5G RedCap来了，但真的能取代Cat.4与Cat.1吗？
随着5G的发展，其与实体经济融合日益深化，一些现实的问题浮出了水面。其中成本与性能成为最突出的两个问题：一是，5G终端芯片、模组到终端高昂的成本与5G在垂直行业应用之间的矛盾；二是，很多应用场景的实际需求是速率要求中等、性能要求中等、功耗要求中等，要求高于NB-IoT又低于5G。
在这种情况下，RedCap成为产业界应对这些问题给出的解决方案。
性能折中
RedCap剑指物联网中高速应用场景
RedCap，全称Reduced Capability NR。顾名思义，这是降低NR能力的意思，亦即对5G NR进行了功能裁剪。
那么，究竟裁剪掉了哪些功能？主要包括带宽、天线能力、最小下行MIMO层数以及最大下行调制阶数。
RedCap主要裁剪的物联网层能力情况
此外，在R17中，RedCap还引入了半双工模式，可支持TDD和FD-FDD模式，有利于设备的小型化。
通过最大化功能剪裁后，RedCap在FR1频段范围内可支持约20Mbps-100Mbps范围的上下行理论峰值速率。
为了实现更高的峰值速率，RedCap终端设备也可以适当调整性能裁剪程度，选择更高级的功能，比如支持2个接收天线、2个下行MIMO层、256QAM、全双工FDD等。此外，通过在5G网络引入独立初始BWP和非小区定义的同步信号，RedCap充分发挥5G的大带宽优势和大系统容量等代际差异，并实现与eMBB终端的高效共存。总的来说，在数据速率方面，RedCap与Cat.4终端能力接近。
当然了，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，可选支持ANR功能等。RedCap还引入了一些节省功耗的手段，例如增强的非连续接收特性（eDRX），采用更长的休眠模式，让终端减小功耗，获得更高的续航能力。
作为Rel-17标准的主要内容之一，RedCap 实现了面向中高速物联场景的5G网络服务能力，进一步拓展了5G应用场景与解决方案。其面向智能可穿戴设备、工业无线传感器和视频监控等典型应用场景，预计到2030年全球连接数可达到近百亿。
RedCap直面当打之年的cat.1和cat.4
成本终成阻碍
随着5G Rel-17正式冻结，RedCap芯片有望在2023年推出。
经过裁剪之后，不仅RedCap终端复杂度有所下降，基于上述方案，成本也能随之下降。业界预计，届时RedCap模组成本相对eMBB能够大幅降低，价格大概会在200元以内。
目前，市场上Cat.4通信模组的价格在60-80元之间，RedCap规模化商用之后，模组价格或有机会与Cat.4模组价格相媲美。
既然剑指中高速物联网应用场景，那么其对手就不止是Cat.4，在Rel-17中旨在替换Cat.4，而在后续的Rel-18中将再定义一个版本，届时RedCap最大带宽为5MHz，旨在替换Cat.1。
同样从成本方面来看，目前Cat.1模组价格已经下降在30-40元之间，随着未来Cat.1在各垂直行业中的应用，价格依然能得到进一步下探至20元左右。届时替代 Cat.1的RedCap通信模组有望在50元上下，能否顺利接棒交接，还要看整个产业链生态的良性发展。
也就说，虽然RedCap相对于高性能5G模组成本将实现大幅下降，但与4G模组相比，初期商用的成本依然高出不少。
4G模组成本下降到这一水平，是经历了多年时间，且达到亿级以上的出货量才实现的。因此，RedCap成本的下降同样需要经历时间和出货量的考验。由于RedCap面对的是相对低价值的物联网场景，其应用领域对于成本敏感性也较高，这将在一定程度上限制RedCap行业应用的发展。
与4G较量
5G仍需新突破
4G网络经过这么多年的发展，各方面都得到了业界乃至用户的认可。在与4G的较量中，5G网络绝不仅仅是靠着更高的传输速率、更低的功耗以及更低的延迟更加强版的性能就可以的，而是需要更多的突破。事实上，5G也确实正往更新、更有可能的方向在努力。
以加入定位功能为例，基于以前的蜂窝网络定位技术，5G R16引入了新的定位参考信号（PRS），采用了DL-TDOA、UL-TDOA、DL-AoD、UL-AOA、E-CID多种定位技术来合力提升定位精度。
同时，由于5G时代超密集网络增加了参考点的数量和多样性，Massive MIMO多波束可让AoA估计更精确，以及更低的网络时延可提升基于时间测量的精度等，这些优势可进一步提升5G定位能力。
根据3GPP R16定义，5G定位能力必须满足以下最低要求：
? 对于80％的终端，水平定位精度优于50米，垂直定位精度优于5米。
? 端到端时延低于30秒。
对于要求严苛的商业用例，5G定位能力至少需满足以下要求：
? 对于80％的终端，水平定位精度优于3米（室内）和10米（室外）。
? 对于80％的终端，垂直定位精度优于3米（室内和室外）。
? 端到端时延小于1秒。
从室内定位的角度来看，5G在室内定位中不仅提供了自身的带内定位能力，还提供了融合定位能力，通过蓝牙、UWB等多种技术和定位终端的信息进行综合定位，技术间优势互补，降低综合定位成本，提高定位精度和鲁棒性。
目前，基于位置服务的融合应用业务已初步发展，包括汽车装配利用5G+蓝牙定位满足其生产定位需求，电力能源利用5G+UWB定位满足生产需求；在机场室内定位服务中，利用5G+蓝牙定位满足消费者导航以及管理者需求;仓储物流场景中利用5G+蓝牙AOA定位满足智能化物流管理。
此外，5G与无源物联网的结合。近日，中国移动携手华为推出了一个蜂窝物联eIoT技术，这是一种新型的无源物联网技术，将5G与UHF RFID进行组合应用。该技术的特点包括：
覆盖提升，站间资源协同与联合调度优化，集中式收发与分布式激励，规避读写间的干扰，以提升通信距离。在中国移动的测试中，可以实现室外200m，室内20m的覆盖。
成本与功耗的降低，极简协议栈与信令设计，降低无源物联网设备的成本与功耗。
支持亚米级定位，与基于蜂窝的5G定位技术相结合提供高精度室内定位。
使能局域/广域组网，端到端网络架构设计，拓展了蜂窝系统支持无源物联网能力，实现广域标签定位与传感信息采集。
而这些正好能够解决目前传统RFID技术面临的没有基础网络且工作距离短的问题。
相较于UHF RFID独立布设读写器，基于5G可大范围覆盖的优势，该种方案拥有更远的工作距离且能降低用户部署成本。此外，这种方案下，高精度定位能力依靠5G小基站所采用的ToA或TDoA的算法计算，标签只是起到一个信号发射器的作用。
eIoT技术的应用意味着，借助5G赋予RFID更多的能力，进一步刺激标签更快更多地应用。反过来，5G网络不再只是完成数据传输的功能，有了更多的实用价值。
写在最后
从以往的发展来看，通信技术都是一代代向前更迭，4G终将退出历史舞台，5G取而代之。虽然，相比Cat.1、Cat.4，即便在实际应用中RedCap的性能不一定更好，成本上也更高，但是这并不会阻挡业界对于新技术的探索，让5G有更多新的突破。
