RedCap部署策略建议

曹 恒，尚海波，平军磊，张 鹏（.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007；.中国联合网络通信集团有限公司，北京 00033）

1 概述

5G 主要面向三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）。3GPP通过3个版本的标准完成5G第1阶段的技术演进，Rel-15 是现网商用版本，重点满足增强移动宽带（eMBB）和基础的低时延、高可靠（uRLLC）应用需求；Rel-16 主要聚焦于eMBB 的增强以及低时延、高可靠能力的完善，关注垂直行业应用及整体系统性能的提升；Rel-17 对5G 基础能力和垂直行业技术进行增强，并引入了许多全新的特性和技术，如RedCap等。

RedCap 技术是在确保应用需求和性能的前提下，通过削减设备的能力，降低终端设备的复杂度，达到降低成本和功耗、延长使用寿命等目的。同时继承了5G 原生能力，可支持5G LAN、uRLLC、切片等垂直行业增强特性，满足行业用户的增强需求，是5G 物联网最核心的标准技术。

2 RedCap关键特性与能力

RedCap 作为“轻量化”5G 技术，相对于Rel-15/Rel-16 的eMBB 和uRLLC 设备，RedCap 设备具备低复杂度和成本，设备尺寸满足紧凑型设计要求，可以在NR 全频带内部署，并支持FDD 和TDD 模式，其关键特性及效果如表1所示。

表1 RedCap“轻量化”关键特性及效果

移动物联网重点面向4 类应用场景需求：采用NB-IoT 满足大部分低速率场景需求，采用4G Cat.1、5G RedCap（R18）满足中等速率物联需求和语音需求，采用4G Cat.4、5G RedCap（R17）满足中高速率场景需求，采用5G NR技术满足更高速率、低时延联网需求。

RedCap 终端在最大工作带宽、调制阶数、数据速率等方面与4G Cat.4终端相当，可以通过支持uRLLC、节能、覆盖增强、切片、SUL、5G LAN 等技术实现能力的组合增强，更好地满足垂直行业的需求，RedCap 综合能力将超越现有的4G Cat.4终端。随着标准继续演进，预计在2024 年的Rel-18 标准中，RedCap 将对标4G Cat.1/1bis，通过缩减业务带宽至5M、降低峰值速率等进一步降低终端复杂度。

物联网业务分类和技术特点对比如表2所示。

表2 蜂窝物联网连接分类及业务技术特点

3 RedCap应用场景及产业生态

3.1 RedCap行业需求及应用方向

在3GPP 标准化工作中，产业界划分出适用于RedCap的典型应用场景包括工业无线传感器、视频监控和可穿戴设备。受政策、产业、市场等多方面因素影响，国内在配电自动化、车联网领域也有广泛的应用空间。

a）工业无线传感器通过内置5G 模组或外接5G终端设备采集运行数据，产品形态主要包括DTU、CPE、工业网关等。工信部《5G 全连接工厂建设指南》提出十四五期间推动万家企业开展5G 全连接工厂建设，工业数据采集逐渐成为实现企业数字化转型的基础环节，未来连接规模可达百万级。

b）视频监控应用广泛，中国每年销售超过1.2 亿只摄像头，目前摄像头无线化比例低于3%。但据公安部门统计，城市安防的有线传输摄像头在线率为70%～90%，离线的原因主要是光纤不可达、传输损坏等，摄像头无线化是刚性需求。标准5G主要用于移动性及速率时延要求较高场景，Cat.1/4 主要用于移动性要求不高的场景。RedCap 可满足中高端视频监控业务中存在高清、低功耗需求和有政策+成本驱动的典型场景，如政法公安高清执法、行业作业AR 摄像头等。

c）随着人们对大健康的关注度逐步提升，智能手表、智能手环、慢病监测设备、医疗监控设备等实现了大规模普及。这些业务普遍要求设备体积小、功耗低。其典型业务需求包括下行参考速率为5～50 Mbit/s、上行参考速率为2～5 Mbit/s；下行峰值速率为150 Mbit/s、上行峰值速率为50 Mbit/s；电池的理想工作续航为数天甚至1～2 周。智能穿戴产品在迭代的过程中，亟需更强的网络连接能力、更低的功率消耗、更小的设备体积以及更丰富的软件功能。LTE Cat.1 在承接2G 网络换代之后，逐步扩大应用场景。同时也为5G Red-Cap在可穿戴领域奠定良好的基础。

