2022移动5G-RedCap技术白皮书

5GRedCap白皮书（2022年）··前言5G（2021-2023年》5GR173GPPR17RedCap作为“轻量级”5G技术，RedCap自诞生以来备受产业关注。RedCap5G应用于垂RedCapRedCap产品，加速RedCap技术的成熟商用，本白皮书针对业界关注的RedCapRedCap5GRedCapRedCapRedCap中国移动通信有限公司研究院5GRedCap技术白皮书（中国移动通信有限公司研究院5GRedCap技术白皮书（2022）PAGEPAGE10目录RedCap2RedCap2RedCap准概述 4家产政策 55RedCap术位需痛点析 6RedCap术位析 6RedCap场求析 72.57RedCap键术究 8RedCap端杂低研究 8RedCap力性究 9基能特性 9高接特性 10功优特性 12多多及音性 13RedCap承5GNR性研究 13RedCapR18技演研究 153.515RedCap用景析 16RedCap场景 16RedCap务求分析 18可戴备务分析 18视监业适析 19智电业适析 20智制业适析 204.322展及议 23缩略列表 24联合写位作者 27RedCap简介RedCap背景eMBBG比特通信语音智慧城市3G超高清视频云办公、娱乐VR/AR工业自动化移动医疗自动驾驶mMTC智能家居uRLLC国际电信联盟将5G的三大应用场景分为增强移动宽带（enhancedmobilebroadband,eMBB）、超高可靠低时延通信（ultra-reliableandlowlatencyommunictions,uRC（massivemhinetpeommunition,1-1所示，eMBB旨在满足人们对多媒体业务、服务、数据的获取及交互需求，应用场景包括手机、4K高清视频、虚拟现实（virtual,VR）/eMBBG比特通信语音智慧城市3G超高清视频云办公、娱乐VR/AR工业自动化移动医疗自动驾驶mMTC智能家居uRLLC图1-15G三大应用场景及典型用例5G（5G500-1000元5G求，5G5G3GPPR175G（reduced-capability5G5G5G应用场景。5G目标场景，3GPPRedCap别为：工业无线传感器、视频监控、可穿戴设备。工业无线传感器99.99%100ms此外，该类用例的电池使用寿命要求至少可持续几年。视频监控5G/5G监控的速率要求为7.5-25Mbps，业务量以上行为主；视频监控业务的时延要求500ms99%-99.9%之间。可穿戴设备体积小、功耗低。其典型业务需求如下：下行参考速率为5-50Mbps2-5Mbps150Mbps50Mbps理想工作续航为数天甚至1-2周。表1-13GPPRedCap典型应用场景及关键指标需求应用场景数据速率端到端时延可用性/可靠性电池寿命工业无线传感器＜2Mbps＜100ms安全相关的传感可用性99.99%至少几年器5-10ms视频监控经济型2-4Mbps高端型7.5-25Mbps＜500ms可靠性99%-99.9%/可穿戴设备下行2-5Mbps下行50Mbps//几天（1-2周）RedCap标准化概述（一）3GPPRedCap技术标准化研究进程如图1-2所示。3GPPR17RedCapSI阶段（2020.6-2020.12），3GPPTR38.875WI化提出各项建议。3GPPR17RedCapWI阶段（2020.12-2022Q2）主要涵盖以下内容：终端复杂度降低、驻留与接入控制、移动性、终端识别、BWP3GPPR17RedCap2021月开始，3GPPR18RedCap标准化已正式提上日程。3GPPRAN#943GPPRAN#94R18RedCap演进立项成功R17RedCap计划冻结（含ASN.1等R18RedCap演进计划冻结时间（含ASN.1等）2020.62020.122021.6 2021.12 2022.3 2022Q22022Q32024Q13GPPRAN#88 3GPPRAN#90 3GPPRAN#92RedCapSI立项 RedCapWI立项 R18启动3GPPRAN#95R17核心标准冻结R18RedCap演进WI计划开展时间图1-23GPPRedCap标准化工作进程（二）CCSA3GPPRedCap标准化进程的快速推进，CCSA也相RedCap关键技术的研究工作，20213月，TC5WG9#113RedCapTC5WG9#118上通过了征求意见稿，为后续RedCap在CCSA的行标制定工作奠定了基础。