戰(zhàn)新產(chǎn)業(yè)洞察：RedCap在物聯(lián)網(wǎng)終端上如何實(shí)現(xiàn)

2024-10-30 09:38 聯(lián)通泛終端技術(shù)

       5G RedCap作為中國(guó)聯(lián)通“戰(zhàn)新”工作的重點(diǎn)，一直以來(lái)得到高度重視。本期戰(zhàn)新產(chǎn)業(yè)系列洞察之RedCap篇，將為大家?guī)?lái)該篇的第四期——RedCap在物聯(lián)網(wǎng)終端上如何實(shí)現(xiàn)。

5G RedCap終端并不需要”白手起家“。5G經(jīng)過(guò)將近5年的發(fā)展，已經(jīng)催生了相當(dāng)數(shù)量的5G物聯(lián)網(wǎng)終端。以工業(yè)終端為例，全球發(fā)布的工業(yè)級(jí)CPE、路由器、網(wǎng)關(guān)已經(jīng)超過(guò)220款。5G RedCap可以作為這些終端的5G通信接口的替代選項(xiàng)，可以以現(xiàn)有終端為基礎(chǔ)來(lái)完成5G RedCap終端的開(kāi)發(fā)工作。

那么如何將現(xiàn)有5G 終端改造成5G RedCap終端呢？來(lái)看看行業(yè)專(zhuān)家們是通過(guò)哪些方式實(shí)現(xiàn)的。

· 在接口單元方面，5G RedCap與完整版5G相比，除了傳輸性能上的差異之外，業(yè)務(wù)功能方面基本是相同的。因此，對(duì)于現(xiàn)有的5G終端來(lái)說(shuō)，只需要把5G接口單元替換為5G RedCap接口單元，就可以轉(zhuǎn)變?yōu)?G RedCap終端。5G RedCap接口單元的組成結(jié)構(gòu)與完整版5G基本相同，都是由這幾個(gè)部分構(gòu)成：TCP/IP協(xié)議棧、3GPP協(xié)議棧、基帶處理、射頻前端、天線、SIM卡等。從5G接口替換為5G RedCap接口，TCP/IP協(xié)議棧和SIM卡沒(méi)有變化，而3GPP協(xié)議棧、基帶處理、射頻前端、天線則需要進(jìn)行不同程度的變化。

在3GPP協(xié)議棧方面，RedCap對(duì)5G NR協(xié)議棧進(jìn)行了裁剪，移除了載波聚合、雙連接、雙激活協(xié)議棧、條件主輔小區(qū)添加或改變機(jī)制、集成接入回傳等能力，降低了協(xié)議棧的復(fù)雜度。

在基帶處理方面，RedCap采用更簡(jiǎn)單的調(diào)制方式和調(diào)制階數(shù)，簡(jiǎn)化了調(diào)制解調(diào)器、信道編碼和解碼的要求，顯著降低了基帶處理的復(fù)雜度。

在射頻前端方面，RedCap帶寬、天線數(shù)量的減少，降低了濾波器、功率放大器等射頻組件的復(fù)雜性。同時(shí)，發(fā)射端與接收端的端口也進(jìn)行了減少。如果FDD模式僅支持RedCap新引入的半雙工模式，則可以省略對(duì)雙工器的需求，通過(guò)開(kāi)關(guān)和濾波器等器件實(shí)現(xiàn)半雙工通信。

在天線設(shè)計(jì)方面，5G終端天線一般為2T4R的配置，RedCap終端天線則為1T2R或1T1R的配置。從2T4R到1T2R天線配置，在硬件上，需要減少一根發(fā)射天線和兩根接收天線。當(dāng)然，在不改變硬件的情況下，也可以通過(guò)軟件配置實(shí)現(xiàn)禁用收發(fā)天線的數(shù)量。如果終端采用的是天線模塊，則可以直接更換實(shí)現(xiàn)一發(fā)兩收的天線配置，無(wú)需對(duì)終端進(jìn)行大規(guī)模的硬件改動(dòng)。

·在模組方面，5G RedCap模組的基本結(jié)構(gòu)與5G模組相同。5G模組可以實(shí)現(xiàn)3GPP協(xié)議棧、基帶處理、射頻前端等功能，它將5G芯片、射頻、存儲(chǔ)、電源管理等硬件進(jìn)行了封裝，對(duì)外提供標(biāo)準(zhǔn)封裝方式，同時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)AT等軟件接口，終端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口或指令就可以與模組對(duì)接，從而使用5G網(wǎng)絡(luò)連接。應(yīng)用5G通信模組的5G終端可以通過(guò)更換模組的方式讓終端變成5G RedCap終端。那么要如何更換成5G RedCap模組呢？這就要提到模組的封裝方式。

5G模組有兩種封裝方式：LGA封裝和M.2封裝。其中LGA封裝的接口是一種焊盤(pán)接口，模組需要焊接在終端的PCB上，更換比較困難；M.2封裝的接口是卡槽接口，模組是插入卡槽，可以比較容易地拔出和更換。

如果終端使用了LGA封裝的5G模組，在更換為5G RedCap模組時(shí)，一般來(lái)說(shuō)只能在新生產(chǎn)終端時(shí)，使用5G RedCap模組替換5G模組，而存量終端則很難更換。而如果終端使用了M.2封裝的模組，理論上新生產(chǎn)的終端和存量終端都可以通過(guò)簡(jiǎn)單插拔就更換為5G RedCap模組，將存量終端更換模組更有利于5G RedCap終端的普及。然而在實(shí)際應(yīng)用中，一般都是在新生產(chǎn)終端時(shí)進(jìn)行模組更換，所以LGA封裝和M.2封裝的區(qū)別其實(shí)并不大。

·在應(yīng)用軟件方面，5G物聯(lián)網(wǎng)終端通常有兩種架構(gòu)。

一種是有獨(dú)立應(yīng)用處理器的架構(gòu)。在終端中有一顆專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用處理器芯片用于運(yùn)行應(yīng)用軟件。應(yīng)用處理器芯片與5G模組之間通過(guò)USB接口連接，通過(guò)AT指令集對(duì)5G模組進(jìn)行控制。對(duì)于這種架構(gòu)的終端，在替換為5G RedCap模組之后，應(yīng)用軟件不需要修改，或者僅需要進(jìn)行少量修改。

另一種架構(gòu)是沒(méi)有獨(dú)立應(yīng)用處理器。這種終端使用具有Open CPU的5G模組，應(yīng)用軟件是運(yùn)行在模組內(nèi)部的Open CPU上。對(duì)于這種架構(gòu)的終端，如果替換為5G RedCap模組，則應(yīng)用軟件需要重新移植到新模組，開(kāi)發(fā)工作量相對(duì)比較大。