一文看懂！eRedCap技术与应用展望

通信世界

2025-03-13 20:15发布于北京通信世界官方账号

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在物联网蓬勃发展的进程中，通信技术的革新始终是关键驱动力。RedCap(5G轻量化)的诞生，为物联网带来了低复杂度、低成本的通信解决方案，在众多领域崭露头角。然而，随着应用场景的不断拓展与深化，其对技术的要求也愈发严苛。

在此背景下，eRedCap（Enhanced Support of RedCap，增强型RedCap）应运而生。它作为RedCap的进阶版本，在继承RedCap优势的基础上，实现了传输速率、eDRX（扩展非连续接收）等多维技术突破，进一步优化了性能、成本与功耗等关键指标，能够满足工业无线传感器、智能电网等对更低成本、更低功耗的需求。

“双低”应用场景驱动5G向eRedCap演进

在5G技术迈向万物智联的进程中，3GPP在R17版本中开创性地推出了轻量化通信技术RedCap。该技术通过将常规的20MHz带宽动态适配为灵活精简的通信模式，在确保基础性能的前提下，显著降低终端设备的复杂度与成本。这种精准的“技术瘦身”，为工业传感器、视频监控、可穿戴设备等应用场景构建起高性价比的5G连接桥梁，开启了中速率物联网规模化落地的新纪元。然而，随着5G赋能行业的持续推进，人们逐渐发现，在诸多领域（如工业无线传感器、智能电力等）存在着对成本、能耗以及数据速率要求更低的业务需求。

以工业传感器场景为例，依据3GPP TR 22.832与TS 22.104标准，未来的工业无线传感网络将通过温湿度、压力、加速度等多模态传感器构建精密的感知矩阵，从而形成能够实时动态捕捉生产状况的“数字神经”系统。该网络须满足99.99%的传输可靠性和端到端100毫秒级的数据闭环要求，以支撑传感器对工业设备进行实时监测。同时，即便在2Mbit/s速率限制下，智能流量调度技术依然可以保障工业设备监测等上行密集型业务的流量高效传输。网络架构采用异构部署模式：固定节点通过工业级温湿度传感器实现有线供电的全域覆盖，移动终端则搭载低功耗工业传感器，并结合能量采集技术，突破续航瓶颈，达成5年免维护的运行目标。

作为商业数字化转型的先锋载体，移动POS机正以“智能交互枢纽”的姿态深度融入零售、餐饮、酒店等服务业态的核心交互节点。支付终端通信架构历经从Wi-Fi、GPRS到LTE Cat1/1bis的迭代演进后，当前正处于2G网络退网、4G向5G演进等趋势交汇的关键节点。新一代5G POS解决方案通过“精准效能配比”实现技术突破：POS终端通信芯片以10kbit/s的上下行基准速率，找到了兼顾效率与能耗的黄金平衡点。其电池续航能力突破常规束缚，在典型应用场景中可稳定运行数日，理想状态下更能实现1～2周的持久续航，完美契合餐饮业高峰时段的密集交易需求与零售业的长周期运营特性。这种“微功耗、强连接”的技术范式，正在重塑商业支付终端的“生命力曲线”。

在能源互联网的演进历程中，智能电网正以“电力数字孪生神经”的姿态重构能源系统的控制理念。根据3GPP TR 22.104标准，精准负荷控制的核心在于将电网负载控制精度推升至毫秒级响应水平——当高压直流输电系统遭遇严重故障时，可在毫秒级时间内完成“数字显微手术”，精准切除非核心负载模块，如同给电网植入具备自主免疫功能的“数字神经元”。在通信服务方面，其对可靠性要求极高，需达到99.9999%，端到端时延要小于50毫秒，数据速率范围为320.59kbit/s～28kbit/s。

在物联网蓬勃发展的当下，工业监测、环境传感等不同场景提出了低功耗、低成本、更低速率等多样化需求。这使得3GPP有必要进一步优化RedCap，从技术细节、应用适配等方面入手，全方位提升其性能，以满足物联网时代各行业的发展需要，助力构建更完善的物联生态体系。

