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Cat.1最佳替代?RedCap离物联网时代爆款还有多远

2023年2月,随着首颗RedCap芯片和模组上市,紧接着进入预商用验证阶段。业内预计,今年将是RedCap里程碑的一年,其落地催化物联网产业进程。具体而言,RedCap究竟有哪些应用优势?目前的产业链生态及商用进程如何?

2022年6月,3GPP 5G Rel-17标准正式冻结。其中,Rel-17引入了RedCap(Reduced Capability,降低能力)终端,它支持更低的发射功率、更强的节电模式,以及有限移动性和切换。在5G新标准冻结之后,RedCap加快技术验证、终端研发,以及商用预演。设备商、运营商、芯片/模组商、垂直行业终端,积极推动RedCap的商用进程。joResmc

2023年2月,随着首颗RedCap芯片和模组上市,紧接着进入预商用验证阶段。业内预计,今年将是RedCap里程碑的一年,其落地催化物联网产业进程。具体而言,RedCap究竟有哪些应用优势?目前的产业链生态及商用进程如何?joResmc

为什么是RedCap?

首先要从5G技术的演进说起。实际上,就算是中国这样的网络大国,也暂未在境内所有区域完全覆盖5G,中国的移动网络仍以“4G+5G为主,2G+3G为辅”。目前,5G技术刚刚完成第一演进阶段,最新Rel-17标准对RedCap的引入,补齐了5G的中高速率业务承载能力。joResmc

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图1:5G技术演进进度 来源:国际电子商情joResmc

可能在普通消费者的观念中,一项技术越发展其功能越丰富,性能也就越强。但为什么5G技术演进到Rel-17时,还会出现轻量版5G技术RedCap?这主要可从两个方面来观察:joResmc

一方面是5G应用复杂多变。不同设备对网络的需求各异,倘若每个应用都采用标准的5G芯片/模组,可能会出现“杀鸡用宰牛刀”的情况。在实际应用中,企业可以针对不同细分场景的需求来选用不同的芯片和模组。比如,智能表计、智能灯杆、智能停车管理等应用,强调极低功耗、广连接,但带宽要求不高,使用低成本的NB-IoT芯片/模组就可满足需求;可穿戴设备、POS机、物流、电梯监控等应用对功耗要求不高、只需中低速带宽,可使用LTE Cat.1、eMTC芯片/模组;视频监控、远程医疗、自动驾驶等应用对带宽要求高,可使用LTE Cat.4、Cat-6、5G芯片/模组。joResmc

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图2:不同带宽的技术的主流应用场景 来源:国际电子商情joResmc

另一方面是通信技术的“退网”。为了能更高效地利用频谱资源,新一代通信技术成熟应用后,前几代通信技术会陆续被“退网”。例如,2G/3G退网后,其大部分的物联网业务迁移到LTE Cat.1、LTE Cat.4和NB-IoT中。未来4G也会面临“退网潮”,为了更长远的考虑,需建立轻量化的5G版本,来覆盖原本由LTE Cat.1、LTE Cat.4支持的需求。joResmc

得益于5G的网络切片特性,3GPP根据业务应用对用户数、QoS(Quality of Service,服务质量)、带宽的不同要求,把5G物理网络分成了——eMBB(增强型移动宽带)、mMTC(海量物联网通信)、uRLLC(低时延高可靠通信)三个切片,每个切片内部可实现资源共享,同时还保证每个切片性能不对其他切片的性能产生影响。而RedCap(又称NR-Light或NR lite)主要针对带宽、功耗、成本介于eMBB和LPWA(低功耗广域网)之间的应用。joResmc

为了压缩5G NR(New Radio,新空口)终端的成本,现在的RedCap只支持FR1频段20MHz的带宽和FR2频段100MHz的带宽,其接收天线也减少到1或2根,调制阶数由FR1 256QAM降为FR1 64QAM。通过减少终端的带宽、接收天线的数量和层数,可大幅度降低终端的芯片/模组成本。据IMT-2020(5G)推进组介绍, RedCap模组的成本预计会比eMBB低5倍,前者规模商用后的价格与LTE Cat.4相当。此外,Redcap终端支持Rel-17的终端节能技术和覆盖增强技术,还通过引进初始BWP(Bandwidth Part,部分带宽)和非小区定义的同步信号,可有效实现Redcap终端和非Redcap终端的友好共存。joResmc

