IMT-2020(5G)推進組-2022-適配RedCap終端的網絡升級方案研究報告

適配RedCap終端的5G網絡升級方案

研究報告

IMT-2020（5G）推進組5G試驗工作組

適配RedCap終端的5G網絡升級方案研究報告

1.RedCapUE應用場景與網絡需求

1.1視頻監(jiān)控

視頻監(jiān)控應用廣泛，中國每年銷售超過1.2億只攝像頭，目前攝像頭無線化比例低于3%。

但從公安部門統(tǒng)計，城市安防的有線傳輸攝像頭在線率在70%~90%之間，離線的原因主要是

光纖不可達、傳輸損壞等，攝像頭無線化是剛性需求。不同場景的視頻監(jiān)控對網絡的性能需

求如下：

表1-1不同場景的視頻監(jiān)控對網絡的性能需求

單攝像頭上行通信帶

典型場景分辨率幀率時延移動速度覆蓋

寬（H.265壓縮）

固定監(jiān)控100萬像素25fps2Mbps400ms/室外覆蓋

臨時布控400萬像素25fps8Mbps400ms/室外覆蓋

高點巡防1600萬像素25fps32Mbps400ms/室外覆蓋

普通巡防400萬像素25fps8Mbps400ms/室外覆蓋

移動執(zhí)法200萬像素30fps4Mbps400ms/室外覆蓋

室外、室內

疫情防控200萬像素25fps4Mbps400ms/

覆蓋

車內監(jiān)控200萬像素25fps4Mbps400ms120km/h室外覆蓋

運鈔車監(jiān)控200萬像素25fps4Mbps150ms80km/h室外覆蓋

電力變電站

200萬像素25fps4Mbps400ms/室外覆蓋

巡檢

地面機器人

400萬像素25fps8Mbps400ms1m/s室外覆蓋

巡檢

無人機巡檢2000萬像素25fps40Mbps400ms15m/s低空覆蓋

礦下安全生

400萬像素25fps8Mbps400ms/井下覆蓋

產

移動機器人

30萬像素30fps10Mbps20ms/室內覆蓋

（AMR）

1.2智能可穿戴設備

智能可穿戴設備主要包括智能手表、智能手環(huán)、醫(yī)療監(jiān)控設備等，普遍要求設備體積小、

功耗低。其典型業(yè)務需求包括：下行參考速率為5-50Mbps、上行參考速率為2-5Mbps，下行

峰值速率為150Mbps、上行峰值速率為50Mbps；電池的理想工作續(xù)航為數天甚至1-2周。

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隨著5G網絡的規(guī)模商用，個人消費類產品正逐步由4G向5G升級換代，其中可穿戴領域

