通信世界网消息（CWW）5G RedCap（轻量化，Reduced Capability）技术是5G实现人、机、物互联的重要基础，将在构建物联网新型基础设施、赋能传统产业转型升级、推动数字经济与实体经济深度融合等方面发挥积极作用。
2023年10月，工业和信息化部办公厅发布的《关于推进5G轻量化（RedCap）技术演进和应用创新发展的通知》提出，到2025年5G RedCap产业综合能力显著提升，推动5G RedCap芯片、模组、终端等产业关键环节成本持续下降，终端产品超过100款。全国县级以上城市实现5G RedCap规模覆盖，5G RedCap连接数实现千万级增长。5G RedCap在工业、能源、物流、车联网、公共安全、智慧城市等领域的应用场景更加丰富、应用规模持续提升。遴选一批5G RedCap应用示范标杆，形成一批可复制、可推广的解决方案，打造5个以上实现百万连接的5G RedCap应用领域。
运营商、设备商、模组厂商及芯片厂商是当前布局RedCap的产业代表，各方在终端测试、标准制定、技术研发等方面持续推进，有望于今年迈入商用阶段，推动物联网产业发展。
在网络层面，我国已建成全球技术最先进、规模最大的5G网络，实现“县县通5G”，但5G网络尚未开展RedCap能力升级，致使5G RedCap难以商用；下一阶段需要运营商按照适度超前的原则，分阶段、分区域开通5G RedCap商用能力，推动主要城市实现5G RedCap连续覆盖，提升广域物联业务的连续性和可靠性。
网络部署适度超前是我国信息基础设施建设全球领先的重要经验，但对于运营商而言，要把RedCap产业链进一步发展壮大，必须回答一个基本问题，即对于运营商来说，RedCap能够解决什么问题，其商用价值在哪里？
本文首先分析国内蜂窝物联网现状，提出蜂窝物联网连接价值低、制式杂乱等问题；其次基于RedCap技术特点，提出RedCap可以有效提高连接价值，同时补齐5G中速物联技术短板，打造5G全连接物联网；最后提出RedCap未来发展的三个阶段。
国内蜂窝物联网现状
物联网连接价值低
运营商作为信息数据服务提供商，一向重视移动物联网的发展。截至2022年12月，三大基础电信运营商发展蜂窝物联网终端用户18.5亿户，较2021年12月净增4.47亿户。中国信息通信研究院预测，到2030年，我国移动物联网连接数将达到百亿级规模。中国移动、中国电信、中国联通截至2022年底的物联网发展状况见表1。
表1 三大运营商2022年物联网发展状况
通过对表1的分析可以得出两个结论。一是在物联网领域，三大运营商均实现了“物超人”，从基数上看，物的连接比人的连接有着更为广阔的发展空间。二是从收入规模上看，蜂窝物联网属于“增量不增收”，相比于移动用户，物联网收入存在巨大提升空间；从物联网单位连接收入角度看，中国联通高于中国移动，明显高于中国电信。三大运营商NB-IoT资费见表2。
表2 三大运营商NB-IoT资费
一般认为，物联网收入远低于移动服务收入，这是由物联网业务的特性所决定的。以NB-IoT为代表的低功耗广域网(LPWA)技术支持海量连接、有深度覆盖能力、功耗低，适合传感、计量、监控等物联网应用，如对传输速率要求较低(<200kbit/s)的智能抄表、智能停车、物流监控、智慧农林牧渔业等。这类应用占到物联网全部应用的60%左右，虽然范围广泛但却分布在多个垂直行业呈现出碎片化的特征，而且这些应用具有设备数量巨大但数据量小的显著特点。因此，呈碎片化分布且极小数据量的传输，将使运营商传统的流量经营手段在物联网业务上很难复制。
而对运营商来说，要解决物联网连接价值低的问题，就应推出面向物联网连接的流量经营类产品。这类产品可以基于流量为主的灵活定价模式，同时也具备融合带宽、时长、区域等因素的多量纲定价计费特点。
物联网制式碎片化严重
现阶段物联网面临的另一个关键问题是：物联网技术协议较多且存在不足，无法保证不同协议之间连接的有效性，协议的封闭性影响了设备之间联系以及最终的用户体验，这就需要针对蜂窝物联网进行改进和优化，进而建立一种新的无线技术体系。
目前，国内的蜂窝物联以基于4G网络的Cat1/Cat4连接数为最多，占比达57.1%；基于2G网络的蜂窝物联连接数，占比约为4.9%，而LPWA(主要是基于5G网络的窄带物联NB-IoT)当前占比为36.4%，如图1所示。
图1 2022年中国物联网模组厂商出货情况
可以看到，物联网融合涉及大量不同制式的IoT设备，除了2G/3G制式的GPRS、Wi-Fi、PON、ZigBee、LoRa、Sigfox外，蜂窝物联网技术还包括4G Cat1、4G Cat4、NB-IoT、5G RedCap、5G等。