R18 eRedCap技术特性及标准进展

在3GPP R18版本中，为了适配智能电网、智慧城市等对速率需求更低、功耗要求更低、终端成本更为敏感的应用场景，业界引入了RedCap技术的演进版本——eRedCap。本质上，eRedCap可视为一种新的终端能力类型，其能力介于现有LPWA（低功耗广域网）用户设备与R17RedCap用户设备之间，并且与LTE Cat1的应用场景基本一致。

eRedCap在R17 RedCap基础上，通过多维技术革新实现了性能与成本的精准平衡。围绕带宽与天线配置优化、速率优化、终端复杂度降低、功耗控制强化四大维度，对技术特性展开了系统性突破。

在带宽和天线方面，eRedCap将业务带宽从R17的20MHz进一步压缩至5MHz，即仅为PDSCH（物理下行共享信道）和PUSCH（物理上行共享信道）提供5MHz的基带带宽，其他物理信道和信号仍然允许使用最大20MHz的UE（用户设备）射频和基带带宽的方案。同时，将天线配置简化为单接收（1R）或双接收（2R）模式，相较于传统NR终端所需的2T4R天线架构，射频前端组件数量减少50%左右。这种带宽与天线的双重精简策略，不仅使基带处理复杂度降低约40%，还将调制阶数从R17支持的64QAM下调至QPSK(四相相移键控)等低阶方案，显著简化了信号编解码过程，尤其适用于工业传感器、智能表计等仅需传输小数据包的应用场景。

在速率优化领域，R18阶段的eRedCap技术调整方向明确，目标峰值速率降至10Mbit/s，契合低速率需求场景。为此，eRedCap构建了三种核心方案。其一为放宽峰值速率限制。3GPP TS 38.306标准原本对MIMO层数、调制阶数及缩放因子的乘积限制较为严格，eRedCap放宽了这一限制，为速率调控提供了灵活空间。其二是限制数据信道的最大传输块大小（TBS）。该方案针对单TTI（传输时间间隔）内，通过对PUSCH发送和PDSCH接收的TBS进行约束，精准控制数据传输速率，符合eRedCap低速率设计要求。其三是限制数据信道的物理资源块（PRB）个数。此方案融合前两者思路，通过限制最大可调度的PRB个数，间接限制TTI中的TBS。由于PRB是物理资源的基本分配单元，这种控制对速率的影响直接且有效。与R17 RedCap相比，该方案可降低6.59%～8.12%的复杂度和成本，减少硬件资源配置与信号处理的投入。

在终端成本与复杂度的深度优化方面，与RedCap大于100Mbit/s的处理速率不同，eRedCap将处理速率降至10Mbit/s级别，为降低UE复杂度创造了有利条件。从基带数据处理模块来看，由于数据处理量大幅减少，处理数据量降低了一个数量级，这使得FFT Size（快速傅里叶变换大小）、HARQ（混合自动重传请求）缓存等相关处理都能进行降级操作。在内存方面，eRedCap可考虑采用无DDR（双倍数据速率）方案，仅保留片内内存，既能满足低速率数据处理对内存的需求，又有效降低了内存管理的复杂度与硬件成本。在处理器规格上，eRedCap可选用更低阶的处理器，例如RISC-V架构处理器，在满足低速率数据处理要求的同时，又显著降低了处理器本身的复杂度。此外，处理器主频也可相应降低。综合以上多方面的调整，eRedCap复杂度能够降低10%～17%左右，为在成本敏感型场景中的大规模应用奠定了坚实基础。

能耗优化同样是eRedCap的关键技术特性。在非激活状态下，eRedCap支持的eDRX周期大幅延长，从大于10.24秒扩展至最大可达10485.76秒，即2.91小时。这一特性使得终端设备在大部分时间能够处于低功耗的休眠状态，仅在特定时间点被唤醒以进行数据收发，极大地降低了能耗。在此过程中，基于RRC_INACTIVE（无线资源控制非激活态）的eDRX参数，AMF（接入和移动性管理功能）能够准确推断出UE不可达的时机，并采用与处理空闲状态UE类似的策略，处理MT（移动终端）信令和MT数据。例如，现有的核心网高时延通信解决方案，便可以应用于空闲态或RRC_INACTIVE的UE，从而实现节能目的。此外，当核心网检测到MT信令或数据到达时，会向RAN（无线接入网）发送通知。此时，若UE处于可达状态，RAN便能够依据该通知触发RAN寻呼，确保数据能够准确无误地传输至UE，在保障通信质量的同时，有效实现能耗优化。

