戰新產業洞察：RedCap在物聯網終端上如何實現

2024-10-30 09:38 聯通泛終端技術

       5G RedCap作為中國聯通“戰新”工作的重點，一直以來得到高度重視。本期戰新產業系列洞察之RedCap篇，將為大家帶來該篇的第四期——RedCap在物聯網終端上如何實現。

5G RedCap終端并不需要”白手起家“。5G經過將近5年的發展，已經催生了相當數量的5G物聯網終端。以工業終端為例，全球發布的工業級CPE、路由器、網關已經超過220款。5G RedCap可以作為這些終端的5G通信接口的替代選項，可以以現有終端為基礎來完成5G RedCap終端的開發工作。

那么如何將現有5G 終端改造成5G RedCap終端呢？來看看行業專家們是通過哪些方式實現的。

· 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，業務功能方面基本是相同的。因此，對于現有的5G終端來說，只需要把5G接口單元替換為5G RedCap接口單元，就可以轉變為5G RedCap終端。5G RedCap接口單元的組成結構與完整版5G基本相同，都是由這幾個部分構成：TCP/IP協議棧、3GPP協議棧、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協議棧和SIM卡沒有變化，而3GPP協議棧、基帶處理、射頻前端、天線則需要進行不同程度的變化。

在3GPP協議棧方面，RedCap對5G NR協議棧進行了裁剪，移除了載波聚合、雙連接、雙激活協議棧、條件主輔小區添加或改變機制、集成接入回傳等能力，降低了協議棧的復雜度。

在基帶處理方面，RedCap采用更簡單的調制方式和調制階數，簡化了調制解調器、信道編碼和解碼的要求，顯著降低了基帶處理的復雜度。

在射頻前端方面，RedCap帶寬、天線數量的減少，降低了濾波器、功率放大器等射頻組件的復雜性。同時，發射端與接收端的端口也進行了減少。如果FDD模式僅支持RedCap新引入的半雙工模式，則可以省略對雙工器的需求，通過開關和濾波器等器件實現半雙工通信。

在天線設計方面，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，需要減少一根發射天線和兩根接收天線。當然，在不改變硬件的情況下，也可以通過軟件配置實現禁用收發天線的數量。如果終端采用的是天線模塊，則可以直接更換實現一發兩收的天線配置，無需對終端進行大規模的硬件改動。

·在模組方面，5G RedCap模組的基本結構與5G模組相同。5G模組可以實現3GPP協議棧、基帶處理、射頻前端等功能，它將5G芯片、射頻、存儲、電源管理等硬件進行了封裝，對外提供標準封裝方式，同時提供標準AT等軟件接口，終端通過標準接口或指令就可以與模組對接，從而使用5G網絡連接。應用5G通信模組的5G終端可以通過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，一般來說只能在新生產終端時，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，理論上新生產的終端和存量終端都可以通過簡單插拔就更換為5G RedCap模組，將存量終端更換模組更有利于5G RedCap終端的普及。然而在實際應用中，一般都是在新生產終端時進行模組更換，所以LGA封裝和M.2封裝的區別其實并不大。

·在應用軟件方面，5G物聯網終端通常有兩種架構。

一種是有獨立應用處理器的架構。在終端中有一顆專門的應用處理器芯片用于運行應用軟件。應用處理器芯片與5G模組之間通過USB接口連接，通過AT指令集對5G模組進行控制。對于這種架構的終端，在替換為5G RedCap模組之后，應用軟件不需要修改，或者僅需要進行少量修改。

另一種架構是沒有獨立應用處理器。這種終端使用具有Open CPU的5G模組，應用軟件是運行在模組內部的Open CPU上。對于這種架構的終端，如果替換為5G RedCap模組，則應用軟件需要重新移植到新模組，開發工作量相對比較大。