5G轻量化(RedCap,Reduced Capability的缩写)技术是3GPP针对中高速连接专门立项研究的一种新技术标准,是简化版的5G。该项技术是5G实现人、机、物互联的重要基础,将在构建物联网新型基础设施、赋能传统产业转型升级、推动数字经济与实体经济深度融合等方面发挥积极作用。

本页面主要目录有关于5G轻量化(RedCap)的:定义、发展历程、技术原理、性能指标、技术特点、场景应用、影响评价、相关合集等介绍

英文名

5G Reduced Capability

别名

5G RedCap

运用领域

通讯

关键技术

通过减少终端带宽、收发天线数量、降低调制阶数等方式降低终端成本和功耗

简介

2019年,3GPP标准组织开始RedCap技术研究。2021年3月,中国CCSA标准化组织启动了RedCap的相关研究和立项工作。同年7月,工业和信息化部发布《5G应用“扬帆”行动计划(2021一2023年)》。2023年10月,工业和信息化部办公厅发布关于推进5G轻量化(RedCap)技术演进和应用创新发展的通知,明确了5G RedCap发展目标、主要任务、保障措施等内容。2024年2月26日,在巴塞罗那举行的2024MWC世界移动通信大会上,成都新基讯科技有限公司正式发布了IM6501和IM2501两款5G轻量级芯片。中国联通和华为联合孵化并首发了RedCap(降低能力)、多频组网MB-SC等5G-A关键技术。

5G轻量化技术作为5G网络发展的重要方向,它可以通过减小设备的体积、重量和功耗,提高设备的便携性和灵活性,为用户提供更快速、可靠的网络连接。同时,轻量化的5G网络还可以降低网络建设和运维成本,提高网络的效率和可持续性。

定义

5G轻量化是3GPP标准化组织定义的一种5G技术,通过减少终端带宽、收发天线数量、降低调制阶数等方式降低终端成本和功耗。是5G实现人、机、物互联的重要基础,在构建物联网新型基础设施、赋能传统产业转型升级、推动数字经济与实体经济深度融合等方面发挥积极作用。

发展历程

2019年,3GPP标准组织开始RedCap技术研究。2021年3月,中国CCSA标准化组织启动了RedCap的相关研究和立项工作。7月,工业和信息化部发布《5G应用“扬帆”行动计划(2021一2023年)》。2022年3月,IMT一2020(5G)推进组基于产业发展节奏,明确了中国RedCap技术试验规划包括制定试验规范和构建测试环境两部分,并分两个阶段组织RedCap技术与产品测试。6月,3GPP R17冻结,RedCap完成标准化。

第一阶段的关键技术试验于2022年11月完成,验证了RedCap各项关键技术以及测试终端与系统配合工作的基本能力。其中,华为、中兴、中国信科、爱立信和诺基亚贝尔5家系统厂商通过升级5G商用基站软件,完成了系统侧的RedCap关键技术功能和外场性能测试:翱捷科技(ASR)、紫光展锐等厂商基于芯片的RedCap测试终端参加了关键技术功能和外场性能测试;vivo、必博科技基于RedCap终端原型验证平台参加了关键技术功能测试。第二阶段的RedCap设备端到端功能和互操作试验工作已于2023年初启动。2023年6月,推进组发布了《RedCap终端设备技术要求》《RedCap终端设备测试方法》《支持RedCap的基站设备技术要求》《支持RedCap的基站设备测试方法》《RedCap外场性能测试方法》和《RedCap终端与基站互操作测试方法》等6项设备级技术试验规范。2023年的试验将在第一阶段关键技术测试的基础上,重点验证RedCaD设备和系统的商用能力,增加面向商用需求的基站功能、终端功能、终端与系统的互操作以及外场性能测试。产业界进行RedCap芯片终端与5G系统的调试,8月底正式启动测试,11月前完成二阶段全部试验工作,为中国RedCap的正式商用提供技术支撑。

2023年10月17日,工业和信息化部办公厅发布《关于推进5G轻量化(RedCap)技术演进和应用创新发展的通知》,提出到2025年,中国县级以上城市实现5G轻量化规模覆盖。2024年2月,中国移动携手10余家合作伙伴率先完成大规模、全场景、全产业的RedCap(5G轻量化)现网规模试验,推动首批芯片、终端具备商用条件,RedCap端到端产业已全面达到商用水平。2月26日,在巴塞罗那举行的2024MWC世界移动通信大会上,成都新基讯科技有限公司正式发布了IM6501和IM2501两款5G轻量级芯片,标志着成都高新区本土企业在5G通信产业发展中跨入产业化阶段。中国联通和华为联合孵化并首发了RedCap(降低能力)等5G-A关键技术。

技术原理

5G轻量化主要通过UE设备精简,在适当降低性能的情况下大幅度降低终端成本,从而更好地规模应用在物联网领域。3GPP TR 38.38.875对标NR标准终端,研究了几种RedCap UE精简措施,主要包括:减少终端天线数量,降低UE带宽,采用FDD半双工方式,放松UE处理时延要求,放松UE支持的最大层数,放松UE支持的最大调制阶数。

