確保裝置互操作性 RedCap全面測試驗證勢在必行

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，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。為了實現(xiàn)RedCap產(chǎn)品商業(yè)化，供貨商必須評估協(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質(zhì)量。


精簡化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)計的5G物聯(lián)網(wǎng)IoT技術(shù)。其主要目標(biāo)是精簡化5G NR性能。

5G RedCap或NR-Light是一種設(shè)備平臺，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，并針對中階應(yīng)用場景進行了優(yōu)化設(shè)計。推動5G RedCap的應(yīng)用場景包括可穿戴設(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，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)雜性有助于實現(xiàn)更具成本效益的5G RedCap產(chǎn)品，而更長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)計的5G物聯(lián)網(wǎng)IoT技術(shù)，主要目標(biāo)是精簡化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，有效滿足各行業(yè)多樣物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的網(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。這個標(biāo)準(zhǔn)精簡化了5G NR性能，補足了4G與5G物聯(lián)網(wǎng)的斷層，為行動通訊由LTE邁向NR的演進鋪路。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(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，同時又可以繼承5G的特性。相對于傳統(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，進而降低了設(shè)備制造的成本。這意味著更多的人可以負擔(dān)得起5G服務(wù)，推動了5G技術(shù)的廣泛普及。

然而，RedCap的競爭技術(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，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，因而在這些競爭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)的競爭，例如LoRa、Sigfox和NB-IoT等。這些技術(shù)通常被用于需要長距離、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)用中具有競爭優(yōu)勢。


RedCap驗證挑戰(zhàn)
RedCap設(shè)計目標(biāo)是精簡化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發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。因為這樣的特性，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)用場景的多樣性，對其進行全面的測試和驗證是一個挑戰(zhàn)。例如，需要確保裝置的互操作性，并對RedCap參數(shù)進行充分的測試以確保連接的穩(wěn)定性。盡管RedCap有許多優(yōu)勢，但其市場接受度仍然是一個未知數(shù)。例如，需要看到更多的實際應(yīng)用案例，以驗證RedCap的實際效能和價值。

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，該版本將進一步制定增強版RedCap（eRedCap）。R18將主要針對三個角度持續(xù)精簡化：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，擴展RedCap的采用范圍。然而，這需要時間來制定和實施，并可能帶來新的技術(shù)挑戰(zhàn)。

RedCap需要在裝置和網(wǎng)絡(luò)運行中實現(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)實現(xiàn)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，以及在真實條件下進行的效能測試。測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)作為高速和低速場景之間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，將實現(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增強型行動寬帶（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安立知無線通信測試平臺MT8000A，搭配Quectel的RedCap模塊 Rx255C系列進行呼叫連接和射頻參數(shù)測試，可用于驗證該模塊是否符合3GPP R17定義的RedCap規(guī)范。MT8000A是一款多合一的5G基地臺仿真器，支持 5G RF、協(xié)議測量以及應(yīng)用測試，并支持高階4x4 MIMO和載波聚合（8CA）技術(shù)，可實現(xiàn)快速且大容量的通訊。


 
圖二 : 安立知無線通信測試平臺MT8000A

一致性測試系統(tǒng)
物聯(lián)網(wǎng)芯片組、調(diào)制解調(diào)器和終端設(shè)備的制造商以及測試機構(gòu)現(xiàn)在可以依靠久經(jīng)考驗的Rohde & Schwarz解決方案，在所有設(shè)備生產(chǎn)階段進行387個5G RedCap測試案例，可覆蓋從早期研發(fā)到類型批準(zhǔn)合規(guī)測試的所有設(shè)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(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)自動化傳感器、智能攝像頭和可穿戴設(shè)備）提供優(yōu)化設(shè)計。與增強移動寬帶（eMBB）使用案例相比，5G RedCap輕量級技術(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(tǒng)，在最近的一致性協(xié)議小組（CAG）第74號會議上成功驗證了5G RedCap（限制能力）測試案例，全球認證論壇（GCF）能夠在其設(shè)備認證計劃中啟用相應(yīng)的工作項目。



 
圖三 : R&S CMX500無線通信測試儀

RedCap互操作性測試
RedCap規(guī)格是3GPP 5G NR第17版（Rel-17）標(biāo)準(zhǔn)的一部分，提供精簡無線裝置5G功能的支持。精簡型裝置的復(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通訊物聯(lián)網(wǎng)（CIoT）使用案例。如同所有行動通訊使用案例，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次會議中取得認證。


RedCap測試服務(wù)
目前，中階IoT設(shè)備主要仍依賴LTE Cat-1bis和LTE Cat-4設(shè)備進行廣域無線連接和移動性。雖然在可預(yù)見的未來，LTE網(wǎng)絡(luò)預(yù)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(yīng)用，可以提供更高的吞吐量、更低的延遲、更長的電池壽命、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，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)計的首選。

SGS 無線通信實驗室目前已經(jīng)獲得5G RedCap驗證實驗室資格。SGS Taiwan無線通信實驗室為了保證5G RedCap產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，率先與儀器商合作提供預(yù)先測試服務(wù)，并且提前取得芯片商的樣品來進行比對驗證，包括性能評估、互操作性測試、安全性檢測等。


結(jié)語
RedCap的競爭技術(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)。透過其獨特的優(yōu)勢，RedCap已經(jīng)在物聯(lián)網(wǎng)市場中找到了自己的位置。在未來，隨著5G技術(shù)的進一步發(fā)展和普及，我們可以期待RedCap將在更多的應(yīng)用場景中發(fā)揮其作用。

5G RedCap的應(yīng)用場景包括可穿戴設(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。