战新产业洞察：RedCap在物联网终端上如何实现

2024-10-30 09:38 联通泛终端技术

       5G RedCap作为中国联通“战新”工作的重点，一直以来得到高度重视。本期战新产业系列洞察之RedCap篇，将为大家带来该篇的第四期——RedCap在物联网终端上如何实现。

5G RedCap终端并不需要”白手起家“。5G经过将近5年的发展，已经催生了相当数量的5G物联网终端。以工业终端为例，全球发布的工业级CPE、路由器、网关已经超过220款。5G RedCap可以作为这些终端的5G通信接口的替代选项，可以以现有终端为基础来完成5G RedCap终端的开发工作。

那么如何将现有5G 终端改造成5G RedCap终端呢？来看看行业专家们是通过哪些方式实现的。

· 在接口单元方面，5G RedCap与完整版5G相比，除了传输性能上的差异之外，业务功能方面基本是相同的。因此，对于现有的5G终端来说，只需要把5G接口单元替换为5G RedCap接口单元，就可以转变为5G RedCap终端。5G RedCap接口单元的组成结构与完整版5G基本相同，都是由这几个部分构成：TCP/IP协议栈、3GPP协议栈、基带处理、射频前端、天线、SIM卡等。从5G接口替换为5G RedCap接口，TCP/IP协议栈和SIM卡没有变化，而3GPP协议栈、基带处理、射频前端、天线则需要进行不同程度的变化。

在3GPP协议栈方面，RedCap对5G NR协议栈进行了裁剪，移除了载波聚合、双连接、双激活协议栈、条件主辅小区添加或改变机制、集成接入回传等能力，降低了协议栈的复杂度。

在基带处理方面，RedCap采用更简单的调制方式和调制阶数，简化了调制解调器、信道编码和解码的要求，显著降低了基带处理的复杂度。

在射频前端方面，RedCap带宽、天线数量的减少，降低了滤波器、功率放大器等射频组件的复杂性。同时，发射端与接收端的端口也进行了减少。如果FDD模式仅支持RedCap新引入的半双工模式，则可以省略对双工器的需求，通过开关和滤波器等器件实现半双工通信。

在天线设计方面，5G终端天线一般为2T4R的配置，RedCap终端天线则为1T2R或1T1R的配置。从2T4R到1T2R天线配置，在硬件上，需要减少一根发射天线和两根接收天线。当然，在不改变硬件的情况下，也可以通过软件配置实现禁用收发天线的数量。如果终端采用的是天线模块，则可以直接更换实现一发两收的天线配置，无需对终端进行大规模的硬件改动。

·在模组方面，5G RedCap模组的基本结构与5G模组相同。5G模组可以实现3GPP协议栈、基带处理、射频前端等功能，它将5G芯片、射频、存储、电源管理等硬件进行了封装，对外提供标准封装方式，同时提供标准AT等软件接口，终端通过标准接口或指令就可以与模组对接，从而使用5G网络连接。应用5G通信模组的5G终端可以通过更换模组的方式让终端变成5G RedCap终端。那么要如何更换成5G RedCap模组呢？这就要提到模组的封装方式。

5G模组有两种封装方式：LGA封装和M.2封装。其中LGA封装的接口是一种焊盘接口，模组需要焊接在终端的PCB上，更换比较困难；M.2封装的接口是卡槽接口，模组是插入卡槽，可以比较容易地拔出和更换。

如果终端使用了LGA封装的5G模组，在更换为5G RedCap模组时，一般来说只能在新生产终端时，使用5G RedCap模组替换5G模组，而存量终端则很难更换。而如果终端使用了M.2封装的模组，理论上新生产的终端和存量终端都可以通过简单插拔就更换为5G RedCap模组，将存量终端更换模组更有利于5G RedCap终端的普及。然而在实际应用中，一般都是在新生产终端时进行模组更换，所以LGA封装和M.2封装的区别其实并不大。

·在应用软件方面，5G物联网终端通常有两种架构。

一种是有独立应用处理器的架构。在终端中有一颗专门的应用处理器芯片用于运行应用软件。应用处理器芯片与5G模组之间通过USB接口连接，通过AT指令集对5G模组进行控制。对于这种架构的终端，在替换为5G RedCap模组之后，应用软件不需要修改，或者仅需要进行少量修改。

另一种架构是没有独立应用处理器。这种终端使用具有Open CPU的5G模组，应用软件是运行在模组内部的Open CPU上。对于这种架构的终端，如果替换为5G RedCap模组，则应用软件需要重新移植到新模组，开发工作量相对比较大。