国家及产业政策2021年11月，工业和信息化部发布《“十四五”信息通信行业发展规划》，2025年，信息通信行业整体规模进一步壮大，发展质量显著提5G5G新基建建设。5G应用扬帆5G5GR175G+信息消费、5G+5G+15个垂直行业，列举了智能安防监控、新型穿戴设备、远程操控设备、高清视频监控等众多应用领域，针对5G+智慧农业等领域，重点推进5GRedCap可以大显身手的应用领域。RedCapRedCap202232020（5G）23次RedCapRedCap关键技术与端到端测试，推动产业发展。小结为了满足物联网行业的差异化需求，RedCap孕育而生。3GPPR17RedCapCCSARedCapRedCapRedCap和快速成熟。RedCap技术定位及需求痛点分析3GPPR17RedCapRedCapRedCapRedCap5G承载体系中的能力定位并探究当前5GRedCap特性优势，RedCap产业成熟及技术落地，最终赋能千行百业“数智化”转型。RedCap技术定位分析2-15GNR100Mbps超高速率需求的物联网业务，5GNB-IoT物联网业务而设计，主要承载100kbps速率以下低速物联网业务，提供低速mMTC能力。RedCapR17（（64QM（MBBRedCapR185G5G面向各类物联网应用需求形成了具备低、中、高、超高分档分级能力的完备技术承载体系。超高速超高速（100Mbps+）高速率（10Mbps-100Mbps）中速率（100kbps-10Mbps）低速率（0-100kbps）5GNB-IoT5GRedCapR18（讨论中）5GRedCapR175GNR图2-15G物联网技术体系RedCap市场需求分析5G5G2B2C网、视频监控、电力、物流、港口、农业、医疗等众多领域。2B5G500-10005G终端能够具备差异化能力，从业5G5G5G网络的大带宽等能力提供保障；工业园区对数据有数据不出厂的要求。综上，RedCap技术能够有效兼顾满足其对性能和成本方面的并存需求。2C4G5G其中可穿戴领域如智能手表、AR/VR5G5G端剪裁设计，减小终端尺寸，解决可穿戴领域的痛点需求。综上，RedCap终端裁剪，能够有效兼顾满足其对性能和尺寸方面的并存需求。2.5小结5G5G5G行业痛点，其市场发展潜力巨大。RedCap关键技术研究RedCap5G5G终端，RedCap60%，大大降低了终端5GRedCap5GNR的各类优秀特性，如大带宽、低时延、高可靠性、业务保障、数据不出厂、低功耗、强覆盖等诸多优势，可针对不同应用场景按需引入，有效满足业务需求。RedCap终端复杂度降低研究RedCapUE带宽、减少收发天线数量、降低调制阶数、调整双工模式等方面有效降低终端复杂度。5G按照上述技术手段对终端进行剪裁，整体带来RedCap终端复杂度降低可达到60%左右最大带宽：FR1NRUE100MHzRedCapUE20MHz5G终端通信使用；天线能力：NRUE2T4RRedCapUE数量降低至1T1R或1T2R；NR256QAMRedCap64QAM；DD和TDR双工通信的基础上针对RdCapUE引入了半双工模式；PDCPSNRLC-AMSNRedCapUE1812比特；RedCap上下行峰值速率：3-1TDDFDDRedCap的上Cat4终端能力趋近。表3-1RedCap上下行峰值速率要求参考系统带宽天线规格理论峰值速率TDD1T1R下行5ms84Mbps（256QAM）、62Mbps（64QAM）2.5ms70Mbps（256QAM）52Mbps（64QAM）下行5ms168Mbps（256QAM）1T2R124Mbps（64QAM）2.5ms140Mbps（256QAM）、105Mbps（64QAM）20MHz上行5ms22Mbps（256QAM）17.5Mbps1T1R/1T2R（64QAM）2.5ms34Mbps（256QAM）26Mbps（64QAM）FDD1T1R下行113Mbps（256QAM）、85Mbps（64QAM）1T2R下行226Mbps（256QAM）、170Mbps（64QAM）1T1R/1T2R上行120Mbps（256QAM）、90Mbps（64QAM）RedCap能力特性研究基本能力特性一）驻留与接入控制特性RedCapUE可驻留于支持RedCapUE的小区，且网络可以针对不同类型的RedCapUE，如1Rx/2Rx终端进行限制，如图3-1所示。