如智能手表、手環(huán)、AR/VR等穿戴設備對小尺寸及低功耗要求較高，采用常規(guī)的5GeMBB芯

片和終端無法有效滿足上述需求，產業(yè)也同樣期待5G終端能夠具備差異化能力，能在尺寸、

功耗和性能之間進行折中，通過剪裁設計，減小終端尺寸，解決可穿戴領域的痛點需求。

表1-2智能可穿戴設備應用場景的關鍵指標需求

應用場景數據速率電池壽命

參考速率：下行5-50Mbps，上行2-5Mbps

可穿戴設備幾天（甚至1-2周）

峰值速率：下行150Mbps，上行50Mbps

1.3工業(yè)設備

1.3.1工業(yè)無線傳感器

工業(yè)無線傳感器通過內置5G模組或外接5G終端設備采集運行數據，產品形態(tài)主要包括

DTU、CPE、工業(yè)網關等，如下列舉了采礦、電力、港口、工廠等場景工業(yè)網關設備典型數

據采集的通信性能要求。

表1-3工業(yè)無線傳感器典型應用場景通信性能需求

應用場景帶寬時延可靠性

采礦設備數采上行速率：<30Mbps<50ms99.99%

用電信息采集（臺區(qū)）上行速率：2Mbps100ms99.9%

龍門吊遠控操作（視頻回傳）30-100Mbps（注1）50ms99.9%

工廠數據采集上行速率：<30Mbps100ms99.9%

注1：需考慮FDD頻段或TDD頻段特殊上下行配比，以滿足較高上行速率需求。

1.3.2面向電力等控制類設備

控制類場景可分為三類場景：遠程操控、邏輯控制、運動控制，RedCap的目標場景聚焦

遠程操控場景。如下列舉在采礦、電力、港口場景的遠程操控場景對通信的要求，總體上保

持20ms時延、99.99%可靠性可滿足遠程操控場景的性能要求。

表1-4控制類設備典型應用場景通信性能需求

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應用場景特性帶寬時延可靠性

控制臺與設備間L2高密4K攝像頭實時

采礦行業(yè)設備遠控互通、上行大帶寬回監(jiān)控，總容<50ms99.999%

傳量：>30Mbps（注2）

（電網）精準負荷控數據隔離實現(xiàn)生產大

上行速率<2Mbps<50ms99.99%

制區(qū)和管理大區(qū)隔離

數據隔離實現(xiàn)生產大

區(qū)和管理大區(qū)隔離、

配網差動保護上行速率>3Mbps<15ms99.99%

提供12us級時鐘同步

信號

控制臺與設備間L2

港口龍門吊遠控50-100Kbps<20ms99.99%

互通

注2：需考慮FDD頻段或TDD頻段特殊上下行配比，以滿足較高上行速率需求。

2.支持RedCapUE關鍵技術分析

2.1支持RedCapUE的關鍵特性

2.1.1接入控制與RedCapUE識別

RedCapUE是否可以接入一個小區(qū)，主要是根據3GPPTS38.300、38.304和38.331協(xié)議中

相關的參數和規(guī)則確定。

SIB1中的參數cellBarredRedCap1Rx/cellBarredRedCap2Rx指示本小區(qū)是否允許1Rx/2Rx

天線的RedCapUE接入。參數halfDuplexRedCapAllowed指示本小區(qū)是否允許僅支持半雙工的

RedCapUE接入，此參數只適用于FDD制式。SIB1中的參數intraFreqReselectionRedCap指示

當小區(qū)為barred狀態(tài)時，RedCapUE是否可以在300秒后選擇或重選本小區(qū)，以及如何在同頻

段搜索其他可接入的鄰區(qū)。如果SIB1中沒有出現(xiàn)intraFreqReselectionRedCap，本小區(qū)禁止

RedCap終端接入。

RedCapUE應判斷上述指示信息，當滿足允許接入的要求時，才可以在小區(qū)駐留和發(fā)起

隨機接入。

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RedCapUE的識別策略是，基站在UE的接入階段盡早識別出該終端為RedCapUE。在隨

