确保装置互操作性 RedCap全面测试验证势在必行

RedCap（Reduced Capability）是3GPP IoT无线规范。由于其有限的5GNR功能，RedCap具备成本效益高和低功耗的优势，适用于工业无线传感器、影片监控和可穿戴装置等设备。为了实现RedCap产品商业化，供货商必须评估协议操作和RF特性，以确保符合指定的5G网络连接性和所需的讯号质量。


精简化5G性能
RedCap全名为Reduced Capability，也被俗称为NR-Light。这是一种专为低功耗物联网设备而设计的5G物联网IoT技术。其主要目标是精简化5G NR性能。

5G RedCap或NR-Light是一种设备平台，可以解决或缩小在5G技术领域中所面临的复杂性差距，并针对中阶应用场景进行了优化设计。推动5G RedCap的应用场景包括可穿戴设备（例如智能手表、可穿戴医疗设备、AR/VR眼镜等）、工业无线传感器和视频监控。

5G RedCap设备可以在较窄的带宽中高效运行，例如在7GHz频段的20MHz或毫米波（mmWave）频段的100MHz，具有单发射天线、单接收天线（或双天线），具备支持半双工FDD的选项，低阶调变（或选择256-QAM），以及支持较低的发射功率。降低复杂性有助于实现更具成本效益的5G RedCap产品，而更长的电池寿命和更小的设备空间，为更广泛的应用与创新设计带来可能。

RedCap也被称为NR-Light。这是一种专为低功耗物联网设备设计的5G物联网IoT技术，主要目标是精简化5G NR性能。
RedCap的主要优势包括低能耗、低成本和高速率。它能以低于5G NR技术近40％的终端价格成本，提供远高于4G NB-IoT技术近千倍的传输速率。这样的特性使得RedCap能够填补4G NB-IoT、4G LTE、5G NR等技术中间的产品缺口，有效满足各行业多样物联网应用场景的网络需求。

观察RedCap的技术发展现况，3GPP在2022年6月冻结了R17标准，其中包含了RedCap。这个标准精简化了5G NR性能，补足了4G与5G物联网的断层，为行动通讯由LTE迈向NR的演进铺路。在相关的芯片发展方面，联发科技在2022年底宣布其5G芯片进行RedCap连接性验证，高通则在2023年2月发布了基于RedCap的Snapdragon X35调制解调器芯片。

RedCap可以被理解为一种5G的轻量化技术，它可以大幅降低5G终端成本，同时又可以继承5G的特性。相对于传统的5G技术，RedCap设备使用的天线数量更少，支持更低的带宽，进而降低了设备制造的成本。这意味着更多的人可以负担得起5G服务，推动了5G技术的广泛普及。

然而，RedCap的竞争技术主要来自于其他的无线通信技术，包括4G、5G NR（New Radio）等。这些技术在某些方面可能具有优势，例如在提供更高的数据传输速率，或更大的连接数量等方面。但是，RedCap透过降低成本和复杂性，以及提供足够的性能来满足大多数物联网（IoT）应用的需求，因而在这些竞争中找到了自己的位置。

此外，RedCap还面临来自于其他低功耗局域网络（LPWAN）等技术的竞争，例如LoRa、Sigfox和NB-IoT等。这些技术通常被用于需要长距离、低功耗和低数据速率的物联网应用。然而，RedCap可以提供更高的数据速率和更好的移动性，以及利用现有的5G网络基础设施，使得它在这些应用中具有竞争优势。


RedCap验证挑战
RedCap设计目标是精简化5G NR性能。例如，RedCap的下行链路仅支持2×2 MIMO，而上行链路仅支持单入单出（SISO）。RedCap装置支持的带宽也比其他5G终端低，目前RedCap装置只支持FR1频段的20MHz带宽，和FR2频段的100MHz带宽。RedCap可以透过使用半双工频分双工（HD-FDD）传输代替全双工FDD（FD-FDD），以防止装置在不同频率上同时发送和接收数据。因为这样的特性，非常适用于多种装置类型，包括适用于支持工业物联网、穿戴式装置以及安全和监控应用所需的装置。

由于RedCap的技术特性和应用场景的多样性，对其进行全面的测试和验证是一个挑战。例如，需要确保装置的互操作性，并对RedCap参数进行充分的测试以确保连接的稳定性。尽管RedCap有许多优势，但其市场接受度仍然是一个未知数。例如，需要看到更多的实际应用案例，以验证RedCap的实际效能和价值。

此外，RedCap的发展也受到相关标准制定和更新的影响。例如，3GPP正在讨论R18版本，该版本将进一步制定增强版RedCap（eRedCap）。R18将主要针对三个角度持续精简化：减少带宽、降低峰值数据速率、减缓处理速度。这将使RedCap的功耗和成本更低，扩展RedCap的采用范围。然而，这需要时间来制定和实施，并可能带来新的技术挑战。