在标准进展方面，3GPP在R18对eRedCap开展演进研究与标准化工作，涵盖SI（研究项目）和WI（工作项目）。eRedCap课题SI阶段从2022年第一季度到第四季度，RAN1在#108-e至#111期间、RAN2在#117-e至#120期间进行研究。其输出报告TR38.865，基于TR38.875中的R17评估方法，针对进一步降低终端复杂度开展研究，内容涉及降低FR1（频率范围1，即410MHz—7125MHz）终端带宽至5MHz、降低FR1终端峰值速率，以及解决由此带来的网络、终端、协议影响和共存问题。基于SI阶段的评估讨论，在RAN#97-e确定最终WID（工作组标识）内容如下：功耗效率增强，如RRC_INACTIVE态中eDRX增强；复杂度和成本降低，如FR1的UE复杂度降低（包括最大5MHz基带带宽的PDSCH和PUSCH，20MHz的上行和下行射频带宽，以及最大20MHz射频+基带带宽的其他物理信道和信号）；FR1的UE峰值速率降低，如放宽限制等。之后在2023年第一季度至第四季度的WI阶段，RAN1在#112至#115期间、RAN2在#121至#124期间推进相关工作。

eRedCap发展的重要意义

契合多元物联网需求

物联网设备的应用场景极为广泛，从工业传感器到可穿戴设备，其对通信技术的要求千差万别。eRedCap凭借低功耗、低成本及性能适中的解决方案，成功填补了传统5GNR高复杂度、高成本与LPWA（如NB-IoT、LTE-M）之间的空白，高度适配中低复杂度物联网设备的需求。它在确保一定数据速率的同时，大幅降低设备复杂度与成本，为大规模部署创造了有利条件；其优化的功耗管理策略，特别适合长时间运行的物联网设备，能够有效延长设备使用寿命。

助推5G生态系统完善

5G网络旨在支持增强型移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）等多样化场景。eRedCap作为5GNR的补充技术，极大地完善了5G生态系统，使5G网络能够支持更多中低复杂度设备，显著拓展了5G的应用范围。而且基于5GNR框架构建的eRedCap，能与现有5G网络实现无缝集成，有效降低部署成本。

削减物联网部署成本

物联网设备部署规模通常十分庞大，成本成为影响其普及的关键因素。eRedCap通过简化设备设计、减少天线数量、降低带宽需求，显著降低设备复杂度与成本，有力推动物联网大规模部署。eRedCap设备制造成本更低，契合大规模部署的成本要求；同时借助现有5G基础设施，减少了额外的网络建设成本。

赋能新兴应用场景

随着物联网技术飞速发展，工业物联网（IIoT）、智慧城市、可穿戴设备等新兴应用场景不断涌现。eRedCap凭借适中的数据速率、低功耗及广覆盖特性，为这些新兴场景提供有力支持。在工厂自动化、设备监控与预测性维护方面，eRedCap发挥着关键作用，有效提升工业生产效率；在智能路灯、环境监测、交通管理等智慧城市领域，eRedCap助力城市实现智能化发展；其低功耗特性适配健康监测与运动追踪设备，确保可穿戴设备的长续航与稳定连接。

驱动技术创新与产业升级

eRedCap的发展不仅推动通信技术进步，还促进相关产业升级。借助eRedCap技术，设备制造商、网络运营商和应用开发商得以探索新的商业模式与市场机会。eRedCap推动低功耗、低成本通信技术创新，为未来6G技术发展奠定基础；在芯片设计、设备制造、网络部署及应用开发等物联网产业链各环节，eRedCap的应用将促进产业升级。

总结

发展eRedCap技术是通信行业和物联网领域的重要战略选择。它能够满足多样化物联网需求、推动5G生态系统的完善、降低部署成本、支持新兴应用场景、促进技术创新与产业升级、提升全球竞争力，并推动可持续发展。通过发展eRedCap，产业界可以更好地应对未来的技术挑战并把握市场机遇，为智能化社会的建设奠定坚实基础。

*本文刊载于《通信世界》

总第963期 2025年3月10日第5期

原文标题：eRedCap技术与应用展望

责编/版式：盖贝贝

审校：王涛梅雅鑫

监制：刘启诚

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