機接入過程中，SIB1中配置RedCapUE專用PRACH導頻序列，基站通過檢測到MSG1/MSGA

使用的專用PRACH導頻序列識別RedCapUE。SIB1中還可以配置RedCapUE專用的PRACH

時機，基站通過檢測到MSG1/MSGA所在的專用PRACH時機識別RedCapUE。

在隨機接入過程中，RedCapUE發(fā)送MSG3/MSGA需要使用特定LCID標識CCCH（CCCH

或CCCH1），網絡可以通過RedCapUE使用的LCID來識別RedCapUE。

UE能力上報信息中redCapParameters-r17參數給出了終端的RedCap特性支持情況的信息。

2.1.2獨立初始BWP

相比non-RedCapUE，RedCapUE的最大帶寬能力大幅降低（如FR1從100MHz降低至

20MHz），所以在網絡側通過SIB1配置的初始上下行BWP大于RedCapUE帶寬能力的情況下，

RedCapUE無法與non-RedCapUE共享該初始上下行BWP，即這種情況下RedCapUE沒有有

效的上下行資源來執(zhí)行后續(xù)接入。由此，引入了RedCapUE的獨立初始上下行BWP。

針對RedCapUE的初始BWP，有兩種配置方式：

方式一：RedCapUE和non-RedCapUE共享相同的初始上下行BWP。

方式二：為RedCapUE配置獨立初始BWP。

由于RedCapUE支持的帶寬較窄，與non-RedCapUE共享相同初始上下行BWP資源可能

導致過多的用戶聚集在相同的窄帶資源內造成擁塞，引入獨立初始BWP可避免該情況。網絡

設備可以給RedCapUE配置１個獨立的初始上行BWP或1個獨立初始下行BWP，或同時配置

１個獨立的初始上行BWP與1個獨立初始下行BWP。具體又分為兩種情形，一是獨立初始下

行BWP包含CD-SSB/CORESET0，二是獨立初始下行BWP不包含CD-SSB/CORESET0。

RedCapUE的接入具體流程見圖2-1。

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圖2-1RedCap接入流程圖

為了避免RedCapUE引起的上行資源碎片化問題，協(xié)議中針對獨立初始BWP引入了

RedCap場景下公共PUCCH不跳頻的配置，詳見圖2-2。

圖2-2RedCapUE與nod-RedCapUE上行資源示意圖

2.1.3激活BWP

RedCapUE默認支持BWP包含NCD-SSB（Non-CellDefiningSSB：非定義小區(qū)的SSB）的

功能，該功能為RedCapUE激活BWP的選擇提供了較大的靈活性。

對于RedCapUE激活BWP的部署建議，期望根據網絡中RedCap用戶規(guī)模、業(yè)務量等因素

按需增加或減少專用BWP的數量。

一種可能的部署方式如下所述（具體見圖2-3）：

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（a）網絡中RedCapUE數較少、業(yè)務量較低的情況下

建議RedCap的專用BWP包含CD-SSB（CellDefiningSSB：定義小區(qū)的SSB）。

（b）網絡中RedCapUE數較多和/或業(yè)務量較高，或者業(yè)務出現(xiàn)擁塞的情況下

建議配置1個包含CD-SSB的專用BWP+1個或多個包含NCD-SSB的專用BWP。

圖2-3RedCapUE專用BWP的配置示意圖

2.1.4RRM測量與切換

在R15/R16標準定義中，UE對服務小區(qū)的測量都是基于CD-SSB（CellDefiningSSB：定

義小區(qū)的SSB）進行的。RedCapUE由于最大支持20MHz帶寬，為了網絡側的負載均衡，

RedCap引入了獨立初始BWP，支持了包含NCD-SSB的專用BWP的配置，需要RedCapUE支

持在連接態(tài)基于NCD-SSB進行服務小區(qū)測量。同時也對服務小區(qū)測量配置、同頻/異頻測量

的定義以及切換流程進行了相應的設計和增強。

測量配置方面，在BWP配置參數中新增了servingCellMO信息，可以用于指示該專用BWP

上NCD-SSB的頻域位置。當激活BWP中配置了該參數，RedCapUE使用該參數指示的SSB作

為參考SSB進行服務小區(qū)的測量；如果沒有配置該參數，則繼續(xù)使用小區(qū)公共參數中的

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servingCellMO作為參考SSB進行服務小區(qū)的測量。

基于如上原則，重新定義同頻/異頻測量如下：

同頻測量：鄰小區(qū)測量配置中的SSB的中心頻點及子載波間隔與服務小區(qū)參考SSB的

中心頻點及子載波間隔相比，兩者都相同。

異頻測量：鄰小區(qū)測量配置中的SSB的中心頻點及子載波間隔與服務小區(qū)參考SSB的

中心頻點及子載波間隔相比，其中至少有一項不同。

在切換流程方面，如下4種切換場景都是支持的，但前提是網絡發(fā)送給UE的切換消息中

攜帶的目標小區(qū)的firstActiveUplinkBWP上應關聯(lián)用于隨機接入的RACH資源。

1）在原小區(qū)上工作于包含CD-SSB的BWP，切換到目標小區(qū)中包含CD-SSB的BWP(現(xiàn)

