中国联通5GRedCap白皮书

中国联通5GRedCap白皮书 01 CONTENTS 前言01 目录 1.RedCap产业发展分析02 1.1.RedCap产业发展背景 1.2.RedCap行业需求分析 2.RedCap产品分类06 2.1.RedCap模组 2.2.RedCap终端 3.RedCap技术要求07 3.1.RedCap基本通信功能要求 3.2.RedCap增强功能要求 3.3.RedCap行业产品功能要求 4.RedCap模组要求14 4.1.元器件要求 4.2.封装要求 4.3.尺寸要求 4.4.接口要求 4.5.功耗性能要求 4.6.平台接入要求 5.5GRedCap终端要求18 5.1.工业控制终端 5.2.电力终端 5.3.视频监控终端 5.4.车载终端 5.5.可穿戴设备 6.5GOPENLABRedCap发展行动计划 6.1.5GOPENLAB简介 21 6.2.5GOPENLAB推进RedCap能力孵化 6.3.5GOPENLAB将率先支持RedCap认证 7.RedCap发展展望22 《中国联通5GREDCAP白皮书》编写委员会23 附录24 03 3GPP5GR17版本于2022年6月冻结，其演进方向主要包含基础能力增强、垂直行业能力增强、新业务新特性三大部分。其中，RedCap（ReducedCapability）轻量化5G技术可有效降低5G终端成本与功耗，同时可兼具5G垂直行业新特性，充分满足千行百业的中高速、低时延、高可靠、低功耗的需求，是产业公认的R17最先商用、最具市场发展前景的新特性。 为了更好地引导RedCap产业发展，进一步推进RedCap产业成熟商用，中国联通基于RedCap网络及业务发展规划制定了此白皮书，期望借此白皮书的发布，给出RedCap终端及模组的行业需求、关键技术指标，为RedCap产业合作伙伴提供产品研发指导和技术依据，推进我国5G行业应用扬帆起航。 本白皮书深入分析了RedCap行业发展需求，制定了中国联通RedCap产品的基础通信功能、增强功能要求，并根据行业特性提出了产品能力组合，从模组、终端产品角度定义了具体要求，最后定义了基于OPENLAB的Redcap发展行动计划，实现了RedCap产品的全周期保障。 本白皮书所述RedCap终端、模组产品主要适用于中国联通2023年试商用/商用期间RedCap终端及模组产品技术要求。未来，中国联通将根据产业发展需求，迭代更新此白皮书。 前言 01 1 RedCap产业发展分析 ·1.1.RedCap产业发展背景 政策牵引 技术概述 党中央、国务院高度重视5G发展。习近平总书记就加快5G发展多次作出重要指示，强调要加快5G等新型基础设施建设，丰富5G技术应用场景。2021年《政府工作报告》提出，“要加大5G网络和千兆光网建设力度，丰富应用场景”。“十四五”规划提出，要“构建基于5G的应用场景和产业生态”。2021年，工信部联合中央网信办、国家发改委等9部门印发了《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》（以下简称“扬帆行动”），旨在要大力推动5G全面协同发展，深入推进5G赋能千行百业，促进形成“需求牵引供给，供给创造需求”的高水平发展模式，驱动生产方式、生活方式和治理方式升级，培育壮大经济社会发展新动能。5G作为“新基建”之首，得到了远超以往通信技术的高度重视。 政策助力提升5G性价比。为加快弥补产业短板弱项，“扬帆行动”中指出，要加快轻量化5G芯片模组的研发及产业化，进一步提升终端模组性价比，满足行业应用个性化需求，提升产业基础支撑能力。《“十四五”信息通信行业发展规划》中5G应用创新和产业生态培育工程中提出，要加快推动面向行业的5G芯片、模组、终端、网关等产品研发和产业化进程，推动芯片企业丰富产品体系，加快模组分级分类研发，优化模组环境适应性，持续降低功耗及成本。 