RedCap需要在装置和网络运行中实现多种策略来降低5G装置的复杂性、成本和功耗。这些技术实现需要工程人员对5G通讯有深入的理解和技术能力。而在测试工具上，工程师需要一套可在不同领域进行非信令和信令测试的网络仿真解决方案，包括协议、射频、功能验证，以及在真实条件下进行的效能测试。测试解决方案也必须支持5G Release 17 RedCap和传统的C-IoT技术。


多合一5G基地台仿真器
5G RedCap显着提升了5G支持物联网解决方案的能力，该技术作为高速和低速场景之间的关键环节，将实现数十亿新物联网设备的部署。RedCap非常适用于需要高可靠性和速度介于超级增强型行动宽带（ultra eMBB）和低功耗广域网（LPWA）之间应用，包括可穿戴设备、AR/VR、工业传感器、智能电网等。

Anritsu安立知无线通信测试平台MT8000A，搭配Quectel的RedCap模块 Rx255C系列进行呼叫连接和射频参数测试，可用于验证该模块是否符合3GPP R17定义的RedCap规范。MT8000A是一款多合一的5G基地台仿真器，支持 5G RF、协议测量以及应用测试，并支持高阶4x4 MIMO和载波聚合（8CA）技术，可实现快速且大容量的通讯。



图二 : 安立知无线通信测试平台MT8000A

一致性测试系统
物联网芯片组、调制解调器和终端设备的制造商以及测试机构现在可以依靠久经考验的Rohde & Schwarz解决方案，在所有设备生产阶段进行387个5G RedCap测试案例，可覆盖从早期研发到类型批准合规测试的所有设备生产阶段。

5G RedCap将真正的中层增强型机器通信（eMTC）引入5G生态系统。RedCap将使一批新设备成为低速窄带物联网（NB-IoT）、传统标准和当前5G极端之间能力和复杂性差距的桥梁，为中层使用案例（如工业自动化传感器、智能摄像头和可穿戴设备）提供优化设计。与增强移动宽带（eMBB）使用案例相比，5G RedCap轻量级技术减少了天线和复杂性的数量，使用更少的频谱带宽，耗电量显着降低，并且仅在独立（SA）模式下工作。

R&S为其CMX500单机综合分析仪和TS8980一致性测试系统，在最近的一致性协议小组（CAG）第74号会议上成功验证了5G RedCap（限制能力）测试案例，全球认证论坛（GCF）能够在其设备认证计划中启用相应的工作项目。




图三 : R&S CMX500无线通信测试仪

RedCap互操作性测试
RedCap规格是3GPP 5G NR第17版（Rel-17）标准的一部分，提供精简无线装置5G功能的支持。精简型装置的复杂度、成本和功耗较低，可有效支持工业传感器等穿戴式装置所带来的全新行动通讯物联网（CIoT）使用案例。如同所有行动通讯使用案例，业者须根据数据、延迟性、可靠性和容量要求，全面测试RedCap装置使用案例，以便在部署于无线网络之前，确保它们能如预期般运作。

是德科技（Keysight）5G New Radio（NR）RedCap符合性测试案例，已率先取得认证。这些测试案例可与是德科技5G网络仿真符合性测试平台（TP168）搭配使用。该公司的5G RedCap测试案例，在最近举行的全球认证论坛（GCF）符合性协议小组（CAG）第74次会议中取得认证。


RedCap测试服务
目前，中阶IoT设备主要仍依赖LTE Cat-1bis和LTE Cat-4设备进行广域无线连接和移动性。虽然在可预见的未来，LTE网络预计将与5G网络共存，但5G RedCap可以提供NR的能力、效率和灵活性，对于这些应用，可以提供更高的吞吐量、更低的延迟、更长的电池寿命、更好的网络安全性以及优化的成本结构。随着5G的演进，未来通信服务提供商将开始从4G向5G迁移。在这种情况下，可以预期5G RedCap将成为未来新中阶IoT设备设计的首选。

SGS 无线通信实验室目前已经获得5G RedCap验证实验室资格。SGS Taiwan无线通信实验室为了保证5G RedCap产品的质量和性能，率先与仪器商合作提供预先测试服务，并且提前取得芯片商的样品来进行比对验证，包括性能评估、互操作性测试、安全性检测等。


结语
RedCap的竞争技术主要来自于其他的无线通信技术和低功耗宽域网络技术。透过其独特的优势，RedCap已经在物联网市场中找到了自己的位置。在未来，随着5G技术的进一步发展和普及，我们可以期待RedCap将在更多的应用场景中发挥其作用。

5G RedCap的应用场景包括可穿戴设备（例如智能手表、可穿戴医疗设备、AR/VR眼镜等）、工业无线传感器和视频监控。