R15/R16已支持流程)。

2）在原小區(qū)上工作于包含CD-SSB的BWP，切換到目標小區(qū)中包含NCD-SSB的BWP。

3）在原小區(qū)上工作于包含NCD-SSB的BWP，切換到目標小區(qū)中包含CD-SSB的BWP。

4）在原小區(qū)上工作于包含NCD-SSB的BWP，切換到目標小區(qū)包中含NCD-SSB的BWP。

2.2RedCapUE相關的其它NR特性

2.2.1VoNR語音

RedCap的三大應用場景包括視頻監(jiān)控、智能可穿戴設備、工業(yè)無線傳感器等工業(yè)設備。

面向2C領域，可穿戴設備如智能手表對語音業(yè)務有較強的要求，隨著VoNR業(yè)務的全面

商用，RedCap終端支持VoNR可減少終端NR/LTE的頻繁切換，提高語音業(yè)務的連續(xù)性，

RedCap終端建議支持VoNR以保障用戶高品質語音通信需求。

面向2B領域，視頻監(jiān)控和工業(yè)場景，RedCap終端可根據需求選擇支持VoNR。

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2.2.2NR/LTE雙模

RedCap終端的主要典型應用場景包括工業(yè)傳感器、視頻監(jiān)控等行業(yè)應用，以及穿戴類設

備的消費類應用。面向行業(yè)應用的RedCap終端大部分是無人值守場景，需要通過遠程升級

和維護，因此，終端對網絡覆蓋和連接的可靠性要求較高。

RedCap設備的規(guī)?；瘧靡蕾囉?G網絡的大范圍覆蓋，鑒于5G商用網絡覆蓋要達到4G

商用網絡的廣度和深度覆蓋還尚需時日，并且支持RedCap終端的接入也需要對5G現(xiàn)有商用

網絡適配和升級。可以預見，4G、5G連接將成為蜂窩物聯(lián)網的發(fā)展主力，因此，在5G網絡

未完全實現(xiàn)廣度和深度覆蓋時，對網絡覆蓋連續(xù)性和移動性要求較高的應用場景，建議

RedCap終端兼容支持4G模式接入，一方面可以提高RedCap終端的更廣泛的業(yè)務接入和處理

能力、以及遠程升級和維護的可靠性，另一方面也可以通過更廣泛的接入能力帶動規(guī)模化發(fā)

展，來進一步降低終端的成本。

2.2.3小數據包傳輸

對于RedCap終端的工業(yè)無線傳感器和可穿戴設備應用場景，存在大量的小包業(yè)務傳輸，

例如可穿戴設備的即時通信、心跳/?；?、推送通知等業(yè)務，傳感器的定期或者事件觸發(fā)數據

傳輸、溫度/壓力讀數等業(yè)務。因此間歇性小包業(yè)務傳輸特性對于RedCap的這些場景有著重

要應用價值。

5GR15/R16版本中RRC_INACTIVE狀態(tài)并不支持數據傳輸，處于該狀態(tài)的終端在進行任

何上行或下行數據傳輸之前，必須恢復連接，轉換到RRC_CONNECTED狀態(tài)，數據傳輸完

成后再釋放連接。這些過程帶來了不必要的信令開銷。

為了更高效地支持間歇性小數據的傳輸，R17引入了基于RA（隨機接入）的SDT（小數

據包傳輸）以及基于CG（配置授權）的SDT（二者同時配置時，CG的SDT優(yōu)先），可以讓

終端在RRC_INACTIVE狀態(tài)進行數據傳輸，減少信令開銷和降低終端能耗。對于基于RA或

CG的SDT傳輸有時間限制,定時器從由SDT觸發(fā)的RRC層RRCResumeRequest或者

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RRCResumeRequest1發(fā)送開始計時，到SDT傳輸完成后的RRCRelease結束。