3GPP在Rel-15、Rel-16阶段定义了增强型移动带宽（eMBB），海量机器类通信（mMTC）和超高可靠低时延通信（URLLC）三大典型应用场景。随着5G系统的不断部署和广泛应用，为更好地满足工业无线传感器、视频监控和可穿戴设备等中端物联网应用对设备复杂度与成本降低、尺寸减小、能耗更低等特定需求，3GPP在Rel-17版本中，为了进一步降低终端复杂度和成本，定义了 RedCap设备类型，并于2022年6月完成了版本冻结。 RedCap（ReducedCapability）也称轻量化5G，通过减少终端带宽、收发天线数量、降低调制阶数等方式降低终端成本和功耗。RedCap速率性能介于LPWA(如LTE-MTC/NB-IoT)和5GeMBB之间，与4GCat.4基本持平;功耗上通过叠加5G相关节能技术后，可比实现比4GCat.4更低功耗。同时，RedCap基于5G系统可以按需实现与5G切片、5GLAN、高精度授时、URLLC等5G增强功能结合，满足5G行业应用不同领域的增强需求。 RedCap将面向3GPPRel-18阶段持续演进，Rel-18版本的RedCap将在Rel-17的基础上进一步降低终端带宽、降低峰值速率，从而进一步降低终端成本，扩展5G的应用空间。 02 产业现状 5G商用三年来，我国5G已实现跨越式发展。据工信部数据显示，截至2022年9月底，我国已建成开通5G基站超过222万个，全国所有地级市和县城城区均已实现5G网络覆盖，5G移动电话数已达到5.2亿户，5G行业虚拟专网数量已超过1万张。据中国联通统计，5G 应用已覆盖国民经济52个大类，并在工业、医疗、教育、交通等多个领域逐步推广。随着5G行业拓展逐渐驶入“深水区”，5G应用不再局限于局部试点，逐渐走向从分领域的“点状开花”向各行业全流程、全环节的整体渗透，规模化的落地复制迫在眉睫。 轻量化5G备受产业关注。相比于个人消费者，垂直行业客户对成本更加敏感。行业客户往往具有成百上千的物联网连接，要实现对现有网络的升级，行业客户会对 5G与其他技术进行性能和成本的充分比较。虽然当前 5G模组价格从2019年1500元下降到2022年最低 500元以下，但相比4G模组百元以内的价格，5G终端及模组的成本压力仍非常大。随着3GPPRedCap标准的全面冻结，产业界迫切期望RedCap产业加速成熟，助力行业数字转型轻装上阵。 RedCap产业发展全面提速。为加速推动产业成熟，在2022年7月，IMT-20205G推进组牵头完成RedCap关键技术及测试标准制定，引导终端、网络设备产业快速具备商用条件。截止到2022年Q4，已有部分5G芯片和设备厂商完成了IMT-20205G推进组组织的RedCap关键技术实验室和外场验证，多厂商有望在2023年下半年具备推出RedCap商用终端。 ·1.2.RedCap行业需求分析 工业控制 工信部印发的《5G全连接工厂建设指南》中明确提出，在“十四五”时期，主要面向原材料、装备、消费品、电子等制造业各行业以及采矿、港口、电力等重点行业领域，推动万家企业开展5G全连接工厂建设，建成1000个分类分级、特色鲜明的工厂，打造100个标杆工厂，推动5G融合应用纵深发展。按每个工厂接入5G终端数100~400个计算，预计“十四五”末全连接工厂终端连接数将超300万个；按每个矿井约3000个传感器设备数 据、环境数据计算，矿山领域预计终端连接数将超1700万个。 在工业应用中，工业控制类终端通常对网络的速率要求不高，但对时延和可靠性有较高要求。RedCap在满足工业控制场景对网络速率需求的情况下，可叠加5G网络切片、5GLAN、高精度授时、URLLC等增强特性，能够助力企业以更低成本的方式实现5G数智化转型。