的資料速率相比擁有更高的資料傳輸速率
• 定位：基於位置的服務應用(如資產跟蹤)
• 裝置對裝置協議(側行鏈路):裝置(如可穿戴裝置)可以直接與附近的智慧手機或聯網車輛通訊
• 支援使用非授權頻譜
• 進一步降低5G RedCap使用者裝置的複雜性與成本
同樣值得注意的是，預計R18中的5G RedCap裝置型別類似於LTE Cat-1和Cat-1bis，將具有10Mbps的資料速率(下行鏈路)能力。這種能力使得RedCap非常適合成為這些LTE類別的長期延續。
Omdia分析
4G中端連線能力技術(LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4)構成模組出貨量的主體
圖1顯示了出貨的物聯網模組中LTE Cat-1、Cat-3或Cat-4模組相較於其它模組(包括所有的2G、3G以及剩餘的4G和5G模組)的比例。中速4G LTE標準(Cat-1、 Cat-3和Cat-4)是全球最受歡迎、最為廣泛使用的蜂窩物聯網標準，佔到2023年模組出貨量的50.3%。
1. Figure 1: Over half of modules (50.3%) shipped in 2023 are either LTE Cat-1, Cat-3, or Cat-4
與低速LTE類別相比，4G LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4標準提供了最佳化的資料傳輸速率與時延；與高速LTE類別相比，其硬體價格更具競爭力、複雜性更低。相比之下，5G標準目前還沒有與4G標準中的LTE Cat-1、Cat-3和Cat-4相對應的中速應用；5G標準只提出了eMBB、URLLC和mMTC這三個極端場景。
4G中端連線技術沒有演進
目前，LTE Cat-1、LTE Cat-1bis、LTE Cat-3和LTE Cat-4等4G中端連線技術還沒有演進。如本報告的序言所述，eMBB和URLLC等高效能技術將成為更高等級的LTE技術（介於LTE Cat-6和Cat-24之間）的延續。2G和3G等較低階別的技術將在未來幾年切換為mMTC (NB-IoT或LTE-M)網路，特別是在許多2G和3G網路已經關閉的情況下。因此，確保目前使用4G技術的物聯網裝置/用例的使用期限尤其需要5G中端連線技術。至少從長遠來看，如果沒有對應的5G中端連線技術，目前使用LTE技術的裝置將會面臨網路衰落的風險。在經歷從2G/3G切換到NB-IoT/LTE-M的複雜歷程後，沒有人希望看到這種情況再次發生。
從邏輯上講，由於設計標準非常相似且可以用於相同的用例，RedCap將成為LTE Cat-1/1bis和LTE Cat-4的演進技術。請考慮以下示例:
- 高通公司的QCX216 LTE Cat-1bis晶片於2022年12月推出；根據產品介紹，該產品專為智慧水電錶、跟蹤器、電子計量和智慧城市等用例而設計。UNISOC是LTE Cat-1bis領域的最大參與者，其8910DM模組已經被部署在支付系統(POS)、智慧電錶和工業控制系統中。與LTE Cat-1的用例相比，這些用例在尺寸上受到的限制要略微多一些– LTE Cat-1需要兩根天線，而LTE Cat-1bis只需要一根天線。
- 自2008年3GPP R8釋出LTE Cat-1以來,該技術一直髮展得很好。它已經被部署在工業自動化、遠端資訊處理、影片監控、數字標牌和支付系統中(沒有受到太大的尺寸限制)。
- 對中速連線技術而言，電動汽車(EV)充電站是一個快速發展的用例。近年來，電動汽車得到了政府的大力支援，比如美國出臺了《基礎設施法案》，將在2030年前建設50萬個充電站。英國也有類似的舉措，要求所有新建的住宅、工作場所和購物中心都要安裝電動汽車充電站。這些裝置將產生對司機和充電站運營商有用的資料，比如基於使用情況的分析、電池狀況資料以及計費資訊。它們將需要能夠處理足夠資料吞吐量、安裝和操作成本足夠便宜的連線技術; 因此，中端連線技術最適合這些裝置。
這些都是5G RedCap將要支援的用例，從而確保這些裝置在4G關閉之後(預計許多將在2030 – 2040年之間關閉)能夠連線到下一代電信網路。
來自：Omdia