下面分別介紹基于RA的SDT與基于CG的SDT：

（一）基于RA的SDT

1）小包業(yè)務傳輸條件

對于小包業(yè)務傳輸，有一定的使用條件：（1）所有承載上等待傳輸的數據量小于數據量

門限（協(xié)議參數）；（2）DLRSRP高于配置門限(協(xié)議參數）；（3）有可用的有效SDT資源。

2）資源配置

對于RA資源，協(xié)議給出了用于SDT的特定PreambleID段配置，可配置該特性的起始

PreambleID以及連續(xù)PreambleID數目。除此以外，如果每個SSB映射的RO個數大于1

（ssbPerRachOccasionAndCbPreamblesPerSsb<1),則可以通過索引配置用于SDT的RO。

對于SDT，協(xié)議支持配置專用的搜索空間，用于上下行動態(tài)調度。

3）小包業(yè)務傳輸過程

（1）終端通過在配置的RA資源上發(fā)起RACH；

（2）終端會通過Msg2的授權攜帶一部分上行SDT數據；

（3）如果Msg2的授權量不足以進行數據傳輸或者有下行SDT業(yè)務，通過在SDT的專用

搜索空間進行上下行動態(tài)調度來完成后續(xù)的小包業(yè)務傳輸。

（二）基于CG的SDT

SDT-CG，即小業(yè)務時的上行免授權，UE處于RRC_INACTIVE狀態(tài)下，可以通過上行免

授權方式發(fā)送PUSCH。

1）SDT-CG免授權發(fā)送時刻與SSB的關系

SDT-CG免授權發(fā)送方式：類似RO（PRACHOccasion）到SSB映射方法去發(fā)送PRACH。

即SSB與PO（PUSCHOccasion）也有映射關系，可以是一個SSB映射多個PO，也可以是多個

SSB映射一個PO。通過SSB的周期和CG的周期，共同決定一個聯(lián)合周期，聯(lián)合周期的定義是

所有的SSB都至少有一個PO可以映射。

在一個聯(lián)合周期下，多個SSB映射一個PO時，可以通過DMRS端口和序列區(qū)分開。例如，

8個SSB映射一個PO，其中每兩個SSB映射一個PUSCH的DMRS端口，且該兩個DMRS的序列

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是不同的。于是當UE所屬某個最強SSB波束時，即可在對應的PO上用對應的DMRS進行

PUSCH免授權發(fā)送。

2）SDT-CG免授權傳輸過程

在確定SDT-CG的傳輸周期和所使用的DMRS信息后，SDT-CG免授權在無需任何上行動

態(tài)授權下，在所屬的周期點周期性的發(fā)送PUSCH。其中SDT-CG授權的PUSCH的相關的調度

授權信息，如RB/MCS等信息，通過基于Type1的免授權RRC配置確定。

2.2.4終端節(jié)能

綠色低碳，節(jié)能減排是全社會全行業(yè)持續(xù)追求的目標。終端節(jié)能可以降低能耗，延長待

機時間，提升用戶體驗，是終端最重要的功能之一。5GeMBB終端從誕生之初，由于大帶寬、

多天線、峰值速率高，帶來的功耗也隨之升高。3GPP從R15到R17，針對終端節(jié)電特性（UE

powersaving），一直持續(xù)進行標準化的設計工作。RedCap終端相對于eMBB終端雖然帶寬和

天線數目有所減少，仍對節(jié)電有著強烈的需求。

下面給出RedCap終端支持節(jié)電特性的建議。

（一）R15的終端節(jié)電特性

1）連接態(tài)非連續(xù)接收（C-DRX）

UE在連接態(tài)進行非連續(xù)接收可以降低對PDCCH控制信道的監(jiān)聽，使得UE可以進入休眠

態(tài)，從而大幅降低UE的功耗。C-DRX特性非常成熟，是UE節(jié)電的一個最基本的功能。

2）小帶寬BWP

R15的eMBB終端在連接態(tài)可以支持最大4個專用BWP。RedCap終端最大帶寬20MHz，相

比eMBB終端帶寬降低很多。但考慮到RedCap終端也會工作在較低速率的情況下，如果能基

于網絡配置工作在更小的BWP帶寬（比如10MHz）下，可進一步降低終端耗電，但會增加網

絡的復雜度。

（二）R16的終端節(jié)電特性

1）UE喚醒信號（Wakeupsignal）

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處于連接態(tài)的UE可以由網絡配置喚醒信號從而進一步達到節(jié)電目的。對于配置了連接