基于以上特点,RedCap适用于智能可穿戴设备、工业无线传感器和视频监控等三大业务场景,这些业务场景对数据速率的要求远低于eMBB,但又高于NB-IoT、LTE-M等低功耗广域网,RedCap的使用能在网络性能和终端成本上实现均衡。joResmc

RedCap正在批量商用前夕

截至2023年Q2,RedCap产业链生态初步形成。在过去一年里,运营商、设备商、芯片/模组商及终端企业,为推动RedCap的商用做出了很大的努力。比如,中国三大运营商完成了5G RedCap端到端实验室​​测试​​​验证工作;华为、中兴、中国信科、爱立信、诺基亚贝尔等设备商完成了5G基站支持RedCap的关键技术功能和外场性能测试;上海联通携手华为、百度Apollo,基于3GPP Rel-17标准完成了对车联网的5G物联RedCap连片部署实验局验证;高通、中国联通、移远通信等芯片/模组厂商发布了RedCap芯片和模组产品;此外,垂直行业企业也大力推进RedCap在场景、技术和产品解决方案的定义和适配。joResmc

其中,有一些具有里程碑意义的事件需重点关注。今年2月上旬,高通发布了全球首款5G NR-Light(即RedCap)调制解调器及射频系统——骁龙X35,通过支持LTE与5G NR-Light,骁龙X35具备了向后兼容和支持面向未来特性的能力;随后2月底至3月初的世界移动通信大会(MWC2023)上,中国联通发布了全球首款通用型5G RedCap商用模组NX307,同日,移远通信也宣布推出轻量化5G RedCap模组Rx255C系列。以上信息释放出一个人积极信号——RedCap已开启商用的进程,未来的批量商用指日可待。joResmc

另外,中国市场的物联网连接数也有了突破性的进展。中国工业和信息化部数据显示,截至2022年8月末,中国三大运营商的移动物联网终端用户达到16.98亿户,该数据比移动电话用户多了2,000万户。这意味着,中国已经成为全球率先实现“物超人”的国家。joResmc

与此同时,需求端的市场规模也在日益扩大。前文提到RedCap适用于可穿戴设备、工业无线传感器和视频监控三大业务场景,其产品涉及到对体积、功耗要求严格的智能手表/手环、医疗监控设备,需实时视频监控的城市管理、工农业设备,有大规模数据采集需求的工业用压力传感器、温湿度传感器等。这些产品在未来也有较好的发展空间。据英国市调机构IDTechEx的报告预测,2026年全球智能可穿戴设备市场规模预计达1,500亿美元;美国市调机构MarketsandMarkets的报告数据显示,到2026年的全球工业传感器市场规模达319亿美元,到2027年全球视频监控市场预计达764亿美元。joResmc

除了前面提及的三大应用场景之外,未来RedCap的重要应用场景还包括:车载T-Box、电力设备等。在以上细分市场需求的推动下,RedCap的发展将欣欣向荣。对此,业内人士预估,2023年有望成为5G RedCap的商用元年,其RedCap连接数或达百万级别,到2024年将进入RedCap批量落地阶段。joResmc

如果把目光从物联网领域移开,而进一步聚焦在AIoT领域,相信大家也会好奇,2023年AIoT发展到了什么地步?有哪些值得关注的应用和技术?2023年6月8日,AspenCore与深圳市新一代信息通信产业集群将联合主办“2023国际AIoT生态发展大会”,大会汇聚国际、国内AIoT领域的技术力量与市场渠道资源,共筑创新发展的AIoT产业生态。感兴趣的读者请点击这里报名。joResmc

还存在哪些待解决的问题?