允许允许/拒绝允许/拒绝5GRedCap1T1R5GRedCap1T2R图3-1面向RedCap终端的接入控制特性具体特性包括：系统信息中通过包含IFRI（IntraFreqReselectionRedCap：allowed,RedCapUE（重选到同频小区，1Rx/2RxRedCapUE的接入允许/拒绝设置。（二）移动性特性针对可穿戴等有移动性需求的业务应用，RedCap对于移动性的支持必不可少，包含小区选择、重选及切换，同样归属于RedCap基础特性。小区选择与重选：要求处于RRC_IDLE和RRC_INACTIVE状态的RedCapUE能在支持RedCap的小区间进行小区选择与重选；RRC_CONNECTEDRedCapUE能在支持RedCap的小区间进行切换。高效接入特性（一）终端识别特性终端识别特性有助于使5G网络在不同阶段都能快速识别出RedCap终端类型，从而及时采取相应策略。RANRANNASMsg1识别Msg3识别终端能力上报识别图3-2面向RedCap的终端识别特性RACH3-25GMsg1Msg3RedCapMsg1在时域（PRACHoccasion）或码域（PRACHPreamble）的分割，能够保证网络RedCapRedCap类型终端。（二）初始BWP配置BWP作为5G网络中的一个独特特性，在初始BWP配置上网络在RedCap终端高效接入以及与传统5G终端兼容共存方面均提供了强大支持。5G5GBWP20MHz5GBWPRedCap终端，RedCap5GBWP。RedCap终端高效接入方面，系统可为RedCap终端配置独立上下行初始BWPRedCapBWPBWPBWPCD-SSBBWP上监听寻呼。（三）专用BWP配置BWP作为5G网络中的一个独特特性，在专用BWP配置上网络着重在RedCapRRCRedCapBWPBWPCD-SSB时，可为专用BWP配置NCD-SSB，能够保证RedCap终端在当前BWP下基于NCD-SSBRLMBFD（如多路视频监控等3-355GM务的强大支持。BWP100BWPMHzBWPBWP20MHzBWP4GLTE5G5GRedCap网络BWP配置图3-3面向RedCap的专用多BWP配置特性功耗优化特性针对可穿戴设备等终端功耗敏感的特点，RedCap围绕降低功耗进行设计，主要包含RRM测量放松机制及扩展非连续接收（eDRX）功耗优化特性。RRM测量放松：网络通过系统消息通知终端RRM测量放松的触发条eDRX：为了进一步减少终端功耗，RedCapeDRX节电特性，即3-4对RRC_IDLE状态下RedCap终端，eDRX周期最大扩展至10485.76秒，RRC_INACTIVERedCap10.24eDRX周期可增加终端睡眠时长，降低终端待机电流。图3-4面向RedCap的eDRX功耗优化特性多模多频及语音特性RedCapRedCap性。面向具有网络连续性需求的业务，初期5G网络尚未实现连续性覆盖时，RedCap4/5G多模至关重要；针对专网业务，RedCap能够高效满足用户需求。RedCap5GNR特性研究尽管支持一发两收的RedCap4GCat4RedCap5GNR在带宽、时延、可靠性、切片、数据不出厂等方面的各类优秀特性，因此其具备广阔的目标场景。表3-2技术对标表格技术指标5GNR5GRedCap（1T2R）5GRedCap（1T1R）Cat4（标准）LTECat1/1bis带宽700M：30M2.6G：100MFR1：20MHzFR1：20MHz20MHz20MHz收发天线2T4R1T2R1T1R1T2R1T1R调制256QAM64QAM必选256QAM可选64QAM必选256QAM可选64QAM上行16QAM下行64QAM速率FDD上行：175Mbps下行：350MbpsFR1(FDD64QAM):上行~90Mbps下行~170MbpsFR1(FDD64QAM):上行~90Mbps下行~85MbpsFDD(64QAM):75Mbps下行150MbpsFDD:上行5Mbps下行10MbpsTDD上行~250Mbps下行~1.7Gbps注1FR1(TDD64QAM):上行~22Mbps下行~124Mbps注1FR1(TDD64QAM):上行~22Mbps下行~62Mbps注1TDD(64QAM):15Mbps下行110Mbps注2TDD：上行：1Mbps下行：7.4Mbps注2注1：下行与上行配比7:2，特殊时隙配比6:4:4注2：下行与上行配比3:1，特殊时隙配比10:2:2RedCap目标应用场景多样化，不同业务对于5G专有特性存在不同需求，切片UPF下沉UE节能技术等数据不出厂URLLCRedCap5GNRURLLC、切片、UPF下沉、终端节能、覆盖增强、切片UPF下沉UE节能技术等数据不出厂工业场景 uRLLC工业场景uRLLC业务需求差异化场景业务需求差异化场景深度覆盖场景覆盖增强深度覆盖场景覆盖增强图3-5RedCap按需与各类NR技术结合赋能垂直行业穿戴场景3-5RedCapuRLLCRedCapUPFRedCapUE节(PEI)PDCCHRedCap盖增强、速率提升等效果，便于RedCap技术应用至各类场景；另外，RedCap还可叠加切片、5GLAN5G网络，尽可能实现设备低成本与业务高性能的平衡。穿戴场景RedCapR18技术演进研究3GPP已经明确在R18RedCapCat1/1bis，RedCap2024Q12025年商用。RedCapR18研究目标包括：UEUEUE5MHz（FR1）、降低峰值数据速率等。5MHz30KHz30KHz隔（TDD2.6GHz网络下）5MHzSSB（SSB需7.2MHz），需要产业各界结合业务需求一并深入探讨。小结综上，RedCap不仅展示出在终端复杂度上的极大降低，而且可实现在5GNRRedCapRedCap提供了强大技术支撑。RedCap应用场景分析RedCap高可靠、低时延性能要求高，4G5GRedCap技术在可穿戴领域的规模应用。RedCap市场前景2025电力行业终端规模均可达千万量级。TSR（30%20258000Omdia统计（4-2），2019933020241.510%~20%及《5G助力智能电网应用白皮书》数据统计（4-3），20275G5000RedCap规模化应用的潜在市场空间。100806040200

2018-2025年全球每年新增出货量80.5 86.373.5 64.946.2 47.6 54.640.420182019202020212022202320242025单位：百万2001000

图4-1蜂窝穿戴设备预测中国摄像机年发货量（单位：百万）93.3

150.82019 2020 2021 2022 2023 2024图4-2视频监控发货规模预测电力行业5G终端规模（单位：百万）0.050.110.050.1151015202002021 2022 2023 2024 2025 2026 2027图4-3电力行业终端规模预测RedCap4G等为代表的应用场景中，已有数亿量级的物联网终端，面向远期网络演进，由4GCat1/1bis承载的中低速物联网业务以及由4GCat4RedCap的潜在市场。整体而言，RedCap拥有丰富的应用场景和巨大的市场发展空间，可以成为5G物联网的一种核心技术能力。RedCap业务需求适配分析可穿戴设备业务适配分析4GCat4Cat1/1bis5G5G（ARXR5G5G技术在此方面存在应用瓶颈。4-15G5G对终端功耗的需求，RedCap5G1-2面向可穿戴设备对终端尺寸的需求，RedCap（1T1R）可穿戴设备以下行业务为主，RedCap3GPP率（5-50Mbps2-5Mbps）。表4-1RedCap与可穿戴业务适配表终端需求网络需求功耗尺寸覆盖速率业务需求（1-2周1T1R参考速率下行5-50Mbps、上行2-5MbpsRedCap能力适配RedCap设备复杂度降低+功耗特性可支持该需求RedCap引入1T1R单天线，可实现小尺寸终端集成5G大网未来连续覆盖可支持该需求1T1R、FR1(FDD64QAM）上行~90Mbps下行~85Mbps视频监控业务适配分析10%~20%题，亟需无线技术能力保障监控视频回传。4-2户速率、时延及可靠性要求较为宽松，但多用户并发对系统容量需求较大。