態(tài)DRX的UE，網絡可以給其配置喚醒信號。在喚醒信號的指示下，UE可以監(jiān)聽或者不監(jiān)聽

對應DRX激活期內的PDCCH。

對于實際很多業(yè)務傳輸場景下，數據包到達并不是連續(xù)的，在數據傳輸比較稀疏的時間

窗口內，網絡可以通過喚醒信號指示UE不需要進入DRX激活期，從而有效降低終端對

PDCCH信道的監(jiān)聽時機。

圖2-4喚醒信號（WUS）示意圖

2）終端輔助的節(jié)能信息上報（UAI）

為了更好地輔助網絡為終端配置合適的參數，以達到終端節(jié)能的目的，網絡可以為終端

配置節(jié)能相關的終端輔助信息上報。NRR16標準中引入了多種類型的節(jié)能相關的終端輔助

信息，考慮到RedCap終端不支持載波聚合（CA）以及雙連接（DC），如下幾種終端輔助的

節(jié)能指示上報可適應于RedCap終端：

?終端期望的RRC狀態(tài)轉換。

?終端期望的下行最大MIMO層數。

?終端期望的DRX參數配置，包括長短DRX周期，DRX非活動定時器等。

對于每種類型的終端輔助節(jié)能信息上報，最終由網絡決策配置哪種相應的節(jié)能參數給終

端。

3）下行MIMO層數限制

減少終端工作的接收天線通道數目可有效的節(jié)省終端的功耗。對于RedCap終端而言，支

持最大接收天線數為2。如果網絡判斷在下行傳輸的業(yè)務速率不高的情況下，可以指示終端

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最大傳輸的MIMOlayer數降為1，這樣終端可以關閉掉一個接收通路來降低功耗。R16支持

的下行BWP級別的最大MIMOLayer配置功能，通過DCI觸發(fā)的BWP切換可以實現(xiàn)動態(tài)的

MIMO層數切換，來降低終端功耗。

（三）R17的終端節(jié)電特性

1）尋呼提早指示PEI（pagingEarlyIndication）

基于大數據對智能手機的使用情況的統(tǒng)計，全天24小時中有大約12小時終端是處于空閑

狀態(tài)下。而終端在空閑狀態(tài)下主要的功耗是用于定期的進行尋呼消息的監(jiān)聽，因為UE需要

在每次尋呼周期到來時自動醒來，獲取SSB信號進行下行時頻同步，完成對尋呼消息的接收

處理。R17針對空閑態(tài)的終端節(jié)能引入了尋呼提早指示（PDCCHDCI2-7），網絡側可以在每

個尋呼周期到來時提前通知UE本次尋呼時機（PagingOccasion）中是否包含對本UE的有效

尋呼，從而降低空閑態(tài)UE對尋呼消息不必要的接收。同時，PEI特性可以結合對小區(qū)中的待

尋呼UE進行分組（sub-grouping），可以進一步降低UE定時被喚醒監(jiān)聽尋呼的概率，更大程

度降低空閑態(tài)下終端的功耗。

圖2-5尋呼提早指示（PEI）示意圖

2）控制信道監(jiān)聽降低自適應（PDCCHMonitoringAdaptation）

在連接態(tài)下的終端節(jié)能，R16已經針對C-DRX功能增強了喚醒信號WUS，可以針對業(yè)務

量稀疏情況下，降低進入DRX激活期的概率?？紤]到未來需要支持例如VR/AR這種數據包到

達比較密集型的業(yè)務，UE在業(yè)務過程中可能一直工作在C-DRX的激活期（onduration）。針

對這種數據量大且數據包到達間隔短的場景，R17引入了控制信道監(jiān)聽降低自適應（PDCCH

MonitoringAdaptation）的功能，來進一步減少對PDCCH監(jiān)聽和盲檢的頻率。PDCCH

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Adaptation又支持了兩種方案，分別是PDCCH監(jiān)聽跳過（PDCCHskipping）和搜索空間集合

