根據3GPP的計劃，今年6月，5G最新版標準R17將凍結，對于物聯網從業者來說，RedCap是業界最關注的領域之一，這是3GPP為了使5G網絡能夠賦能大量中低性能物聯網場景，專門推出的“低配版”5G。

去年年底，5G Advanced首個版本R18主要演進方向研究課題塵埃落定，RedCap的持續增強成為其中重點方向之一，可見RedCap在5G物聯網場景中的地位之重。業界對RedCap抱有很高期望，但在筆者看來，其商用的過程要從一個長遠的角度來看，因為在未來數年中，RedCap的商用面臨巨大挑戰。

補齊5G網絡能力的中間地帶：RedCap是蜂窩物聯網又一重要演進

RedCap全稱是ReducedCapability，即“降低能力”，是在5G R17階段確定的專門方向，相對于eMBB和uRLLC，它可以說是輕量級的5G，但相比NB-IoT這類低功耗廣域網，其性能高一些。已經凍結并開始商用的5G R16標準對eMBB、uRLLC和mMTC都有完善的標準，但對于處于這三者的“中間地帶”則沒有相應的技術標準，使5G網絡能力并不能完全覆蓋所有無線場景，而RedCap則補齊了這一“中間地帶”，因此對5G標準和能力的完善意義重大。

在3GPP R17研究方向的討論中，各廠商代表就提出了RedCap的研究意向，在這些討論中形成的共識中提出：

5G的一個重要目標是實現工業場景互聯互通，在工業環境中場景非常復雜，就傳感設來說，包括壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、運動傳感器、加速度計等，未來希望將這些傳感器連接到5G接入網和核心網絡。3GPP的多個技術研究和規范中都描述過大規模工業無線傳感網絡(IWSN)的用例和需求，這類用例中不僅包括要求較高的uRLLC服務，還包括設備外形和尺寸較小的相對低端服務，這類服務需要完全無線形態實現無人維護，電池壽命能達到數年的程度。綜合來看，這些用例的要求高于LPWAN(如NB-IoT)，但低于uRLCC和eMBB。另外，在智慧城市領域，一些用例也有類似的需求，比如一些監控場景;在可穿戴設備場景，包括智能手表、智能手環、健康類設備和醫療監測相關設備一般都需要較小的尺寸，需要在滿足通信需求的前提下縮小終端尺寸。

諸如此類場景，在此前5G R16版本標準中并未考慮，而未來5G若要支持這些場景，就必須提出新的課題，對于各類用例都有一些明確要求。其中，通用性要求包括：

• 設備復雜性：與R15和R16定義的eMBB和uRLLC高要求設備相比，新設備類型的主要的要求是降低設備成本和復雜性，工業互聯網場景尤其明顯
• 設備尺寸：大多數用例都有此要求，新的標準要允許設備設計具有緊湊的外形
• 部署：系統應支持在FR1/FR2所有頻段上實現FDD和TDD的功能部署

具體應用場景的要求包括：

• 工業無線傳感網：3GPP TR 22.832和TS 22.104規范文檔中對參考用例和要求進行描述，包括通信服務可靠性為99.99%，端到端時延小于100毫秒，參考帶寬速率小于2 Mbps，并且設備大部分是靜止的，電池至少能用幾年。當然，對于安全類相關傳感器，延遲要求達到5-10毫秒。
• 智慧城市視頻監控：正如3GPP TR 22.804中所述，一些性價比較高的視頻場景要求的帶寬為2-4Mbps，時延小于500毫秒，可靠性在99%-99.9%之間;高一級的視頻則需要7.5-25 Mbps的帶寬。當然，此類場景的業務模式以上行傳輸為主。
• 可穿戴設備：智能可穿戴應用的參考帶寬為下行5-50Mbps，上行為2-5Mbps，峰值速率下行最高150Mbps、上行最高50Mbps，設備的電池應能使用數天(最多1-2周)。

根據3GPP文檔的定義，針對這些場景的研究方向是：

• 減少終端接收和發射天線;
• 減少終端帶寬，在Sub 6GHz頻段下其最大帶寬為20MHz;
• FDD半雙工;
• 減少終端處理時間和終端處理復雜度。

從3GPP的技術文檔描述中，可以看出RedCap在很大程度上與現有LTE在物聯網方面有很多類似的性能，因此可以用于當前LTE所賦能的不少場景。

為了推動RedCap的演進，R18確定了RedCap增強的課題，而其主要方向包括：

• 基于Rel17的評估方法，研究進一步降低用戶終端復雜度的技術，聚焦于在Sub 6GHz頻段降低終端帶寬至5MHz，以及降低終端的峰值速率。
• 研究降低功耗的技術，包括eDRX增強，支持更低的終端功率等級。

筆者翻閱了去年3GPP第94次全會針對RedCap討論的文檔，發現大部分參與討論的廠商都提到RedCap的增強應該覆蓋LTE Cat.1和Cat.1 bis，但不應該與低功耗廣域網形成重疊，這一提議最終形成共識，可以說未來R18版本的RedCap將會對4G LTE形成全面替代。

RedCap全面商用面臨很多挑戰，需立足長遠

可以說，RedCap將開啟4G物聯網向5G的遷移之路，在未來4G和5G代際升級中將發揮重大作用。雖然RedCap對用戶提供的服務能力與4G類似，但從網絡和設備整體性能來看，RedCap在5G時代有明顯的優勢，主要表現在：RedCap是原生的5G NR技術，包含了所有關鍵的NR構建要素，如波束成形、網絡能效等；RedCap的設備支持NR載波上的共存，該NR載波可配置為針對eMBB或uRLLC通信性能進行優化。