物联网技术标准的不统一将阻碍其应用和发展。首先会影响物联网应用及对业务的支持能力，进而影响产业链布局和发展，尤其是终端产业技术选型上的“杂乱无章”，导致用户在多个技术选项之间取舍不定，终端生产难以实现规模化、量产化，从而无法降低功耗、成本以及提高行业、社会的效率。
因此如何实现对不同制式IoT设备的有效兼容与管理、使异构网络实现无缝衔接，成为物联网面临的一大挑战。此外，现有IoT系统与应用模块尚未实现标准化设计，技术标准涉及无线通信、数据汇总等不同类型，监管标准涉及数据安全与隐私保护等不同标准，亟须针对IoT系统的技术标准与监管标准进行统一管理，并采取有效技术方案解决IoT制式分散化问题，增强移动性、改善感知性能。
运营商物联网业务核心优势仍然是网络。基于物联网的特征，以网络连接的规模化为前提，运营商不仅要把整个物联网“掰开揉碎”，同时也要对行业需求进行整合，寻找“最大公约数”，提供精准能力。5G RedCap技术应运而生。
RedCap对运营商的价值
RedCap技术特点
所谓“Reduced Capbility”，主要就是通过UE设备精简，在适当降低性能的情况下大幅度降低终端成本，从而更好地规模应用在物联网领域。
3GPP TR 38.38.875对标NR标准终端，研究了几种RedCap UE精简措施，主要包括：减少终端天线数量，降低UE带宽，采用FDD半双工方式，放松UE处理时延要求，放松UE支持的最大层数，放松UE支持的最大调制阶数。
上述多种措施并举，结合由此带来的天线阵列、功放、滤波器、收发信机等射频器件成本降低，以及ADC/DAC、FFT/IFFT、编解码器、缓存、上下行处理器等基带成本的降低，大大降低了RedCap模组成本。RedCap主要精简措施及降本效果见表3。
表3 RedCap主要精简措施及降本效果
5G RedCap主要面向中速物联应用，表4主要从模组成本、功耗、业务感知、小区容量、精确定位能力等方面，将其与存量的中速物联技术LTE Catl/Cat4进行对比。
表4 5G RedCap与Cat1/4综合对比
可以看出，相比基于4 G LT E的C at l/C at4技术，Redcap原生的5G能力在低时延、高可靠、大容量、精准定位等方面更具优势，但在商用初期存在一定的成本劣势，有待在规模商用阶段逐步降低成本。
RedCap价值一：提高连接价值
在提高连接价值方面，RedCap可以借助5G促进高体验、流量类业务发展，创造新价值空间，主要围绕做高体验、做厚DOU、做大连接三个方向孵化新产业机会，提升收益空间。
根据RedCap的技术特性和产业需求，可以将其适用场景分为3类，分别是体验保障型场景、流量增长型场景和传统演进型场景。在这些领域，RedCap有望真正激活5G行业市场。
面向体验保障型场景，如全连接工厂、电力配电/用电等，RedCap在满足数据采集类业务对网络速率需求的同时，可以叠加5G网络切片、uRLLC、高精度授时等增强特性，助力企业以更低成本实现5G数智化转型。
在流量增长型场景下，“AI+视频监控”带来的高价值机会、低成本模组和大容量网络是关键诉求。提升ARPU兑现网络大容量价值，拓展百亿级机会，需通过RedCap降低终端成本、支持多BWP释放TDD百兆容量能力。
传统演进型场景（如车联网、智能穿戴设备等）多具有从4G向5G升级的需求，5G eMBB和RedCap能够更好地替代4G。未来RedCap的市场前景广阔，例如在视频监控领域，预计有数千万摄像头类终端升级到RedCap技术。
RedCap价值二：补齐5G中速传输短板，打造5G物联全连接
在网络可扩展性方面，RedCap是传统2G/3G/4G网络用户的最优迁移方向，可以帮助运营商降低网络的复杂度和多版本并行的运维成本，从而提升网络的效率。
从技术发展演进的角度来看，5G网络已做好全面“收编”各类物联网技术标准的准备，如图2所示。
图2 5G技术逐渐“收编”各类物联网制式
首先，RedCap将开启4G物联网向5G的迁移之路，在未来4G和5G代际升级中发挥重大作用。虽然RedCap前期为用户提供的服务能力与4G类似，但从网络和设备整体性能来看，RedCap在5G时代有明显的优势，主要表现在以下两方面。
一是RedCap是原生的5G NR技术，包含了所有关键的NR构建要素，如波束成形、网络能效等。
二是RedCap具备在5G网络中与其他类型5G终端共存的优势，可基于现有5G网络进行功能升级，充分利用5G网络资源，扩展5G的应用场景。RedCap设备支持NR载波上的共存，该NR载波可配置为针对eMBB或uRLLC通信性能进行优化。这一优势对于很多场景非常重要，如工业4.0全自动化工厂的场景下，拥有大量高性能传感器和中低端传感器，因此需要同时支持时间敏感型通信和时延不敏感的通信，而5G网络可统一配置和优化，确保时间敏感通信的性能，同时保证低端传感器设备仍可有效操作。
