確保裝置互操作性 RedCap全面測試驗證勢在必行
—— 降低5G復雜性
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精簡(jiǎn)化5G性能
RedCap全名為Reduced Capability，也被俗稱(chēng)為NR-Light。這是一種專(zhuān)為低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備而設計的5G物聯(lián)網(wǎng)IoT技術(shù)。其主要目標是精簡(jiǎn)化5G NR性能。
5G RedCap或NR-Light是一種設備平臺，可以解決或縮小在5G技術(shù)領(lǐng)域中所面臨的復雜性差距，并針對中階應用場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化設計。推動(dòng)5G RedCap的應用場(chǎng)景包括可穿戴設備（例如智能手表、可穿戴醫療設備、AR/VR眼鏡等）、工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器和視頻監控。
5G RedCap設備可以在較窄的帶寬中高效運行，例如在7GHz頻段的20MHz或毫米波（mmWave）頻段的100MHz，具有單發(fā)射天線(xiàn)、單接收天線(xiàn)（或雙天線(xiàn)），具備支持半雙工FDD的選項，低階調變（或選擇256-QAM），以及支持較低的發(fā)射功率。降低復雜性有助于實(shí)現更具成本效益的5G RedCap產(chǎn)品，而更長(cháng)的電池壽命和更小的設備空間，為更廣泛的應用與創(chuàng )新設計帶來(lái)可能。
RedCap也被稱(chēng)為NR-Light。這是一種專(zhuān)為低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備設計的5G物聯(lián)網(wǎng)IoT技術(shù)，主要目標是精簡(jiǎn)化5G NR性能。
RedCap的主要優(yōu)勢包括低能耗、低成本和高速率。它能以低于5G NR技術(shù)近40％的終端價(jià)格成本，提供遠高于4G NB-IoT技術(shù)近千倍的傳輸速率。這樣的特性使得RedCap能夠填補4G NB-IoT、4G LTE、5G NR等技術(shù)中間的產(chǎn)品缺口，有效滿(mǎn)足各行業(yè)多樣物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò )需求。
觀(guān)察RedCap的技術(shù)發(fā)展現況，3GPP在2022年6月凍結了R17標準，其中包含了RedCap。這個(gè)標準精簡(jiǎn)化了5G NR性能，補足了4G與5G物聯(lián)網(wǎng)的斷層，為行動(dòng)通訊由LTE邁向NR的演進(jìn)鋪路。在相關(guān)的芯片發(fā)展方面，聯(lián)發(fā)科技在2022年底宣布其5G芯片進(jìn)行RedCap連接性驗證，高通則在2023年2月發(fā)布了基于RedCap的Snapdragon X35調制解調器芯片。
RedCap可以被理解為一種5G的輕量化技術(shù)，它可以大幅降低5G終端成本，同時(shí)又可以繼承5G的特性。相對于傳統的5G技術(shù)，RedCap設備使用的天線(xiàn)數量更少，支持更低的帶寬，進(jìn)而降低了設備制造的成本。這意味著(zhù)更多的人可以負擔得起5G服務(wù)，推動(dòng)了5G技術(shù)的廣泛普及。
然而，RedCap的競爭技術(shù)主要來(lái)自于其他的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，包括4G、5G NR（New Radio）等。這些技術(shù)在某些方面可能具有優(yōu)勢，例如在提供更高的數據傳輸速率，或更大的連接數量等方面。但是，RedCap透過(guò)降低成本和復雜性，以及提供足夠的性能來(lái)滿(mǎn)足大多數物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應用的需求，因而在這些競爭中找到了自己的位置。
