RedCap 如何适应 5G 和物联网时代

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5G 的真正潜质并不在于手机,而在于工业和商业应用,网络运营商希望通过这些应用收回其在 5G 网络基础设施和频谱方面所做的巨大投资。面向物联网的 5G 将移动网络拓展至数十亿个物联网节点。这是一个比消费者应用更远大的目标,因为 5G 必须适应终端的多样性。这些终端“物”包括需要大量带宽和“频繁开启”操作的手机和固定无线网络到不经常发送数据或收发小数据包的传感器模块。但许多物联网产品的需求都介于这两者之间。它们不需要高速的 5G 性能,但对功率/成本的要求比电话或固定、终端更严格,而且在各种应用中都要求极低的延迟。这就是新的 5G RedCap 标准的用武之地。

3GPP 宽带标准指定了四个不同(但相关)的发展方向(见图 1)。第 15 版中指定的第一个也是主要的方向是增强移动宽带 (eMBB),面向消费类手机和固定无线接入 (FWA)。第 16 版中指定的第二个方向涵盖超高可靠性、低延迟通信 (URLLC)。这个方向面向的是对时延敏感的边缘计算,并为未来的 AR/VR 设备提供支持。第三个方向是 Sidelink。Sidelink 主要面向汽车 V2X,以及自第 18 版开始才会支持非汽车应用,涵盖工业和物联网(此领域中将与 RedCap 融合)。第四个方向是物联网 5G。LTE(尤其是 LTE Cat-1)目前为这些应用提供部分服务,但随着在第 17 版中引入 5G RedCap,5G 现在已完全接管这些服务。第 18 版中预计会提供进一步的改进和优化。

 

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 15G 涵盖四个不同但相关的发展方向

什么是 RedCap?

RedCap 5G 的优势,尤其是网络方面,其性能与上一代 LTE 相当,而延迟显著降低,针对的是支持 eMBB 和 URLLC 的全性能 5G 设备(峰值速率在 Gbps 范围内)与窄带宽大规模机器通信(mMTC,支持 1 Mb/秒)之间缺失的性能等级。RedCap 设备将支持大约 85 Mb/秒的性能等级,可用于各种工业和物联网应用。

通过 5G 网络支持物联网,可以实现经济高效的部署(无需支持三种网络:5G、LTE 和 eMTC/NB-IoT)。5G Redcap的使用案例,这与专用网络的快速增长相吻合。RedCap 与专用网络相结合,针对企业和工业应用的经济高效的部署开辟了新的解决方案。5G 网络还可提供更多频谱选项,包括未经许可的频谱。RedCap还将支持毫米波的操作,在那里,有限的覆盖范围在频谱再利用方面变得很有优势。5G 网络利用先进的波束形成技术(复杂性在于基础设施方面),还可在低于 6GHz 的范围内提供更广的覆盖范围,使用户端设备更精简、紧凑及节能。5G 还可以改进设备定位,并有望在第 17 版中实现厘米级定位精度,进一步促进工业应用。

5G 网络提供比 LTE 更出色的网络管理,支持有保障的服务质量 (QoS)。通过基于软件的网络切片、安全和移动边缘计算 (MEC) 选项,通用网络基础设施可以提供这种增强的管理。网络切片(图 2)可以提供多级 QoS,而无需增加硬件,并重新使用相同的网络基础设施来支持高度分散的工业应用。MEC 将传统云计算功能迁移到网络中,以减少拥塞,提高成本,降低延迟。比如说,安全和人工智能功能可在本地网关中提供。专用蜂窝网络是另一种可能的应用,在这种应用中,增强安全程度、以及根据相应网络的需要微调功能比高性能更重要。

 

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 2:网络切片允许专用网络应用特定用途定义的配置运行。

这些增强功能可使哪些类型的物联网应用受益?

  • 工厂和电网中的工业传感器(压力、CO2、湿度、运动、温度传感器等);
  • 监控监测器;
  • 可穿戴设备(包括眼镜形式的新兴 XR 设备)、汽车远程信息处理;
  • 电子健康和医疗监测设备。

这些应用,其共享的信息具有某种程度的关键性,或必须对这些信息作出反应。然而,这些应用对成本和功率限制非常敏感。RedCap 旨在帮助物联网产品制造商找到合适的平衡点。

汽车遥测是一个具体示例。我们通常会想到蜂窝式 V2X 在车辆中的应用,用于与其他车辆或基础设施进行通信,以确保安全、导航和交通管理。这就需要 Sidelink 通信提供专属支持,以及类似 5G Redcap 的性能。遥测是一种截然不同的应用。车联网通信盒 (T-Box) 是现代汽车中的一个成熟电子设备,负责远程连接车辆功能等。这些系统使用蜂窝技术,而新兴系统则开始使用 5G。在这种应用中车联网通信盒可以处理无线更新、收集和传达车辆统计数据,并在检测到问题时安排服务。车联网通信链路的数量将超过 V2X,而且很适合 Redcap 性能范围。

针对 RedCap 的设计?

RedCap 尚未完全获批;预计将在 2022 年年中获批。我们预计,将在 2024-2025 年之间对 RedCap 进行初始部署,在 2026 年之后将实现用户数量激增。

在 RedCap 上线后,如果要更改通信方法,就可能造成昂贵的时间和开发成本。我们建议你在设计架构的时候,选择支持LTE运行的通信系统,但该系统可以通过软件更新轻松切换到RedCap。许多产品制造商都渴望找到这样一种解决通信问题的解决方案。通信链路将帮助他们迅速推出产品,并在 5G RedCap 标准成熟时平稳迁移到这种新标准。表 1 对比了 5G 的三大细分市场。

在不影响短期收入的情况下,为下一代做规划始终存在风险,但这种风险应该是可控的。由于物联网应用需要低成本设备,我们预计 RedCap 的实施将更加集成,不仅是数字基带和 RF 部分,而且在某些情况下还与其他互补通信技术以及特定应用的 SoC 集成。这将允许对SoC进行优化以适应特定的使用情况,并为不专门从事通信的新供应商和OEM 提供选择,通过将 RedCap IP 集成到 SoC 实现产品差异化优势,就像他们现在为Wi-Fi做的那样。

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