5G Advanced 和 RedCap：物联网缺失的一环

作者：Marc Kavinsky，物联网商业新闻首席编辑。

多年来，物联网 (IoT) 的前景一直与连接息息相关。数十亿个传感器、设备和机器预计将在各个行业无缝运行，从制造业到物流业再到医疗保健。然而，网络层往往成为瓶颈——要么成本过高，要么功耗过高，要么功能有限，无法满足各种物联网用例的需求。

随着 5G Advanced 和一种名为“精简功能 (RedCap)”的新型设备类别的到来，物联网生态系统正在进入一个新阶段。这一演进在 3GPP Release 17 中正式确立，并在 Release 18 中进一步完善，它引入了一种连接选项，弥合了高性能 5G 设备与超低功耗窄带物联网 (NB-IoT) 或 LTE-M 模块之间的差距。

换句话说：RedCap 旨在使 5G 对于不需要增强型移动宽带 (eMBB) 全部功率的物联网部署更加实用、经济实惠且节能。

什么是 RedCap?

RedCap(Reduced Capability NR)是 5G 新空口 (NR) 的精简版本，专为中端物联网和工业设备而设计。虽然智能手机或 AR 头戴设备等 eMBB 设备需要最大吞吐量和最低延迟，但许多物联网终端并不需要。可穿戴医疗监视器、监控摄像头或工业传感器最多可能需要每秒数十兆比特的速率，同时具备强大的可靠性和合理的能效。

RedCap 消除了不必要的复杂性。从技术角度来看，这意味着：

• 更低的带宽支持：RedCap 设备通常在 20 MHz 信道上运行(而 eMBB 则需要 100 MHz 或更高)。
• 减少天线配置：它们使用更少的 MIMO 层(通常为 1×1 或 2×2)，从而降低了成本和功耗。
• 简化处理：通过消除一些高级功能，降低了芯片组的复杂性，从而降低了设备价格。

最终实现了一个最佳平衡点：性能显著优于 LTE-M 或 NB-IoT，但成本和功耗预算仅为完整 5G 模块的一小部分。

为何现在? 5G Advanced 的时机

电信行业一直对 RedCap 持谨慎态度。虽然 5G 网络于 2019 年开始部署，但大多数部署都集中在智能手机和固定无线接入上。物联网模块通常受利润空间和 7-10 年的使用寿命限制，无法支撑昂贵的早期 5G 组件。

随着 3GPP Release 17 于 2022 年标准化，以及 Release 18(“5G Advanced”)于 2024 年最终确定，RedCap 现已做好市场准备。网络开始支持它，芯片制造商正在推出模块，企业也在试点实际用例。

这是一个重要的时机，原因有三：

1.传统网络的衰落：2G 和 3G 正在全球范围内逐步淘汰。RedCap 为物联网迁移提供了一条长期路径。

2.工业需求：智能工厂、公用事业和物流等用例需要比 NB-IoT 功能更强大、但比完整 5G 更经济的技术。

3.全球协调：标准化确保了跨市场的可扩展性、漫游和互操作性。

RedCap 的比较结果如何?

为了理解其价值，需要将 RedCap 与现有的物联网连接方案进行比较：

• NB-IoT / LTE-M：成本极低、功耗低，但吞吐量有限(数十至数百 kbps)。非常适合简单的传感器和仪表。
• 5G eMBB：高吞吐量(高达数 Gbps)、低延迟，但成本和能耗较高。最适合智能手机、VR/AR 和自动驾驶汽车。
• RedCap：中等吞吐量(数十 Mbps)、中等延迟、较低复杂度。非常适合可穿戴设备、工业相机和联网机器。

这种“中间地带”至关重要。它使行业能够超越基本遥测技术，同时避免高端 5G 模块的成本。

潜在用例

RedCap 并非适用于所有物联网场景，但它在几个新兴应用中表现出色：

1.工业自动化

智能工厂依赖于联网机器人、摄像头和控制系统。其中许多设备需要中等吞吐量和可预测的延迟。 RedCap 模块可以大规模支持这些应用，并通过私有 5G 网络确保可靠性。

2.可穿戴设备和医疗保健

血糖监测仪、心脏贴片或联网智能手表等设备需要可靠的连接、移动性和长续航时间。RedCap 无需 5G 网络的过度部署即可满足这些需求。

3.视频监控和智慧城市

公共场所或工业场所的摄像头产生的数据量超出了 NB-IoT 的处理能力，但它们并不需要千兆级速度。RedCap 数十 Mbps 的速率非常理想，尤其是在 5G Advanced 中结合上行链路优化后。

4.能源和公用事业

电网监控、油气传感器以及远程资产管理需要在恶劣环境下实现可靠的连接。RedCap 在性能和耐用性之间取得平衡，尤其是在与私有网络或混合网络配合使用时。

5.物流和车队管理

除了 GPS 追踪器之外，车队越来越需要实时诊断、视频和状态监控。RedCap 可在不消耗电池或预算的情况下实现这些目标。

5G Advanced 的作用

Release 18 中定义的 5G Advanced 进一步增强了 RedCap 的各项功能。关键改进包括：

• 扩展覆盖范围：更好地支持具有挑战性的环境，例如室内深处或乡村地区。
• 节能：改进的休眠周期和降低信令开销的机制，直接提升物联网电池续航能力。
• 定位精度：亚米级位置追踪为资产管理和工业自动化打开了大门。
• 上行链路改进：对于视频和传感器密集型应用至关重要，尤其是在智慧城市和工厂中。

这些改进将 RedCap 从理论上的桥梁变成了切实可行的工具。

市场准备就绪

生态系统正在逐渐凝聚：

• 高通、联发科和紫光展锐等芯片组供应商已宣布推出支持 RedCap 的平台。
• 模块制造商正在推出针对可穿戴设备、路由器和工业设备的 RedCap 产品。
• 欧洲、北美和亚洲的运营商正在现网测试 RedCap，预计 2025 年将推出部分商用版本。

然而，普及仍需时日。模块成本需要下降，漫游协议必须成熟，企业也会权衡 RedCap 与成熟的 LTE-M 部署。分析师预计，RedCap 的出货量将从 2026 年开始大幅增长。

未来挑战

尽管 RedCap 前景光明，但仍面临诸多挑战：

•  生态系统惯性：许多行业已经依赖 LTE-M/NB-IoT，可能不愿切换。
• 成本压力：模块价格必须接近 LTE 才能实现大规模采用。
• 漫游和全球频段：确保全球互操作性对于物流和可穿戴设备至关重要。
• 来自非蜂窝物联网的竞争：LoRaWAN 和 Wi-SUN 在公用事业和智慧城市部署领域依然强劲。

企业需要仔细评估总体拥有成本，并将设备寿命、覆盖范围和监管要求纳入考量。

结论

物联网领域长期以来一直需要一个介于窄带传感器和高性能 5G 设备之间的“中间方案”。由 5G Advanced 提供支持的 RedCap 或许最终能够实现这一目标。它实现了吞吐量、能效和成本之间的平衡，有望解锁从智能工厂到互联医疗保健等全新类型的物联网应用。

如果说 5G 曾一度被视为物联网发展速度过快、发展速度过快，那么 RedCap 或许将成为转折点。未来两到三年，它将决定它能否成为工业物联网时代的默认连接标准。