不过,5G RedCap要想顺利批量商用,还需要克服一些阻碍因素。在今年4月中旬的移远通信2023年物联网生态大会上,来自移远通信、紫光展锐、中国移动等企业的嘉宾,就RedCap商用化过程中仍存在的问题分享了各自的观点。joResmc

移远通信副总经理孙延明表示,从技术上来看,5G RedCap本身的设计是为了把中低速物联网应用迁移到5G上,但能否顺利迁移过来还受很多因素的限制。理论上,LTE Cat.4的带宽为20 MHz,RedCap不仅能在功能上替代LTE Cat.4,而且还发挥了很多新特性。在Rel-18标准冻结之后,RedCap的带宽可降至5 MHz,届时将能替代LTE Cat.1。但决定这一替代过程有多长的,并非是简单的技术引进,而是整个产业链的协同。joResmc

RedCap被看好的主要原因有两点:一是部署前景,5G R15网络已在全中国广泛部署,RedCap从Rel-15、Rel-16升级到Rel-17、Rel-18,可实现网络部署成本和迭代周期之间的平衡;二是应用场景,如今许多物联网连接基于LTE Cat.1和LTE Cat.4,5G RedCap可从应用场景上替代前两者,在物联网碎片化场景中找到非常好的平衡点。joResmc

移远通信产品市场总监杨开军补充道,RedCap在应用方面至少要面临两方面的挑战。第一,网络的准备度。RedCap建立在SA(Standalone,独立组网)网络基础上,中国的SA组网领先于其他国家。另外,在SA的基础上升级到Rel-17,才能享受到全部的5G特性。第二,成本因素。虽然现在RedCap芯片的成本比标准5G芯片低,但与大家预期的成本相比还存在差距。joResmc

在规格方面,RedCap还可进一步精简,比如,在Sub-6GHz频段上,3GPP Rel-17 RedCap的带宽为20MHz,这小于传统5G 100MHz的带宽,而Rel-18 Redcap带宽进一步缩减为5MHz。目前,5G覆盖尚未达到4G的水平,加上RedCap所面对的应用场景可能比较复杂,在没有5G网络的情况下,终端设备需要平滑切换到4G。因此,现在的RedCap均为双模产品,待未来SA网络和应用充分普及,RedCap也可做成单模产品的形式,届时产品上量指日可待。joResmc

中国移动政企事业部市场管理部副总经理李源指出,5G RedCap本质上是对4G LTE Cat.1及LTE Cat.4的场景和技术的升级迭代。现在的5G RedCap模组、终端仍待成熟,必须要找到一些规模足够大的应用领域,虽然5G RedCap在矿山、远程教育、医疗等场景已有试点应用,但是还未做到足够大的通用规模效应。joResmc

相对而言,行业视频应用场景更容易起量,比如智慧乡村等场景有许多视频监测需求,又有较高的网络流量需求,所以能快速推动RedCap模组和终端的成熟。当前,RedCap发展可以以涵盖机器视觉在内的视频需求为重点扩展,往国家支持的大方向做规模推进,尤其是在农业、工业,以及金融等方面。joResmc

“4G改变生活,5G改变社会, 4G技术升级改变了我们生活方式和消费习惯,包括智能POS、共享单车、充电宝、扫码支付云喇叭等物联网终端形态; 5G技术升级会推进社会智能和数字化转型,5G不同的技术产品组合会带来不同的行业机会。5G技术不能单独完成这一使命,它需要与AI、机器视觉/听觉等技术融合,多种技术深度融合之后会带来很多场景的新变化。”紫光展锐营销管理部副总裁吴发强举例称,5G RedCap的场景是对4G的延伸。随着大数据、高清视频需求迭代至5G,5G+AI+视觉深度融合后,智慧教育、自动驾驶、元宇宙会有广阔的想象空间。总体而言,5G真正要在垂直行业落地,需要包括芯片厂、模组厂、运营商在内的各个生态伙伴的共同努力。joResmc

何时完成对LTE Cat.4/Cat.1的替代?

