確保裝置互操作性 RedCap全面測(cè)試驗(yàn)證勢(shì)在必行

RedCap（Reduced Capability）是3GPP IoT無線規(guī)范。由于其有限的5G NR功能，RedCap具備成本效益高和低功耗的優(yōu)勢(shì)，適用于工業(yè)無線傳感器、影片監(jiān)控和可穿戴裝置等設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)RedCap產(chǎn)品商業(yè)化，供貨商必須評(píng)估協(xié)議操作和RF特性，以確保符合指定的5G網(wǎng)絡(luò)連接性和所需的訊號(hào)質(zhì)量。


精簡(jiǎn)化5G性能
RedCap全名為Reduced Capability，也被俗稱為NR-Light。這是一種專為低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備而設(shè)計(jì)的5G物聯(lián)網(wǎng)IoT技術(shù)。其主要目標(biāo)是精簡(jiǎn)化5G NR性能。

5G RedCap或NR-Light是一種設(shè)備平臺(tái)，可以解決或縮小在5G技術(shù)領(lǐng)域中所面臨的復(fù)雜性差距，并針對(duì)中階應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。推動(dòng)5G RedCap的應(yīng)用場(chǎng)景包括可穿戴設(shè)備（例如智能手表、可穿戴醫(yī)療設(shè)備、AR/VR眼鏡等）、工業(yè)無線傳感器和視頻監(jiān)控。

5G RedCap設(shè)備可以在較窄的帶寬中高效運(yùn)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、單接收天線（或雙天線），具備支持半雙工FDD的選項(xiàng)，低階調(diào)變（或選擇256-QAM），以及支持較低的發(fā)射功率。降低復(fù)雜性有助于實(shí)現(xiàn)更具成本效益的5G RedCap產(chǎn)品，而更長(zhǎng)的電池壽命和更小的設(shè)備空間，為更廣泛的應(yīng)用與創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來可能。

RedCap也被稱為NR-Light。這是一種專為低功耗物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)的5G物聯(lián)網(wǎng)IoT技術(shù)，主要目標(biāo)是精簡(jiǎn)化5G NR性能。
RedCap的主要優(yōu)勢(shì)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(yuǎn)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(bǔ)4G NB-IoT、4G LTE、5G NR等技術(shù)中間的產(chǎn)品缺口，有效滿足各行業(yè)多樣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景的網(wǎng)絡(luò)需求。

觀察RedCap的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況，3GPP在2022年6月凍結(jié)了R17標(biāo)準(zhǔn)，其中包含了RedCap。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)精簡(jiǎn)化了5G NR性能，補(bǔ)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(yàn)證，高通則在2023年2月發(fā)布了基于RedCap的Snapdragon X35調(diào)制解調(diào)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(duì)于傳統(tǒng)的5G技術(shù)，RedCap設(shè)備使用的天線數(shù)量更少，支持更低的帶寬，進(jìn)而降低了設(shè)備制造的成本。這意味著更多的人可以負(fù)擔(dān)得起5G服務(wù)，推動(dòng)了5G技術(shù)的廣泛普及。

然而，RedCap的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)主要來自于其他的無線通信技術(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(shì)，例如在提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，或更大的連接數(shù)量等方面。但是，RedCap透過降低成本和復(fù)雜性，以及提供足夠的性能來滿足大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用的需求，因而在這些競(jìng)爭(zhēng)中找到了自己的位置。

此外，RedCap還面臨來自于其他低功耗局域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）等技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，例如LoRa、Sigfox和NB-IoT等。這些技術(shù)通常被用于需要長(zhǎng)距離、低功耗和低數(shù)據(jù)速率的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。然而，RedCap可以提供更高的數(shù)據(jù)速率和更好的移動(dòng)性，以及利用現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，使得它在這些應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。


RedCap驗(yàn)證挑戰(zhàn)
RedCap設(shè)計(jì)目標(biāo)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(shù)據(jù)。因?yàn)檫@樣的特性，非常適用于多種裝置類型，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(jiān)控應(yīng)用所需的裝置。

由于RedCap的技術(shù)特性和應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性，對(duì)其進(jìn)行全面的測(cè)試和驗(yàn)證是一個(gè)挑戰(zhàn)。例如，需要確保裝置的互操作性，并對(duì)RedCap參數(shù)進(jìn)行充分的測(cè)試以確保連接的穩(wěn)定性。盡管RedCap有許多優(yōu)勢(shì)，但其市場(chǎng)接受度仍然是一個(gè)未知數(shù)。例如，需要看到更多的實(shí)際應(yīng)用案例，以驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)版RedCap（eRedCap）。R18將主要針對(duì)三個(gè)角度持續(xù)精簡(jiǎn)化：減少帶寬、降低峰值數(shù)據(jù)速率、減緩處理速度。這將使RedCap的功耗和成本更低，擴(kuò)展RedCap的采用范圍。然而，這需要時(shí)間來制定和實(shí)施，并可能帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

RedCap需要在裝置和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)多種策略來降低5G裝置的復(fù)雜性、成本和功耗。這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)需要工程人員對(duì)5G通訊有深入的理解和技術(shù)能力。而在測(cè)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(cè)試的網(wǎng)絡(luò)仿真解決方案，包括協(xié)議、射頻、功能驗(yàn)證，以及在真實(shí)條件下進(jìn)行的效能測(cè)試。測(cè)試解決方案也必須支持5G Release 17 RedCap和傳統(tǒng)的C-IoT技術(shù)。