組的切換（SSSGSwitching）。

圖2-6PDCCH監(jiān)聽跳過示意圖

PDCCH監(jiān)聽跳過：網絡側基于對下行業(yè)務量的預測情況，判斷在一段時間間隔內沒有

數據包需要調度時，通過PDCCH專用DCI通知UE可以在接下來的若干時隙內不需要進行

PDCCH的監(jiān)聽。

圖2-7搜索空間集合組切換示意圖

搜索空間集合組切換：網絡會給UE配置的不同的PDCCH監(jiān)聽密度的搜索空間的組合，

在業(yè)務傳輸過程中網絡側基于對下行業(yè)務量的飽滿和稀疏情況，通過PDCCH專用DCI觸發(fā)

UE對不同的搜索空間的組合進行切換，數據包集中到達時工作在PDCCH密集監(jiān)聽的狀態(tài)下，

數據包稀疏到達時工作在PDCCH監(jiān)聽放松的狀態(tài)下。

可見，PDCCH監(jiān)聽自適應包含的PDCCHskipping和SSSGSwitching兩種方案技術原理

相同，都是基于業(yè)務包疏密來精細化控制DRX激活期的PDCCH監(jiān)聽頻度，來實現(xiàn)最大化終

端節(jié)能目標。

3）擴展的非連續(xù)接收（extendedDRX）

在空閑態(tài)，終端周期性監(jiān)聽尋呼是主要的能量消耗。針對RedCap終端而言，很多場景下

對尋呼響應的及時性要求并不高，比如工業(yè)傳感器和視頻監(jiān)控場景。因此R17RedCap標準化

項目中對非連接態(tài)下的DRX周期進行了擴展，延長了終端監(jiān)聽尋呼的周期，使得終端能更長

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時間處于休眠狀態(tài)以節(jié)能?？臻e態(tài)（RRC_IDLE）下eDRX周期擴展到最大10485.76秒（2.91

小時），非激活態(tài)(RRC_INACTIVE)下eDRX周期擴展到最大10.24秒?？梢允沟肦edCap終端

在空閑態(tài)和非激活態(tài)下以更低的頻率監(jiān)聽尋呼，降低終端待機電流，延長待機時間。

4）RRM測量放松（RRMRelaxation）

考慮到RedCap終端應用在工業(yè)傳感器和視頻監(jiān)控場景下，終端大都是固定位置的，并沒

有移動性，因此RedCap終端在R16的測量放松基礎上進一步進行了增強。

針對空閑態(tài)和非激活態(tài)，網絡通過系統(tǒng)信息配置UE滿足靜止（Stationary）條件和非小區(qū)

邊緣位置(not-at-cell-edge)條件對應的門限和準則。UE通過對服務小區(qū)參考信號在一定周期

內的信號強度以及波動情況進行測量，判斷滿足靜止條件，或同時滿足靜止條件和位于非小

區(qū)邊緣位置條件時，終端可以放松空閑態(tài)和非激活態(tài)下的RRM測量，以達到節(jié)省終端功耗

的目的。

在連接態(tài)下，網絡可以通過專用信令給UE配置滿足靜止條件的RSRP門限和準則。UE在

連接態(tài)下進行測量，如果靜止條件的準則滿足，UE通過UE輔助信息（UAI）消息上報給網

絡，由網絡決策配置相應的測量參數來放松UE在連接態(tài)的下的測量，比如減少測量鄰小區(qū)