表4-2视频监控业务需求分辨率速率时延可靠性低码率视频2-4Mbps<500ms99%-99.9%高码率视频7.5-25Mbps<500ms99%-99.9%面向监控视频业务对系统容量的需求，RedCap5G4-3所示。表4-3RedCap与视频监控业务适配表容量速率成本业务需求300-500302-310020视频监控业务需求潜在峰值容量需求大于百兆低码率视频2-4Mbps7.5-25Mbps终端成本敏感RedCap匹配性RedCap5G通过配置多个专用BP发容量需求RedCap可有效支持高、低码率速率要求RedCap带来终端硬件复杂度降低及成本的大幅下降智能电力业务适配分析电力行业是工信部发布的“5G+工业互联网”4G网络能力和电力专网的能力，无法满足业务对网络的高要求。RedCap5G配（4-4），5G技术。表4-4RedCap与电力行业业务适配表终端成本业务隔离度时延、可靠性业务需求为促进业务规模部署、降低应用成本，需更低成本的5G芯片模组需求极高20ms-50ms@99.99%RedCap匹配性RedCapUE可通过RedCap+切片/资源预留等技术方案支持该业务需求通过RedCap+5GURLLC能力支持该业务需求智能制造业务适配分析随着“2025”业务。智能物流：主要包括线边物流和智能仓储。线边物流是指从生产线的点定量配送；智能仓储需通过厂区内自动导引车辆（AGV）、自动移动机器人（AMR）、叉车、机械臂和无人仓视觉系统，实现物流终端控制、商品入库存程控制，对网络时延及可靠性需求较高。生产现场监测：在工业园区、厂区、车间等现场，通过各类传感器、于其存在视频数据回传，对上行数据速率存在一定需求。无人智能巡检：通过巡检机器人替代巡检人员进行巡逻值守，采集现据速率存需求强烈。根据上述分析，RedCap4-5所示。表4-5RedCap与智能制造业务适配表业务场景速率要求时延可靠性RedCap匹配性智能物流1Mbps50ms99.9%可满足需求生产现场监测上行2~10Mbps50ms99%可满足需求无人智能巡检上行10～20Mbps50ms99%可满足需求小结综上，RedCapRedCapRedCapRedCap端成本。展望及倡议3GPPR17RedCapRedCapRedCap5GRedCap关键RedCapRedCap能够更好服务于市场需求。在此我们发起倡议，希望在标准制定、技术攻关以及产业推动全方位携手RedCap3GPPR18RedCapCCSARedCapRedCap产业推进方面，将着力加速端到端产品研发和测试验证，同时加强产业应用生态构建。RedCap端到端产业链合作伙伴，参与后续RedCapRedCap在标准、数智化PAGEPAGE25缩略语列表缩略语英文全名中文解释3GPP3rdGenerationPartnershipProject第三代合作计划4GThe4thGenerationMobileCommunication第四代移动通信5GThe5thGenerationMobileCommunication第五代移动通信AGVAutomatedGuidedVehicle自动导引车辆AMAcknowledgedMode确认模式AMRAutonomousMobileRobot自动移动机器人ARAugmentedReality增强现实BFDbeamfailuredetection波束故障检测BWPBandwidthpart带宽分割Cat1/1bisCategory1/1bis终端等级1/1bisCat4Category4终端等级4CCSAChinaCommunicationsStandardsAssociation中国通信标准化协会CD-SSBCell-DefiningSynchronizationSignal Block小区定义的同步信号块eDRXExtendedDiscontinuousReception扩展非连续接收eMBBEnhancedMobileBroadband增强移动宽带FDFullDuplex全双工FDDFrequencyDivisionDuplexing频分双工FRFrequencyRange频率范围IMTInternationalMobileTelecommunications国际移动通信LANLocalAreaNetwork局域网LCIDLogicalChannelIdentification逻辑信道标识L