性能指标

经过持续攻关、试验以及产品性能迭代,终端设备在2.6GHz网络中上/下行峰值速率可达20Mbps/145Mbps,平均组网速率12Mbps/71Mbps;在700MHz网络中上/下行峰值速率可达112Mbps/210Mbps,平均拉网速率71Mbps/90Mbps;用户面时延20-30ms,切换成功率100%,基本功能和性能符合预期;网络侧支持多BWP等增强功能、切片资源预留等融合功能,可满足视频监控等场景大容量需求、可穿戴设备语音及移动性需求、电力等场景高隔离需求。RedCap网络、芯片、模组已全面具备商用条件。

技术特点

终端复杂度降低

RedCap的许多业务都可以由低等级LTE终端替代,这些LTE终端的硬件要求比NR终端更为简单。因此,需要引入一种复杂性较低的NR终端,以更好地适配现有5G网络。在R17版本中,相对于常规的5GNR终端,RedCap技术在减少最大终端带宽、减少终端的最小天线配置、放宽最大下行调制阶数和支持FDD频段的半双工操作等方面进行了简化。与常规NR终端相比,RedCap终端预计可将低频段或中频段(FRl)终端的调制解调器复杂度降低约65%,将高频段(FR2)终端的调制解调器复杂度降低约50%,同时保持足够高的峰值数据速率,以便服务于要求更高的物联网应用场景。

节能技术优化

3GPP在R17版本中为RedCap终端引入了扩展不连续接收(eDRX)机制和放宽无线资源管理(RRM)的方式延长电池寿命。

扩展不连续接收(eDRX)机制

在物联网中,终端和网络之间的数据流量通常具有间歇性或突发性。在数据包到达前,接收机处于不活动状态;而当接收机需要接收数据流量时,则需要进入连续活动期。在R15版本中,3GPP为NR引入了不连续接收(DRX)机制,允许终端在不活动期间进入“休眠”状态。

在空闲和非活动无线电资源控制(RRC)状态下,配置DRX的终端基于DRX周期在寻呼时机监视下行控制信道(PDCCH),以接收寻呼消息的调度信息。终端可以在剩余时间内进入省电状态(例如关闭接收器),从而显著降低功耗。

在R17版本中,RedCap引入了eDRX机制以进一步优化节能效果。eDRX在DRX机制基础上,采用了更长时间的休眠模式,以此降低功耗、获得更高的续航能力。终端在休眠周期结束之前无法响应,因此在配置eDRX周期时,终端唤醒频率较低,并且不强制要求在休眠周期期间监控寻呼消息和通知。但eDRX技术在显著降低终端功耗的同时,也存在增加下行链路时延等问题。由于RedCap没有像eMBB、uRLLC应用那样的低时延要求,因此可以牺牲时延性能来提高电池寿命。此外,当上行链路中有数据活动时,终端无法保持在休眠状态。因此,上行链路中的数据传输越频繁,电池寿命的性能提升就越小。

无线电资源管理(RRM)测量放宽

在5G网络中,终端会对基站广播的下行链路信号执行RRM测量。由于接收机(有时还包括发射机)需要始终保持活动状态,因此该过程会消耗终端中的能量。要想延长终端电池寿命,可以通过放宽RRM测量(即允许RedCap终端降低执行测量的频率)以减少消耗。结合eDR×和RRM放宽,可大大延长RedCap终端电池寿命,为物联网实际应用提供坚实基础。

场景应用

智慧社区

厦门、深圳等多个城市已完成RedCap视联网商用验证,5G RedCap模组成功应用在视联网中的AI垃圾分类、城管智能执法监控、城市智能管理等场景中。

智慧渔排

中国多个沿海城市已经开展RedCap智慧渔排试点项目,通过智慧监控管理平台,纳管接入渔排视频采集RedCap模组及终端,为用户提供全天候监控服务,并依托人工智能技术,分析拍摄的高清视频、设置电子围栏、提供防落水人工智能识别,实时提醒工作人员潜在风险。

智慧电力

在电力领域,运营商开展多项RedCap智慧电力试点项目,连片开通电力硬切片、进行RB资源预留,同时结合硬切片基站,开通RedCap功能,通过智慧电厂管理运维系统,满足电力业务需求。

影响评价

轻量化的5G网络设备体积小、重量轻、功耗低,便于部署和移动,这使得5G网络可以更好地支持物联网、智能城市、智能交通等大规模连接和高密度通信的应用。轻量化的设备还能够降低网络建设和运维成本,提高网络的效率和可持续性。此外,轻量化的5G网络还可以提供更快速、可靠的网络连接,为用户带来更好的使用体验。

全球有7个国家超过10家运营商完成RedCap商用试点。其中,中国移动、中国电信、中国联通在上海、杭州、宁波、深圳、佛山、宁德、济南、苏州等超过10个地市已实现RedCap端到端商用部署,覆盖工业、电力、车联等多个行业。

注释

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3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴计划