5G天線PCB之輕量化5G能否破解成本痛點？

在5G商用的第四個年頭，我國5G已經實現了從基礎設施建設到產業鏈生態發展，再到產業應用探索均已走在世界前列的跨越式發展。據工信部數據，截至2022年底，我國累計建成并開通5G基站231.2萬個，基站總量占全球60%以上。

不過，在5G進行商業化的探索過程中，絕大多數的應用場景都主要利用了5G的高傳輸速率特性。而5G技術的其它先進特性，如高精度授時、高可靠性、非衛星定位等，一方面由于應用場景不成熟，另一方面，由于高傳輸速率帶來的高設備成本、高耗能、高電信資費等因素，一直沒有得到非常廣泛的利用。

而5G R17版本中引入的最具代表性的技術RedCap（也稱作NR-Light）則是通過降低天線數量和最大速率以達到“節能降本”的目的，這也恰好彌補了5G商用過程中面臨的高成本、高能耗等弊端。因此，對于物聯網產業（m-IOT）中不需要極高傳輸速率的應用場景來說，5G RedCap無疑具有舉足輕重的地位。

每一次通信網絡的迭代、創新都伴隨著大量的市場機會，5G RedCap也不例外。自R17版本標準凍結后，業界便開始依據標準推動RedCap商用化進程，產業鏈多方開始進行相關的測試驗證和互聯互通實驗。早在去年11月的相關會議上，中國聯通研究院無線技術研究中心總監李福昌曾預估，2023年上半年，業內將推出第一代RedCap商用產品（包括網絡設備和芯片模組）；預計2025年，RedCap產業鏈將逐漸成熟。

如今，5G RedCap的商用化進程似乎比預想的更快一些。就在2月份，全球領先的物聯網整體解決方案供應商移遠通信正式對外宣布，將推出基于高通驍龍X35 5G調制解調器及射頻系統的5G RedCap模組Rx255C系列，該系列產品在尺寸、耗能和成本效益等方面進行了大幅度優化，將直接助力5G中速移動寬帶場景的應用探索。

眾所周知，5G定義了三大場景——eMBB針對大帶寬應用，支持載波帶寬100MHz以上，峰值速率可達10Gbps；uRLLC支持毫秒級時延和超高可靠性；而mMTC是由4G時代的NB-IoT和eMTC演進而來，主要針對帶寬小于1.4MHz、速率低于1Mbps的低速率、低成本、低功耗的物聯網連接。三大場景目前都已制定完善的標準且在眾多物聯場景中有了實踐基礎。但是，三者之間同樣還存在一片“中間地帶”，這也使得5G網絡能力并不能完全覆蓋所有無線場景，而這一片“中間地帶”恰恰就是5G RedCap大展拳腳之地。
 

如果說NB-IoT在百億級低速率物聯網領域完成了一場跨入5G時代的“長跑”，那么在未來4G/5G長期共存的時代，具有“承上啟下”作用的RedCap將會發揮類似4G時代Cat 1的重要作用，補齊5G中高速大連接的能力，使5G面向各類物聯網應用需求形成具備低、中、高、超高分檔分級能力的完備技術承載體系。

例如，在5G商用進程中的一個重要目標就是實現工業場景互聯互通。但制造業場景非常復雜，設備數量龐大，品類繁雜。以傳感設備為例，其包括了壓力傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器、運動傳感器、加速度計等眾多在未來勢必要接入5G網絡的設備終端，這對帶寬、低延時等都提出了較高的要求。

同時，在3GPP多個技術研究和規范中都曾描述過大規模工業無線傳感網絡（IWSN）也需適用設備的外形、尺寸較小的特殊要求服務。這類服務雖不需要eMBB那般高速傳輸，但電池壽命需要達到數年，對能耗要求較高，同時對低延時等網絡性能也有高要求。類似需求的還有智慧城市中的監測場景，以及可穿戴設備，例如智能手表、智能手環、健康類設備和醫療監測相關設備，都需要在滿足通信需求的前提下縮小終端尺寸。

總結來看，工業無線傳感器、可穿戴設備以及視頻傳輸等場景的網絡能力需求高于LPWAN（如NB-IoT），但低于uRLCC和eMBB。因此，為了彌補這一中間地帶，3GPP在R17版本中定義了對RedCap設備的支持。更重要的是，由于原生于5G，RedCap天然便具有5G NR的優勢，支持非常廣泛的頻段，網絡效率更高，還支持波束賦形。

同時，RedCap的設備支持NR載波上的共存，該NR載波可配置為針對eMBB或uRLLC通信性能進行優化。這一優勢在工業4.0場景中發揮的淋漓盡致，全自動工廠擁有大量高性能傳感器和中低端傳感器，因此需要同時支持時間敏感型通信和時延不敏感的通信，而5G網絡可統一配置和優化，確保時間敏感通信的性能，同時保證低端傳感器設備仍然有效地操作。