其次，上文中提到的5G RedCap逐步替代基于4G LTE的Cat1、Cat4及eMTC物联技术后，在高速物联领域，5G eMBB可以提供高速、大带宽接入，是当前速率最高的物联技术；高可靠低时延物联业务目前仅5G URLLC能够做到；窄带物联正沿5G NB-IoT路线演进。因此，RedCap实现了面向中高速物联场景的5G网络服务能力，使5G面向各类物联网应用形成了低（5G NB-IoT）、中(5G RedCap）、高(5G RedCap）、超高（5G NR）分档分级能力的完备技术承载体系。在未来中长期，结合无源物联，5G可以实现单制式的物联网解决方案，覆盖所有场景需求。
5G网络全连接的优势在于能实现无线接入传输技术和功能网络的沟通和融合，在此基础上进行统一管理，以此优化用户体验。
最后，物联网的应用发展需要结合成熟的工业技术及方案，5G-Advanced将引入无源物联、RedCap等新型物联网技术，促进物联网技术与通信系统的进一步融合。在5G-Advanced网络中，既可实现从周围环境捕捉无线电磁能量，进行数据或位置传输，又可实现面向高速率传输且有一定节电需求的能力简化，满足不同类型物联网的应用需求，构建一个层次化的物联网架构和能力体系。
RedCap未来发展的三个阶段
作为精简版且专门用于物联网场景的5G技术，RedCap从标准研究到最终占领市场还需要走很长的路。在应用深度方面,5G行业应用场景不是一次性实现规模化的,而是要有分批次导入、螺旋式上升的过程。长期来看，RedCap的发展将经历几个重要的节点，产业发展在节点之间呈现明显的阶段性特征。RedCap产业发展可分为三个不同的发展阶段。
阶段一：以5G原生应用场景为主，对4G物联网影响有限。在这一阶段，RedCap在成本及网络覆盖方面，与4G有一定差距，此时RedCap需要找到专门的场景来“破局”，RedCap在这一阶段要重点挖掘5G原生应用，满足5G原生应用的需求。一般来说，RedCap用于5G原生应用主要包括两方面。
一是对5G原生能力存在刚需的场景。RedCap融合了很多5G新的能力，如网络切片、定位、低时延、大容量甚至uRLLC等，现实中也有一些场景对上述能力有显著需求，在此情况下RedCap就具有了无可比拟的优势，而这种5G原生能力优势可以顺利转化为商用的优势。
二是5G专网环境下的场景。在专网环境下，核心设备、资产均要通过5G网络连接。用户需要一个安全隔离的专用网络环境，保证数据不出工厂、园区等限定场所，专网环境中4G设备无法接入，而中高速率的设备可以通过RedCap接入。
调研发现，多个行业都有以上两类场景的需求，例如园区中有专门的定位需求，电力、工业专网中有传感器设备数据传输需求，这些需求使得RedCap可以在工业、能源、物流、汽车等行业落地。
阶段二：加速应用于中速场景，具备了对4G物联网替代的潜力。随着5G网络覆盖能力的大幅增强以及RedCap成本的快速下降，RedCap商用化的产业生态初步形成，各类前期商用问题得以解决。产业链上下游加速了产品、解决方案的出台，市场竞争渐趋激烈，推动各环节成本下降。以芯片为例，TSR在对各家芯片厂商调研的基础上，整理出各家厂商RedCap芯片推出的时间表，可以看出在2026年之前，国内主要的芯片厂商都计划推出RedCap产品，形成多家厂商竞争的格局。同时，由于5G网络覆盖的完善，RedCap单芯片方案将成为主流，进一步降低芯片复杂度。在过去几年，NB-IoT、Cat1的发展历程充分表明，国内物联网芯片的竞争将在短时间内催生超低的价格，进而使RedCap模组成本也进入对4G模组具备一定的价格竞争力阶段。
阶段三：相对4G物联网优势明显，加速替代并成为蜂窝连接的主角。在这一阶段中，由于4G退网政策的逐渐明晰以及RedCap产业生态的进一步完善，各类终端成本下降到企业可以完全接受的程度，甚至低于4G物联网终端的成本。同时，由于5G在这一阶段已占据移动通信网络的绝对主导地位，RedCap完全覆盖5G中速率物联设备和部分低速率物联设备，并与NB-IoT、无源物联网等业态共同占据5G物联网的大部分场景，成为整个5G网络连接的主力之一。
总之，物联网是一个“长尾市场”，涉及运营商、设备商、芯片及模组厂商、应用提供商等多方面，RedCap规模化商用仍是一个“长跑”的过程。RedCap尚需全产业链持续付出努力，打通技术、用户需求、商业模式等，深入挖掘真正适合的应用场景。