此外，RedCap還面臨來(lái)自于其他低功耗局域網(wǎng)絡(luò )（LPWAN）等技術(shù)的競爭，例如LoRa、Sigfox和NB-IoT等。這些技術(shù)通常被用于需要長(cháng)距離、低功耗和低數據速率的物聯(lián)網(wǎng)應用。然而，RedCap可以提供更高的數據速率和更好的移動(dòng)性，以及利用現有的5G網(wǎng)絡(luò )基礎設施，使得它在這些應用中具有競爭優(yōu)勢。
RedCap驗證挑戰
RedCap設計目標是精簡(jiǎn)化5G NR性能。例如，RedCap的下行鏈路僅支持2×2 MIMO，而上行鏈路僅支持單入單出（SISO）。RedCap裝置支持的帶寬也比其他5G終端低，目前RedCap裝置只支持FR1頻段的20MHz帶寬，和FR2頻段的100MHz帶寬。RedCap可以透過(guò)使用半雙工頻分雙工（HD-FDD）傳輸代替全雙工FDD（FD-FDD），以防止裝置在不同頻率上同時(shí)發(fā)送和接收數據。因為這樣的特性，非常適用于多種裝置類(lèi)型，包括適用于支持工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、穿戴式裝置以及安全和監控應用所需的裝置。
由于RedCap的技術(shù)特性和應用場(chǎng)景的多樣性，對其進(jìn)行全面的測試和驗證是一個(gè)挑戰。例如，需要確保裝置的互操作性，并對RedCap參數進(jìn)行充分的測試以確保連接的穩定性。盡管RedCap有許多優(yōu)勢，但其市場(chǎng)接受度仍然是一個(gè)未知數。例如，需要看到更多的實(shí)際應用案例，以驗證RedCap的實(shí)際效能和價(jià)值。
此外，RedCap的發(fā)展也受到相關(guān)標準制定和更新的影響。例如，3GPP正在討論R18版本，該版本將進(jìn)一步制定增強版RedCap（eRedCap）。R18將主要針對三個(gè)角度持續精簡(jiǎn)化：減少帶寬、降低峰值數據速率、減緩處理速度。這將使RedCap的功耗和成本更低，擴展RedCap的采用范圍。然而，這需要時(shí)間來(lái)制定和實(shí)施，并可能帶來(lái)新的技術(shù)挑戰。
RedCap需要在裝置和網(wǎng)絡(luò )運行中實(shí)現多種策略來(lái)降低5G裝置的復雜性、成本和功耗。這些技術(shù)實(shí)現需要工程人員對5G通訊有深入的理解和技術(shù)能力。而在測試工具上，工程師需要一套可在不同領(lǐng)域進(jìn)行非信令和信令測試的網(wǎng)絡(luò )仿真解決方案，包括協(xié)議、射頻、功能驗證，以及在真實(shí)條件下進(jìn)行的效能測試。測試解決方案也必須支持5G Release 17 RedCap和傳統的C-IoT技術(shù)。
多合一5G基地臺仿真器
5G RedCap顯著(zhù)提升了5G支持物聯(lián)網(wǎng)解決方案的能力，該技術(shù)作為高速和低速場(chǎng)景之間的關(guān)鍵環(huán)節，將實(shí)現數十億新物聯(lián)網(wǎng)設備的部署。RedCap非常適用于需要高可靠性和速度介于超級增強型行動(dòng)寬帶（ultra eMBB）和低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）之間應用，包括可穿戴設備、AR/VR、工業(yè)傳感器、智能電網(wǎng)等。
Anritsu安立知無(wú)線(xiàn)通信測試平臺MT8000A，搭配Quectel的RedCap模塊 Rx255C系列進(jìn)行呼叫連接和射頻參數測試，可用于驗證該模塊是否符合3GPP R17定義的RedCap規范。MT8000A是一款多合一的5G基地臺仿真器，支持 5G RF、協(xié)議測量以及應用測試，并支持高階4x4 MIMO和載波聚合（8CA）技術(shù)，可實(shí)現快速且大容量的通訊。
圖二 : 安立知無(wú)線(xiàn)通信測試平臺MT8000A
一致性測試系統
物聯(lián)網(wǎng)芯片組、調制解調器和終端設備的制造商以及測試機構現在可以依靠久經(jīng)考驗的Rohde & Schwarz解決方案，在所有設備生產(chǎn)階段進(jìn)行387個(gè)5G RedCap測試案例，可覆蓋從早期研發(fā)到類(lèi)型批準合規測試的所有設備生產(chǎn)階段。