d）国家能源局发布《能源领域5G 应用实施方案》等一系列政策，明确在电力行业的发电、输电、变电、配电、用电等环节开展5G应用场景和解决方案的创新试点工作。其中在配电环节中的应用主要是数据采集和远程控制，其具有终端数量多、覆盖面广、场景复杂、可靠性及时延要求高等特点，由于需要规模连接，对成本较敏感，RedCap 终端将有效降低5G 电力终端及模组的成本，助力电力行业5G应用规模推广。

e）目前随着智能网联汽车技术持续推进，C-V2X量产前装已经成为车企共识。《智能网联汽车技术路线图2.0》规划中提到2025 年部分自动驾驶（PA）、有条件自动驾驶（CA）级智能网联汽车渗透率持续增加，预计到2025 年达50%，2030 年超过70%，2025 年CV2X 终端的新车装配率达50%，2030 年基本普及。当前量产车市场正处于4G/5G 迭代窗口期，量产汽车的5G 发展可能直接转向5G 高品质路线。根据细分场景分析，重点关注自动驾驶领域的RedCap 示范应用，在乘用车领域密切跟踪车企需求。

3.2 RedCap产业及生态进展

自从Rel-17 RedCap 标准冻结后，RedCap 产业生态不断提速。2022 年完成了应用场景与关键技术研究、关键技术测试规范制定、开展关键技术测试。2023年，高通、MTK、紫光展锐等芯片厂商加速RedCap芯片商用进程；联通雁飞、美格、广和通等厂商的6 款RedCap 模组陆续问世；联通数传网关、南瑞配网自动化终端、中移物联企业网关、中微普业工业网关等RedCap终端相继推出至21款模组。在RedCap模组商用初期，其预计售价在200 元左右，随着商用节奏加速、市场规模发展，预计其售价可降至百元，最终能与现阶段4G Cat.4模组价格持平。

运营商也积极推动RedCap发展，相继发布产业及技术白皮书，开展面向行业的外场测试，聚焦5G Red-Cap 在2B 场景应用试点和场景验证，推动网络、终端产品及应用部署落地。

4 RedCap网络部署策略

4.1 RedCap网络部署区域

RedCap 部署区域与终端、业务应用成熟度紧密关联。回顾Cat.1的发展历史，技术优势转化为商业化优势，需具备完善网络覆盖（4G 基站已成为国内的覆盖范围最大、最完善的蜂窝网络，4G 基站均支持LTE Cat.1 网络能力，无需额外投入）、明显的成本优势（在国产化后，LTE Cat.1 芯片通信模组和智能终端的成本逐步降低，Cat.1 模组价格只需20～30 元，相比Cat.4 与5G 有明显优势）、政策及场景应用契合（2G/3G 网络升级促进存量迁移）等特点。

经过4 年的5G 网络建设，截至2023 年7 月末，5G基站总数达305.5 万个，占移动基站总数的26.9%，虽然取得长足发展，但5G网络覆盖仍需持续完善。且现有5G 网络需升级才能支持RedCap 功能，对运营商而言存量基站的升级投入巨大，需紧跟业务需求适时逐步升级。另一方面目前RedCap 终端仍需至少支持SA/LTE 双模，成本不具有明显优势。所以，在RedCap商用初期，面对已经成熟的4G 物联网应用，RedCap 应结合自有特点，聚焦5G 原生能力、5G 专网应用（only 5G）等场景实现突破。RedCap 首批应用市场将在保证满足行业功能、性能需求的同时，显著降低2B 行业应用5G的端侧成本，例如工业传感器、配电自动化、园区视频监控等行业应用，初期网络升级以局域为主；随着模组成本降低，车联网、智能穿戴等广域应用也将逐步采用RedCap替代原有的4G物联技术。

4.2 RedCap网络升级规划

4.2.1 RedCap核心网升级

为避免全网改造带来的投资浪费，建议充分发挥5G 切片技术优势，核心网基于RedCap 独立切片方式进行部署。

以国内某运营商为例，现网5GC 按照大区集约化部署，2B、2C 两网分设，2C AMF 为Default AMF。建议基于2B 网络升级支持RedCap 业务，每大区升级2 套UDM、PCF、AMF、SMF、UPF 支持RedCap 功能，并为各网元规划配置RedCap 专用切片（见图1）。具体业务实现方案如下。

