5G R17中的RedCap是什么技术？

溯溪而上

转自 网优雇佣军

几天前，3GPP宣布5G R17标准冻结。在R17版本中，RedCap这个“小红帽”尤为显眼，被誉为5G物联网不可或缺的一块大蛋糕。

那究竟什么是RedCap？下面来聊一聊。

为什么要定义RedCap？

大家先来看看可穿戴设备（包括可穿戴手表、AR/VR眼镜等）、工业无线传感器、监控摄像头这三类终端对网络能力的需求：

众所周知，5G eMBB支撑载波带宽100MHz以上，峰值速率可达10Gbps；uRLLC支撑毫秒级时延和超高可靠性；而mMTC由4G时代的NB-IoT和eMTC演进而来，主要支撑带宽小于1.4MHz、速率低于1Mbps的低速率、低成本、低功耗的物联网连接。

但从上表不难发现，可穿戴设备、工业无线传感器、视频监控等用例的网络能力需求介于eMBB、uRLLC和mMTC能力之间。

因此，为了匹配对速率、设备成本和电池寿命等要求介于eMBB、uRLLC和mMTC之间的这些用例，3GPP在R17版本中定义了对RedCap NR设备的支撑。

从技术演进的角度看，一方面，4G有成本更低的LTE Cat-1、Cat-3、Cat4中速率物联标准，但没有面向5G NR的平滑升级路径；另一方面，5G还没有与4G相对应的中速率物联标准，现有支撑5G eMBB的模块价格较高，因此，为扩大5G时代的物联网市场，行业亟需定义更简化、成本更低的5G中速率物联标准。

RedCap不仅功能更简化、成本更低，更重要的是，相比4G LTE中速率物联网方案，其原生于5G，天然具有5G NR的优势，比如支撑包括毫米波在内的非常广泛的频段、网络效率更高、支撑波束赋形、可连接到5G核心网等，还可以在NR载波上与NR eMBB和uRLLC共存，因此，RedCap有望替代4G中速率物联，支撑更庞大的物联市场。

在R17版本，RedCap主要支撑用例如下：

• 工业传感器：压力传感器、湿度传感器、温度计、运动传感器、加速度计和实行器等

• 监控摄像头：应用于智慧城市、工厂和其他工业场所

• 可穿戴设备：智能手表、电子健康相关设备、医疗监控设备、AR/VR眼镜等

在R18版本中，RedCap还将进一步降低终端复杂度，支撑更广泛的速率，以及可能增加支撑定位、sidelink协议、非授权频谱等能力，以支撑更多用例。

裁剪了哪些能力？

RedCap，全称Reduced Capability NR，直译过来就是缩减NR能力的意思。在标准研究过程中也有厂商叫它NR-Light或NR-lite，后来3GPP正式将它命名为RedCap。

RedCap到底裁剪了哪些能力？

如上表，在R17中RedCap主要裁剪了以下功能，从而将终端复杂度和成本下降50%至65%。

• 最大带宽从NR的100MHz缩减为20MHz

• 最小天线配置从NR的2T4R减少到1T1R或1T2R

• 最小下行MIMO层数减少至1

• 最大调制阶数最低可支撑64QAM

• 引入了半双工模式

通过最大化功能剪裁后，RedCap在FR1频段范围内可支撑约20Mbps-100Mbps范围的上下行理论峰值速率，足以满足大多数的中速物联需求。

当然，为了实现更高的峰值速率，RedCap终端设备也可以不用裁剪得这么狠，也可以选择更高级的功能，比如支撑2个接收天线、2个下行MIMO层、256QAM、全双工FDD等。

通过剪裁，在数据速率方面，RedCap与LTE Cat-4终端能力接近。

除了剪裁了以上列出的物理层功能，RedCap也对一些更高层的功能进行了剪裁，比如规定DRB的最大数量从16个减少至8个，将PDCP SN和RLC-AM SN长度从18比特减少至12比特，可选支撑ANR功能等。

有哪些关键技术？

除了功能裁剪，需重点提及的是，为了降低终端设备功耗，RedCap在R17中引入了两大可延长电池寿命的节能技术：eDRX和RRM测量放松。

eDRX

一方面，终端与网络之间的数据流通常是间隙性的或突发性的；另一方面，如果终端一直监听网络寻呼，耗电很大。基于此，为了让终端更省电，5G R15版本中为NR引入了DRX（不连续接收）机制，其在RRC_IDLE（空闲态）和RRC_INACTIVE（非激活态）状态下，让终端周期性地监听PDCCH信道以接收寻呼消息，剩余时间则进入休眠状态（关闭接收器），不用监听寻呼，从而可以降低功耗。

在NR中，RRC_IDLE和RRC_INACTIVE状态下的DRX周期最大为2.56秒。

而RedCap引入eDRX机制，顾名思义就是扩展的DRX机制，其将RRC_IDLE状态下的DRX周期扩展到长达10485.76秒（即大约3小时），将RRC_INACTIVE状态下的DRX周期扩展到10.24秒，从而终端休眠时间更长，更加节省功耗，更能延长电池寿命。

值得一提的是，使用DRX机制时，需在终端功耗与时延之间权衡，即DRX周期越长，下行时延可能就越大。由于RedCap在时延和可靠性上没有eMBB/uRLLC用例要求严苛，这为RedCap采用eDRX机制提供了可能。

RRM测量放松

终端在RRC-IDLE和RRC_INACTIVE状态下，会频繁实行RRM（无线资源管理）测量，以确保终端驻留在最佳的可用小区。RRM测量主要测量服务小区和相邻小区的RSRP和RSRQ值。RRM测量尽管可以确保终端能获得最佳的连接质量，但会导致即使终端与网络之间没有数据传输时也会耗费电池电量。

对此，在R16版本中，针对低速移动和非小区边缘场景定义了RRM测量放松机制，当满足低速率条件一定时间或同时满足低速率和非小区边缘条件时，允许设备放宽相邻小区测量，比如通过加大RRM测量周期来降低邻区测量次数和小区测量数，从而减少终端耗电。而在R17版本中，针对RedCap终端进一步延长了放宽时间。

此外，如上所述，由于RedCap原生于5G，天然具有5G NR的优势，RedCap还能与5G切片、UPF下沉、uRLLC能力、覆盖增强、5G LAN、5G定位、终端节能等技术相结合，灵活匹配多样化的中速率物联网应用，从而更好赋能各行各业。