5G RedCap將真正的中層增強型機器通信（eMTC）引入5G生態(tài)系統。RedCap將使一批新設備成為低速窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、傳統標準和當前5G極端之間能力和復雜性差距的橋梁，為中層使用案例（如工業(yè)自動(dòng)化傳感器、智能攝像頭和可穿戴設備）提供優(yōu)化設計。與增強移動(dòng)寬帶（eMBB）使用案例相比，5G RedCap輕量級技術(shù)減少了天線(xiàn)和復雜性的數量，使用更少的頻譜帶寬，耗電量顯著(zhù)降低，并且僅在獨立（SA）模式下工作。
R&S為其CMX500單機綜合分析儀和TS8980一致性測試系統，在最近的一致性協(xié)議小組（CAG）第74號會(huì )議上成功驗證了5G RedCap（限制能力）測試案例，全球認證論壇（GCF）能夠在其設備認證計劃中啟用相應的工作項目。
圖三 : R&S CMX500無(wú)線(xiàn)通信測試儀
RedCap互操作性測試
RedCap規格是3GPP 5G NR第17版（Rel-17）標準的一部分，提供精簡(jiǎn)無(wú)線(xiàn)裝置5G功能的支持。精簡(jiǎn)型裝置的復雜度、成本和功耗較低，可有效支持工業(yè)傳感器等穿戴式裝置所帶來(lái)的全新行動(dòng)通訊物聯(lián)網(wǎng)（CIoT）使用案例。如同所有行動(dòng)通訊使用案例，業(yè)者須根據數據、延遲性、可靠性和容量要求，全面測試RedCap裝置使用案例，以便在部署于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之前，確保它們能如預期般運作。
是德科技（Keysight）5G New Radio（NR）RedCap符合性測試案例，已率先取得認證。這些測試案例可與是德科技5G網(wǎng)絡(luò )仿真符合性測試平臺（TP168）搭配使用。該公司的5G RedCap測試案例，在最近舉行的全球認證論壇（GCF）符合性協(xié)議小組（CAG）第74次會(huì )議中取得認證。
RedCap測試服務(wù)
目前，中階IoT設備主要仍依賴(lài)LTE Cat-1bis和LTE Cat-4設備進(jìn)行廣域無(wú)線(xiàn)連接和移動(dòng)性。雖然在可預見(jiàn)的未來(lái)，LTE網(wǎng)絡(luò )預計將與5G網(wǎng)絡(luò )共存，但5G RedCap可以提供NR的能力、效率和靈活性，對于這些應用，可以提供更高的吞吐量、更低的延遲、更長(cháng)的電池壽命、更好的網(wǎng)絡(luò )安全性以及優(yōu)化的成本結構。隨著(zhù)5G的演進(jìn)，未來(lái)通信服務(wù)提供商將開(kāi)始從4G向5G遷移。在這種情況下，可以預期5G RedCap將成為未來(lái)新中階IoT設備設計的首選。
SGS 無(wú)線(xiàn)通信實(shí)驗室目前已經(jīng)獲得5G RedCap驗證實(shí)驗室資格。SGS Taiwan無(wú)線(xiàn)通信實(shí)驗室為了保證5G RedCap產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，率先與儀器商合作提供預先測試服務(wù)，并且提前取得芯片商的樣品來(lái)進(jìn)行比對驗證，包括性能評估、互操作性測試、安全性檢測等。
結語(yǔ)
RedCap的競爭技術(shù)主要來(lái)自于其他的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和低功耗寬域網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。透過(guò)其獨特的優(yōu)勢，RedCap已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)中找到了自己的位置。在未來(lái)，隨著(zhù)5G技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和普及，我們可以期待RedCap將在更多的應用場(chǎng)景中發(fā)揮其作用。
5G RedCap的應用場(chǎng)景包括可穿戴設備（例如智能手表、可穿戴醫療設備、AR/VR眼鏡等）、工業(yè)無(wú)線(xiàn)傳感器和視頻監控。
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