多合一5G基地臺(tái)仿真器
5G RedCap顯著提升了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(jié)，將實(shí)現(xiàn)數(shù)十億新物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署。RedCap非常適用于需要高可靠性和速度介于超級(jí)增強(qiáng)型行動(dòng)寬帶（ultra eMBB）和低功耗廣域網(wǎng)（LPWA）之間應(yīng)用，包括可穿戴設(shè)備、AR/VR、工業(yè)傳感器、智能電網(wǎng)等。

Anritsu安立知無線通信測(cè)試平臺(tái)MT8000A，搭配Quectel的RedCap模塊 Rx255C系列進(jìn)行呼叫連接和射頻參數(shù)測(cè)試，可用于驗(yàn)證該模塊是否符合3GPP R17定義的RedCap規(guī)范。MT8000A是一款多合一的5G基地臺(tái)仿真器，支持 5G RF、協(xié)議測(cè)量以及應(yīng)用測(cè)試，并支持高階4x4 MIMO和載波聚合（8CA）技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)快速且大容量的通訊。


 
圖二 : 安立知無線通信測(cè)試平臺(tái)MT8000A

一致性測(cè)試系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)芯片組、調(diào)制解調(diào)器和終端設(shè)備的制造商以及測(cè)試機(jī)構(gòu)現(xiàn)在可以依靠久經(jīng)考驗(yàn)的Rohde & Schwarz解決方案，在所有設(shè)備生產(chǎn)階段進(jìn)行387個(gè)5G RedCap測(cè)試案例，可覆蓋從早期研發(fā)到類型批準(zhǔn)合規(guī)測(cè)試的所有設(shè)備生產(chǎn)階段。

5G RedCap將真正的中層增強(qiáng)型機(jī)器通信（eMTC）引入5G生態(tài)系統(tǒng)。RedCap將使一批新設(shè)備成為低速窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）、傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前5G極端之間能力和復(fù)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(shè)備）提供優(yōu)化設(shè)計(jì)。與增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）使用案例相比，5G RedCap輕量級(jí)技術(shù)減少了天線和復(fù)雜性的數(shù)量，使用更少的頻譜帶寬，耗電量顯著降低，并且僅在獨(dú)立（SA）模式下工作。

R&S為其CMX500單機(jī)綜合分析儀和TS8980一致性測(cè)試系統(tǒng)，在最近的一致性協(xié)議小組（CAG）第74號(hào)會(huì)議上成功驗(yàn)證了5G RedCap（限制能力）測(cè)試案例，全球認(rèn)證論壇（GCF）能夠在其設(shè)備認(rèn)證計(jì)劃中啟用相應(yīng)的工作項(xiàng)目。



 
圖三 : R&S CMX500無線通信測(cè)試儀

RedCap互操作性測(cè)試
RedCap規(guī)格是3GPP 5G NR第17版（Rel-17）標(biāo)準(zhǔn)的一部分，提供精簡(jiǎn)無線裝置5G功能的支持。精簡(jiǎn)型裝置的復(fù)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(jù)數(shù)據(jù)、延遲性、可靠性和容量要求，全面測(cè)試RedCap裝置使用案例，以便在部署于無線網(wǎng)絡(luò)之前，確保它們能如預(yù)期般運(yùn)作。

是德科技（Keysight）5G New Radio（NR）RedCap符合性測(cè)試案例，已率先取得認(rèn)證。這些測(cè)試案例可與是德科技5G網(wǎng)絡(luò)仿真符合性測(cè)試平臺(tái)（TP168）搭配使用。該公司的5G RedCap測(cè)試案例，在最近舉行的全球認(rèn)證論壇（GCF）符合性協(xié)議小組（CAG）第74次會(huì)議中取得認(rèn)證。


RedCap測(cè)試服務(wù)
目前，中階IoT設(shè)備主要仍依賴LTE Cat-1bis和LTE Cat-4設(shè)備進(jìn)行廣域無線連接和移動(dòng)性。雖然在可預(yù)見的未來，LTE網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)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(duì)于這些應(yīng)用，可以提供更高的吞吐量、更低的延遲、更長(zhǎng)的電池壽命、更好的網(wǎng)絡(luò)安全性以及優(yōu)化的成本結(jié)構(gòu)。隨著5G的演進(jìn)，未來通信服務(wù)提供商將開始從4G向5G遷移。在這種情況下，可以預(yù)期5G RedCap將成為未來新中階IoT設(shè)備設(shè)計(jì)的首選。

SGS 無線通信實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)獲得5G RedCap驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室資格。SGS Taiwan無線通信實(shí)驗(yàn)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(yù)先測(cè)試服務(wù)，并且提前取得芯片商的樣品來進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，包括性能評(píng)估、互操作性測(cè)試、安全性檢測(cè)等。


結(jié)語
RedCap的競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)主要來自于其他的無線通信技術(shù)和低功耗寬域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。透過其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，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，隨著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(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮其作用。

5G RedCap的應(yīng)用場(chǎng)景包括可穿戴設(shè)備（例如智能手表、可穿戴醫(yī)療設(shè)備、AR/VR眼鏡等）、工業(yè)無線傳感器和視頻監(jiān)控。