應用場景持續刷新

實際上，自5G R17版本標準凍結，產業界便開始緊鑼密鼓地推進各項商業化工作，這也從側面印證了業內對于RedCap抱有較高期望。而商用化的初期首先是要進行技術驗證和測試，去年便有多家國內機構完成了RedCap的技術驗證。例如，中國信息通信研究院MTNet實驗室、IMT-2020（5G）推進組完成全球首個5G R17 RedCap基站與芯片關鍵技術測試；山東聯通在濟南萊蕪完成全國首個RedCap終端接入5G網絡的內場關鍵技術測試等。
 

其中，上海電信的測試表明，基于車聯移動性場景，實測單小區上行容量可達200+ Mbps，單用戶上行峰值100+ Mbps，相同邊緣速率下相比4G Cat 4提升覆蓋7dB，滿足RedCap在車載及穿戴場景下的泛在上行大帶寬需求。可以看出，現行條件下的RedCap技術能力優于4G Cat 4，加之5G一張網實現所有物聯網的優勢，在可以預見的未來，RedCap勢必會對4G物聯網形成替代。

更重要的是，接踵而來的5G RedCap技術驗證還進一步拓展了技術應用的重點場景。此前，3GPP在R17中針對RedCap的場景研究，聚焦于工業無線傳感器、視頻傳輸和穿戴設備三大場景，但從驗證工作來看，RedCap可應用的場景會遠遠突破這三類，目前已經蔓延至車聯網、智慧港口、智慧電力等場景。

除此之外，RedCap與5G定位的結合也得到了越來越多的關注，這兩個在5G R17標準下大放異彩的新貴強強聯合，但在實現規模化商用的過程中仍面臨著需要解決室內外定位銜接及降低終端芯片功耗與成本兩大問題。其中，利用5G一張網的優勢可以在無需額外增加輔助技術的基礎上輕松解決室內外定位銜接問題，5G定位還能復用現成的5G宏站或室分站，可以節省技術與設備成本；同時，RedCap的輕量化、低功耗、低成本、中高速數據傳輸優勢，可以很好地幫助5G定位完成位置信息傳輸。

總結來看，無論是對4G Cat 4形成潛在替代，亦或其自身性能優勢所帶來的5G應用場景補盲，RedCap背后所牽引的廣闊發展空間有目共睹，這也是為何從運營商到設備商紛紛加碼的原因。相輔而行，產業鏈生態的快速建設、成熟也將加快RedCap的商業化步伐。目前5G RedCap的商業化進程已經領先于一些稍早期的產業預期了，尤其是對于商用過程舉足輕重的底層模組，近日來也迎來新進展。

移遠通信推出

RedCap Rx255C系列模組
 

2月，移遠通信宣布正式推出輕量化5G RedCap模組Rx255C系列。該系列新品包含RG255C和RM255C兩大版本，具有優越的無線連接和超高可靠性低延遲通信(URLLC)能力，同時對產品的尺寸、耗能和成本效益等方面也進行了大幅度優化。

基于高通驍龍X35 5G平臺，Rx255C系列符合3GPP Release 17標準且支持5G獨立(SA)模式，在sub-6GHz頻段的最大帶寬可達20MHz；同時可兼容LTE網絡，廣泛覆蓋全球主流運營商。Rx255C系列的理論下行峰值速率約為220 Mbps，最大上行速率約100 Mbps，足以滿足機器人、DTU、無人機、智能港口、智能電網、AR/VR可穿戴設備、學習電腦以及其他中速移動寬帶設備對傳輸速率的需求。

由于支持RedCap技術，Rx255C優化了天線數量，降低發射和接收帶寬，并提供64QAM/256QAM(可選)調制方式，因此極大地優化了成本效益和產品尺寸。此外，驍龍X35的高集成度和獨特的架構可為模組產品實現低功耗的特點，還能夠助力絕大多數的全新終端品類獲取5G功能。同時，Rx255C系列支持L1+L5雙頻GNSS定位，可為智能終端提供精準定位服務。據悉，移遠通信5G RedCap模組Rx255C系列將于2023年上半年提供工程樣片。

寫在最后

 5G RedCap可以說是未來可期，而這一“未來”也已經并不遙遠了。在已經啟動的R18研究中，RedCap也依舊是其中的一個重點課題，R18將對其進一步進行增強，包括在FR1降低終端帶寬至5MHz、降低終端峰值速率，以及能量效率增強和降低功耗，并推進支持RedCap終端的定位功能。長遠來看，RedCap具備了4G物聯網的大部分功能，能夠在一張網絡中實現不同等級終端的通信接入，有望在2025年之后開始接棒成為中高速率移動物聯網的主力。