這一優勢對于很多場景非常重要，如工業4.0的場景，在這一全自動化工廠的場景下，擁有大量高性能傳感器和中低端傳感器，因此需要同時支持時間敏感型通信和時延不敏感的通信，而5G網絡可統一配置和優化，確保時間敏感通信的性能，同時保證低端傳感器設備仍然有效地操作。

然而，技術上的優勢不一定能夠在短期內轉化為商用的優勢，雖然RedCap首個版本將于今年6月份凍結，但在物聯網市場大范圍的應用還面臨著很多挑戰，其最大的挑戰來自于當前的4G。

首先，從成本方面看，預計未來數年內RedCap成本依然高于4G

隨著R17的凍結，RedCap將迎來首個完整的標準版本，考慮到從標準確定到商用產品發布需要近2年時間，預估2024年將形成商用芯片和模組，并開啟一些場景的應用；R18標準將于2023年底凍結，預計2025年后支持R18的商用終端才會投入市場。

雖然RedCap相對于高性能5G終端將實現成本大幅下降，但與成熟的4G終端相比，初期商用的成本依然會居高不下。當前，Cat.4模組最低成本已達到70元左右，Cat.1模組成本也下探至40元以內，不過，4G物聯網模組成本到這一水平，是經歷了多年時間，且達到億級以上的出貨量才實現的。RedCap成本的下降，也必然需要經歷時間和出貨量的考驗，在一定規模下才可能實現前期沉沒成本和固定成本攤銷。

由于面對的是相對低價值的物聯網場景，RedCap應用領域對于成本敏感性較高，這將在很大程度上阻礙RedCap的應用推廣。

其次，從網絡覆蓋看，近年內無法形成如4G廣度和深度支持

RedCap的大范圍應用，也依賴于5G網絡的大范圍覆蓋，然而，在RedCap正式商用的節點，5G網絡覆蓋是否能夠提供無處不在的支持？

當前，隨著2G/3G退網深入人心，4G連接已成為蜂窩物聯網的發展主力，尤其是Cat.1連接增速最快，而這在一定程度上依賴完善的4G網絡。眾所周知，我國已建成全球規模最大的4G網絡，根據工信部數據，截至2021年底，我國已建成并開通了590萬4G基站，占基站總數近60%，即使是偏遠地區和農村地區，也實現了4G的覆蓋。

中國4G基站數量(單位：萬)

當前，雖然我國已建成并開通5G基站超過140萬個，根據《“十四五”信息通信行業發展規劃》，到2025年每萬人擁有5G基站數量為26個，即基站總數將達到364萬個。由于5G基站覆蓋距離相對4G小很多，因此這一規模與當前4G相比，其覆蓋廣度和深度不如4G，在很多物聯網場景中，用戶可能會選擇4G終端。

再次，從終端周期來看，物聯網的長周期特性使得未來存量替換難度較大

近日，GSMA發布的《移動經濟發展報告》中預測，到2025年中國的4G連接數依然占據總連接的53%，而這一數據并不包括物聯網連接，主要是智能手機。

根據Counterpoint Research的數據，智能手機更換周期達到31個月，在當前5G占據智能手機出貨量大部分份額的情況下，未來2-3年5G智能手機用戶實現大規模增長。但是，物聯網終端更新周期較長，尤其是一些無人值守的場景下，很多達到了10年以上的生命周期。

截至2021年底，我國蜂窩物聯網連接數達到13.99億，而這一規模的終端中大部分為2G終端。隨著2G/3G的退網，未來幾年蜂窩物聯網終端主要通過4G和NB-IoT接入網絡，尤其是Cat.1近年來實現較快增長。GSMA預計到2025年國內蜂窩物聯網連接數將達到22.9億。若屆時能夠達到這一規模，筆者預計新增的連接中Cat.1和NB-IoT占據份額最高，4G其他制式其次。NB-IoT已納入5G，且與RedCap不形成交叉，Cat.1和4G其他制式的終端由于還在生命周期內，在數年內無法升級至RedCap，RedCap很難實現對存量終端的替代。

最后，4G退網更是遙遙無期，RedCap還需從長計議

2G網絡商用已有20年歷史，2020年工信部25號文正式提出了2G退網，然而何時能夠完全關閉2G網絡還不確定。4G商用僅8年多時間，目前是最主流也是非常成功的移動通信網絡，正處于“當打之年”，預計在2030年之前依然發揮著重要作用。對于未來4G的退網，未來數年中預計不會形成共識。

回顧過去幾年，Cat.1加速發展始于2020年，而這一年2G/3G退網形成了共識且進入了實質性階段，工信部發布的25號文正式從官方角度提出了退網，給了業界明確的預期。與此相類似，未來4G退網政策明確后，RedCap預計會迎來加速式增長。

2009年，隨著3GPP R8標準的凍結，Cat.1首個標準問世，在隨后的R13標準中又進一步提出了Cat.1bis，經過多年的努力，Cat.1終于成為蜂窩物聯網的一大主力，這一過程超過了10年。而RedCap標準的凍結，或許可以看作是一個提前的技術標準儲備，給業界提供一條推進蜂窩物聯網發展的長遠路徑，讓業界可以提前規劃并漸進式培養這一生態，在若干年后面臨4G退網時能夠快速切換。