RedCap终端能够满足的工业控制典型业务场景如下表所示： 表1RedCap适用的工业控制业务需求 典型场景 上行速率 时延 可靠性 工业AGV控制 ≤2Mbps ＜20ms 99.99% 工业产线PLC控制 ≤5Mbps ＜15ms 99.99% 工业设备远程运维 ≤5Mbps ＜100ms 99.9% 采煤机远程操控 ≤7Mbps ＜50ms 99.99% 港口远程龙门吊控制 ≤2Mbps ＜50ms 99.99% 港口无人集卡控制 ≤2Mbps ＜18ms 99.99% 03 能源电力 国家发展改革委、国家能源局、中央网信办、工业和信息化部联合编制发布《能源领域5G应用实施方案》中指出电力是重点发展的行业场景。5G对实现电力行业发、输、变、配、用各个环节向数字化转型，保障电力各类电力业务的安全性、实时性、准确性和可靠性至关重要。根据南方电网数据显示，预计2025年，接入终端设备数将 超过2亿只，2030年接入终端数将超过4亿只。 电力数字化业务可大致分为智能控制类和智能采集类。其中控制类业务包括智能分布式能源调控、用电负荷需求响应、配电自动化；采集类包括高级计量、变电站巡检、输电线路无人机巡检、配电房视频综合监控等。这些场景对速率的要求较低，对时延和可靠性要求较高，是RedCap的重点应用场景。 表2RedCap适用的能源电力业务需求 业务类别 业务场景 带宽 时延 可靠性 控制类 智能分布式能源调控 ≥2Mbps ≤1s 99.99% 用电负荷需求响应 10kbps-2Mbps ≤50ms 99.99% 配电自动化 ≥2Mbps ≤15ms 99.99% 采集类 高级计量 1-2Mbps ≤3s 99.9% 变电站巡检 4-10Mbps ≤200ms 99.9% 输电线路无人机巡检 7.5-25Mbps ≤200ms 99.9% 配电房视频综合监控 7.5-25Mbps ≤200ms 99.9% 视频监控 视频监控广泛应用于生活生产的千行百业，但从公安部门统计，城市安防的有线传输摄像头在线率在70%~90%之间，离线的原因主要是光纤不可达、传输损坏等，摄像头无线化是刚性需求。“扬帆行动”中提出：加大超高清视频监控、巡逻机器人、智慧警用终端、智慧应急终端等产品在城市安防、应急管理方面的应用，建设 实时精准的安全防控体系。据Omdia统计，到2024年我国基于无线的视频监控行业规模可达千万量级别。 不同场景的视频监控对网络的性能需求如下，在大多数场景中，视频监控并不需要超高清分辨率，RedCap终端可以满足绝大部分视频监控业务的需求。 表3RedCap适用的视频业务需求 典型场景 分辨率 上行速率 时延 可靠性 固定监控 100万像素 2Mbps 400ms 99%-99.9% 移动执法仪／车载监控 200万像素 4Mbps 400ms 99%-99.9% 普通巡防 400万像素 8Mbps 400ms 99%-99.9% 车路协同 800万像素 16Mbps 10ms 99%-99.9% 高点监控 1600万像素 32Mbps 400ms 99%-99.9% 无人机巡检 2000万像素 40Mbps 400ms 99%-99.9% 04 车联网 近年来，国务院、国家发改委、工信部、交通运输部等多部门陆续发布系列政策法规，鼓励车联网产业的发展，引导发展初期的车联网产业走向主航道。我国的智能汽车行业发展速度领先世界，据佐思汽研报告统计，2021年我国网联汽车销量达到1460万辆，预计到2025年联网汽车销量将超过2600万辆，渗透率超过90%。 当前智能网联汽车市场正处于4G/5G迭代窗口期，大量车企具有4G向5G升级的需求。然而对于许多车企采用5G车机对成本控制仍然挑战巨大，RedCap既能满足车企对成本控制的需求，又能满足车联网业务低时延、高性价比的需求。 表4RedCap适用的车联网业务需求 业务类别 业务场景 时延 可靠性 特性 基础类 安全驾驶 20ms 99.99% 通信范围小，可靠性高，业务连续性需求低 驾驶效率 20ms 99.99% 速率、定位精度要求高 信息服务 100ms 99% 速率、高