根据3GPP的规划,RedCap诞生的目的是为了替代LTE Cat.4和LTE Cat.1,这是否会加剧不同芯片公司的竞争?joResmc

紫光展锐广域物联网产品经营部总经理鲜苗介绍道,该问题的本质是“芯片厂商在通信的交替迭代过程中,怎么选择自己的技术和产品规划路线”。joResmc

由于与行业应用相关的产品和设备的生命周期长达5-10年,该类设备一定是在运营商宣布彻底停运时才被动升级到最新的通信技术上。例如,当前很多物联网设备都已经升级到了4G LTE,但是截至2022年年底,在某些工业领域依旧有上百万套2G设备在使用中,这些设备会坚持到2G彻底退网才会更新通信制式。 joResmc

芯片厂家会支撑模组厂家以及终端厂家,进而服务各个行业,做好相应的通信制式升级换代。Rel-17 RedCap对标LTE Cat.4,Rel-18 RedCap对标LTE Cat.1,虽然前后两者在技术上相通或相似,但是在应用场景方面并不冲突,甚至是某种程度上互补。芯片的规划是遵从技术的演进以及芯片工艺的演进,而在物联网行业,技术演进是发展核心。随着通信技术的迭代,芯片公司一定会通过芯片产品的软硬件升级迭代来跟进,并通过市场与行业需求调研最终满足行业终端客户的需求。joResmc

孙延明则认为,仅从三至五年的时间维度来看,LTE Cat.1和RedCap是互补关系,但放到更长的时间维度来观察,两者的技术标准演进其实是替代关系。首先,LTE Cat.1具备成本优势,成本往往代表着行业终端客户的诉求,厂商和运营商仍对LTE Cat.1保持极大的热情,其市场也正逐年增长,每年都有更新的应用出现。其次,LTE Cat.1还有一定的存量市场,2G过渡到LTE Cat.1、LTE Cat.4仍有诉求。在中国,这一过渡将在3-5年内完成,在亚太、欧洲和拉美等地区,这一过程可能还需5-7年。joResmc

RedCap在短期来看,特性非常明显,比如有低延时、高可靠、大覆盖、低功耗、低成本等优势,可覆盖电力、监测、视频传输等应用的诉求。RedCap能否替代LTE Cat.1或LTE Cat.4,不是技术命题而是产业命题。任何新标准、新生态要推起来,都需要在很多地方做努力,比如国家引导,就如光伏和新能源汽车行业一样,需要政府层面来推动。然后,设备商和运营商积极布置和优化,推动一些包括钢铁、医疗、教育在内的产业项目落地应用,并以点带面做场景下沉,把5G公网特性带到私网或某一个应用中。最后,终端、模组、设备厂家提供多样化的产品,努力降低产品的成本,提升性价比。joResmc

当然,从成本的角度来看,RedCap与LTE Cat.1还存在较大的差距。RedCap目前的版本是Rel-17,Rel-18版本预计于2023年底冻结,届时将能真正对标LTE Cat.1。joResmc

小结:运营商积极推进RedCap商用试点

如今,中国三大运营商正在积极推动RedCap的商用试点。仅在今年4月份,就有完成了针对多个应用场景的RedCap商用试点。joResmc

  • 2023年4月18日,中国联通携手美的集团、上海汽车城和华为等合作伙伴,分别在广东佛山美的厨热洗碗机工厂和上海嘉定汽车城,完成了工业和车联网场景的5G RedCap终端全球首商用;
  • 2023年4月中旬,杭州移动携手华为、南瑞等合作伙伴,在国网杭州供电公司完成全球首个5G+电力场景的RedCap端到端商用试点;
  • 2023年4月下旬,中国联通携手大华、华为在浙江杭州实现了基于安防监控场景的RedCap商用网络部署;
  • 同样是2023年4月下旬,中国电信厦门分公司联合华为在厦门完成全国首例RedCap视联网商用验证,本次商用主要应用在基于5G视联网的AI垃圾分类、城管智能执法监控等场景。

相信在接下来,针对不同场景的商用试点还将继续,直到RedCap真正迎来规模商用的时候。joResmc

责编:Clover.li
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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