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備。為了實現(xiàn)RedCap產品商業(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網絡連接性和所需的訊號質量。


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)網設備而設計的5G物聯(lián)網IoT技術。其主要目標是精簡化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技術領域中所面臨的復雜性差距，并針對中階應用場景進行了優(yōu)化設計。推動5G RedCap的應用場景包括可穿戴設備（例如智能手表、可穿戴醫(yī)療設備、AR/VR眼鏡等）、工業(yè)無線傳感器和視頻監(jiān)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、單接收天線（或雙天線），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現(xiàn)更具成本效益的5G RedCap產品，而更長的電池壽命和更小的設備空間，為更廣泛的應用與創(chuàng)新設計帶來可能。

RedCap也被稱為NR-Light。這是一種專為低功耗物聯(lián)網設備設計的5G物聯(lián)網IoT技術，主要目標是精簡化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技術近40％的終端價格成本，提供遠高于4G NB-IoT技術近千倍的傳輸速率。這樣的特性使得RedCap能夠填補4G NB-IoT、4G LTE、5G NR等技術中間的產品缺口，有效滿足各行業(yè)多樣物聯(lián)網應用場景的網絡需求。

觀察RedCap的技術發(fā)展現(xiàn)況，3GPP在2022年6月凍結了R17標準，其中包含了RedCap。這個標準精簡化了5G NR性能，補足了4G與5G物聯(lián)網的斷層，為行動通訊由LTE邁向NR的演進鋪路。在相關的芯片發(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調制解調器芯片。

RedCap可以被理解為一種5G的輕量化技術，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，RedCap設備使用的天線數(shù)量更少，支持更低的帶寬，進而降低了設備制造的成本。這意味著更多的人可以負擔得起5G服務，推動了5G技術的廣泛普及。

然而，RedCap的競爭技術主要來自于其他的無線通信技術，包括4G、5G NR（New Radio）等。這些技術在某些方面可能具有優(yōu)勢，例如在提供更高的數(shù)據傳輸速率，或更大的連接數(shù)量等方面。但是，RedCap透過降低成本和復雜性，以及提供足夠的性能來滿足大多數(shù)物聯(lián)網（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還面臨來自于其他低功耗局域網絡（LPWAN）等技術的競爭，例如LoRa、Sigfox和NB-IoT等。這些技術通常被用于需要長距離、低功耗和低數(shù)據速率的物聯(lián)網應用。然而，RedCap可以提供更高的數(shù)據速率和更好的移動性，以及利用現(xiàn)有的5G網絡基礎設施，使得它在這些應用中具有競爭優(yōu)勢。


RedCap驗證挑戰(zhàn)
RedCap設計目標是精簡化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。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、穿戴式裝置以及安全和監(jiān)控應用所需的裝置。

由于RedCap的技術特性和應用場景的多樣性，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挑戰(zhàn)。

RedCap需要在裝置和網絡運行中實現(xiàn)多種策略來降低5G裝置的復雜性、成本和功耗。這些技術實現(xiàn)需要工程人員對5G通訊有深入的理解和技術能力。而在測試工具上，工程師需要一套可在不同領域進行非信令和信令測試的網絡仿真解決方案，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。


多合一5G基地臺仿真器
5G RedCap顯著提升了5G支持物聯(lián)網解決方案的能力，該技術作為高速和低速場景之間的關鍵環(huán)節(jié)，將實現(xiàn)數(shù)十億新物聯(lián)網設備的部署。RedCap非常適用于需要高可靠性和速度介于超級增強型行動寬帶（ultra eMBB）和低功耗廣域網（LPWA）之間應用，包括可穿戴設備、AR/VR、工業(yè)傳感器、智能電網等。

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)議測量以及應用測試，并支持高階4x4 MIMO和載波聚合（8CA）技術，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)網芯片組、調制解調器和終端設備的制造商以及測試機構現(xiàn)在可以依靠久經考驗的Rohde & Schwarz解決方案，在所有設備生產階段進行387個5G RedCap測試案例，可覆蓋從早期研發(fā)到類型批準合規(guī)測試的所有設備生產階段。

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將使一批新設備成為低速窄帶物聯(lián)網（NB-IoT）、傳統(tǒng)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。與增強移動寬帶（eMBB）使用案例相比，5G RedCap輕量級技術減少了天線和復雜性的數(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）能夠在其設備認證計劃中啟用相應的工作項目。



 
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）標準的一部分，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（CIoT）使用案例。如同所有行動通訊使用案例，業(yè)者須根據數(shù)據、延遲性、可靠性和容量要求，全面測試RedCap裝置使用案例，以便在部署于無線網絡之前，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網絡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
目前，中階IoT設備主要仍依賴LTE Cat-1bis和LTE Cat-4設備進行廣域無線連接和移動性。雖然在可預見的未來，LTE網絡預計將與5G網絡共存，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、更長的電池壽命、更好的網絡安全性以及優(yōu)化的成本結構。隨著5G的演進，未來通信服務提供商將開始從4G向5G遷移。在這種情況下，可以預期5G RedCap將成為未來新中階IoT設備設計的首選。

SGS 無線通信實驗室目前已經獲得5G RedCap驗證實驗室資格。SGS Taiwan無線通信實驗室為了保證5G RedCap產品的質量和性能，率先與儀器商合作提供預先測試服務，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。


結語
RedCap的競爭技術主要來自于其他的無線通信技術和低功耗寬域網絡技術。透過其獨特的優(yōu)勢，RedCap已經在物聯(lián)網市場中找到了自己的位置。在未來，隨著5G技術的進一步發(fā)展和普及，我們可以期待RedCap將在更多的應用場景中發(fā)揮其作用。

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