RedCap如何融入5G和物聯網

作者 : Nir Shapira,CEVA行動寬頻事業部業務發展總監

5G的真正希望並不在於手機,而是在於工業與商業應用,網路營運商希望能據此回收他們在 5G網路基礎建設和頻譜所投入的龐大投資…

5G的真正希望並不在於手機,而是在於工業與商業應用,網路營運商希望能據此回收他們在 5G網路基礎建設和頻譜所投入的龐大投資。5G物聯網將行動網路延伸至數十億個物聯網節點,這是比消費性使用更具野心的目標,因為5G必須適應端點的多樣性。這些端點「物」包含需要大量頻寬與「經常開啟」運作的手機和固定式無線網路,以及不常傳輸或接收小型資料封包的感測模組。然而,許多物聯網產品的需求將會介於兩者之間,它們不需要5G的高速性能,但相較於手機或固定式終端設備對於電力/成本的要求更為嚴格,並在廣泛使用案例中要求極低的延遲,這就是新的5G RedCap標準發揮作用的地方。

3GPP寬頻標準定義了四種不同(但相關)的發展方向(圖1)。在Release 15中定義了第一個主要的方向:增強型行動寬頻(eMBB),目標是針對消費性手持裝置,以及固定無線接入(FWA)。Release 16則定義了第二個方向,涵蓋超可靠低延遲通訊(URLLC),此方向是針對重視時效性的邊緣運算,並支援未來的AR/VR裝置。第三個方向是側鏈(Sidelink),側鏈主要是針對車聯網(V2X)所設計,預計從Release 18開始將會開始支援非車輛使用案例,包括工業和物聯網領域(將與RedCap結合)。第四個方向是5G物聯網,LTE,尤其是LTE Cat-1,部分支援此領域的應用,但隨著5G RedCap在Release 17的推出,目前正逐漸被5G所取代,Release 18應會提供進一步的改善與最佳化。

 

圖1:5G包含四種不同但相關的發展方向。

 

RedCap是什麼?

降低性能(Reduced Capability,RedCap)帶來5G的優勢,尤其是在網路效能與前一代LTE同級的網路中,延遲明顯更低,其目標是要補足支援eMBB和URLLC (峰率在Gbps範圍內)的基準完整效能5G裝置與窄頻寬的大規模機器型通訊(mMTC,支援1Mbps)之間缺少的效能等級。RedCap裝置支援約85Mbps的效能等級,可用於多種工業和物聯網使用案例。

5G網路的物聯網支援,可提供符合成本效益的未開發部署(不需要支援三種網路:5G、LTE與eMTC/NB-IoT)。5G著重於降低性能的使用案例,與專用網路的快速成長相合。RedCap與專用網路開創了符合成本效益的全新部署,為企業與工業使用案例提供了解方。5G網路也提供更多的頻譜選項,包括未授權的頻譜。RedCap也支援毫米波操作,其有限的覆蓋範圍可在頻譜複用中發揮優勢。5G網路也利用波束成形技術(複雜之處在於基礎設施),在6GHz以下頻段提供更高的涵蓋範圍,讓使用者端設備更為精巧省電。由於Release 17推出後可望達到公分等級的定位準確度,5G也能改善裝置定位,讓工業使用案例能夠進一步受益。

5G網路具有優於LTE的網路管理能力,並支援有保障的服務品質(QoS)。一般網路基礎設施可透過軟體式網路切片、安全性和行動邊緣運算(MEC)選項,提供此種增強的管理功能。網路切片(圖2)不需添購更多硬體即可提供不同層級的QoS,並重複使用相同的網路基礎設施以支援高度分散的工業使用案例。MEC將傳統雲端運算功能移至網路,減少壅塞情形並改善成本效益與延遲。舉例來說,安全性和人工智慧(AI)功能可在本機閘道中提供。私人行動數據網路是另一種可能的應用,其中超高效能可能不如強化安全性、提升可用性,以及根據網路需求調整功能來得重要。

 

圖2:網路切片讓專用網路和應用程式在為特定用途定義的組態中運作。

 

哪些物聯網應用可以獲益於這些增強功能?

  • 工廠與電網的工業感測器(壓力、CO2、濕度、動作、溫度感測器等);
  • 監視器;
  • 穿戴式裝置(包括眼鏡外型的新興XR裝置)、汽車車載遙測系統;
  • 電子健康和醫療監測裝置。

這些應用在其所分享或必須回應的資訊中,都具有某種程度的關鍵性。然而,這些應用對於成本和電力限制非常敏感,RedCap的目標在於幫助物聯網產品製造商找到平衡。

車輛遙測即是一個實例。我們通常會想到車輛為了安全、導航、交通管理等事宜與其他車輛或基礎設施進行通訊,所使用到的行動數據V2X應用。這些通訊需要側鏈通訊的特別支援,並要求與5G Redcap相似的效能。遙測是不太一樣的應用,車載遙測終端盒(T-Box)是現代汽車中的成熟電子裝置,負責遠端連接車輛功能等等。這些車載系統採用行動數據技術,不過新推出的系統則開始使用5G。車載遙測系統在此可以處理無線更新、收集和傳輸車輛統計資料,以及在偵測到問題時安排維修。車載遙測系統通訊連結量可能將超過V2X,且適用於RedCap效能範圍。

RedCap設計?

RedCap尚未完全獲得核准;預計在2022年中才會通過。預計2024~2025年間將有RedCap初步部署,但使用者數量要到2026年後才會大幅增加。

待RedCap上線後,改變通訊方法可能在時間與開發成本上都相當昂貴。筆者建議在打造產品時,採用透過LTE運作的通訊系統,但可經由軟體更新或簡易重新設計輕鬆切換至RedCap。許多產品製造商都渴望找到通訊問題的解決方案,通訊鏈路能協助他們立即將產品上架,並在5G RedCap標準成熟時順利移轉。

若要規劃下一代產品,往往存在影響短期收入的風險,但這些風險應該也必須是可控的。由於物聯網應用所需的裝置成本低廉,希望RedCap實作可以更加整合,不只是數位基頻和RF部分,在某些情況下還能整合其他通訊技術和特定應用系統單晶片(SoC)。如此一來,SoC就能針對特定使用案例進行最佳化。此外,還應為非專精於通訊技術的新廠商和OEM提供選項,將RedCap IP整合至SoC以達到產品差異化,類似他們目前針對Wi-Fi的做法。

 

 

 

 

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