图1 核心网部署方案

a）终端注册选网方案。为RedCap 用户签约专用切片，当RedCap用户接入5G网络发起注册时（以初始注册为例），5G 基站将注册请求发送给2C AMF，2C AMF 向用户归属UDM 查询用户签约数据，发现无法为用户签约的切片提供服务，进而向NSSF查询可为用户切片提供服务的目标AMF，查询完成后向目标AMF发起AMF 重定向流程，最后由目标AMF 继续完成终端注册流程。

b）终端会话建立方案。终端完成注册流程后，AMF 基于终端签约的切片+DNN+TAC 为终端选择SMF建立会话，由支持RedCap切片的专用SMF为终端建立会话。

基于该方案，未来根据RedCap 业务细分场景对5G 网络SLA 的不同需求，可以为RedCap 业务规划更为丰富的切片，以满足不同客户的差异化需求。

RedCap核心网软件特性升级如表3所示。

表3 核心网RedCap关键特性升级

4.2.2 RedCap无线网升级

5G 基站硬件无需更换，通过软件升级即可支持RedCap 功能。基站侧需要支持RedCap 类型终端特性的功能，包括带宽、天线数、调制阶数、BWP 配置、Red-Cap终端识别等功能（见表4）。

表4 无线网RedCap关键特性升级

a）RedCap频率配置。商用初期针对2B领域的工业数采、配电自动化、视频监控等按需局部开启2.6/3.5 GHz中频频段的RedCap功能。后期根据业务规模发展、终端/模组数量占比和智能穿戴、车联网等业务对网络广域覆盖需求，适时按需升级700/800/900 MHz等低频网络，支持RedCap功能。

b）初始BWP 功能配置。针对RedCap UE 的初始BWP，有2 种配置方式。方式1 为RedCap UE 和non-RedCap UE 共享相同的初始上下行BWP。此方案无需新增BWP配置，SIB1消息短，适用于FDD 20 MHz小区等小带宽网络。方式2 为RedCap UE 配置独立初始BWP，RedCap BWP 的频域位置对普通NR 终端的体验会产生影响。其影响主要体现在RedCap BWP 上独立配置的PUCCH/PRACH 等控制信道资源会截断普通NR 终端的PUSCH 数据信道，导致PUSCH 可用的连续RB 下降。对于不支持上行非连续调度的普通NR 终端，这会导致其上行速率显著降低。为了降低其对普通NR 终端的上行体验的影响，建议将RedCap 小带宽BWP 优先配置在小区频域位置的两端，降低普通NR终端的PUSCH 资源的碎片化。此方案适用于TDD 100 MHz大带宽网络（见图2）。

图2 RedCap UE与non-RedCap UE上行资源示意

c）激活BWP 功能配置。对于RedCap UE 激活BWP 的部署建议，期望根据网络中RedCap 用户规模、业务量等因素按需增加或减少专用BWP 的数量。当RedCap UE 数较少、业务量较低的情况下，建议Red-Cap 的专用BWP 包含CD-SSB。当RedCap UE 数较多或业务量较高，建议配置1 个包含CD-SSB 的专用BWP和1个或多个包含NCD-SSB的专用BWP。

d）RedCap 覆盖与容量评估。通过对n1、n78频段的链路预算对比分析，在覆盖方面，FDD 频段相对于TDD 频段在上行覆盖上更具优势，即使在小区边缘位置，FDD 频段RedCap UE 仍可基本满足视频监控和可穿戴设备的速率需求。在TDD 覆盖较弱的区域，可通过覆盖增强手段提高覆盖，R17 为上行物理信道的传输引入了多个覆盖增强特性，包括增加PUSCH 和PUCCH 信道的重复传输次数，PUSCH/PUCCH 信道的多时隙的联合信道估计等；或通过参数配置使RedCap终端提前选至FDD 频段或LTE 频段，通过参数优化等方式，保障RedCap终端的体验。

3GPP TR 38.875 分析了在城区TDD 系统引入RedCap UE 的影响，在容量方面，在网络负载较轻时，引入RedCap终端对网络容量和频谱效率的影响较小。在RedCap终端规模引入的中远期，可通过载波或频率扩容或负载均衡的方式平衡网络负荷。

5 结束语

基于蜂窝移动物联网发展特点，RedCap 网络部署应先局域后广域，初期聚焦优选重点行业及场景，端网业协同发展，推进RedCap 从标准走向应用。Red-Cap 未来将面向3GPP Rel-18 阶段持续演进，进一步降低终端带宽和峰值速率，从而进一步降低终端成本，扩展5G 的应用空间。