個數，拉長測量上報周期等。

2.2.5覆蓋增強技術

對于移動通信，覆蓋能力是最重要的關鍵指標。RedCap終端應用的三個典型場景，有工

業(yè)傳感器，視頻監(jiān)控，可穿戴設備。其中工業(yè)傳感器主要應用在工廠的室內場景，可以認為

覆蓋問題不是瓶頸。但視頻監(jiān)控類設備雖然是固定安裝，但存在著位于小區(qū)邊緣或者室外覆

蓋室內的場景。特別是對于可穿戴設備，一方面是存在移動性，另外可穿戴設備的尺寸一般

比較小，天線效率會隨之降低。因此當可穿戴設備類終端工作在較高頻段，處于小區(qū)邊緣位

置時，覆蓋增強技術對于RedCap可穿戴類設備是是至關重要。

3GPP在R17開展了覆蓋增強項目（CoverageEnhancement），考慮到無線基站的射頻天線

單元可以實現(xiàn)大功率和多天線，但終端相比基站的天線數目少，發(fā)送功率低，因此蜂窩通信

中都是上行方向的覆蓋能力受限，3GPP研究表明上行方向相比下行有11dB的覆蓋差異。R17

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為上行物理信道的傳輸引入了多個覆蓋增強特性，包括增加PUSCH和PUCCH信道的重復傳

輸次數，多時隙傳輸一個傳輸塊（TB），PUSCH/PUCCH信道的多時隙的聯(lián)合信道估計，以

及消息3（Msg3PUSCH）重復傳輸等。所有這些覆蓋增強的功能都是可以結合實際的場景，

應用在RedCap終端中。

（一）PUSCH信道覆蓋增強

1)PUSCH信道重復傳輸（PUSCHrepetition）

為了提高上行業(yè)務信道傳輸的可靠性，在R16的低時延高可靠項目中已經支持了PUSCH

信道的重傳傳輸。R17在此基礎上，增強了PUSCH類型A（PUSCHTypeA）的最大重復傳輸

次數到32次，支持動態(tài)調度（DynamicGrant）和半靜態(tài)資源授權（ConfiguredGrant）兩種方

式，且重復傳輸次數可以被動態(tài)指示。通過PUSCH的重復傳輸，網絡側可以獲得時間分集增

益以及冗余信息的譯碼增益，提升上行業(yè)務信道的覆蓋信道。

圖2-8PUSCH信道重復傳輸示意圖

2)多時隙承載傳輸塊(TBoMS)

多時隙承載傳輸塊（TBoMS：TBprocessingovermulti-slot）功能是將一個大的傳輸塊

映射到多個時隙的物理資源上進行發(fā)送。相比于單時隙的數據傳輸方式，TBoMS可以獲得

兩個方面的增益。一方面是由于可用的時域資源增加，可以獲得更大的信道編碼的增益，從

而可以提高接收端譯碼的可靠性。另一方面是，一次傳輸一個大數據包相比多次傳輸幾個小

數據包，可降低MACPDU的開銷，從而降低了占用的頻域資源，等效提高了單位頻率資源

上的發(fā)送功率。

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圖2-9多時隙承載傳輸塊（TBoMS）示意圖

當然，TBoMS也可以應用重復傳輸的方式來提高傳輸塊的合并譯碼增益，前提是配置的

TBoMS多次重復傳輸的總時隙數目要小于等于32。

3)多時隙聯(lián)合信道估計(JCE)

多時隙聯(lián)合信道估計（JCE：Jointchannelestimation）是基站對PUSCH多次重復傳輸的

時隙中的解調導頻參考信號（DMRS）進行聯(lián)合信道估計，以提升低信噪比條件下的上行信

道估計的性能，從而提升上行業(yè)務信道的解調性能。

圖2-10多時隙聯(lián)合信道估計（JCE）示意圖

當然，基站側多時隙聯(lián)合信道估計功能對終端能力也有更高的要求，即在聯(lián)合信道估計

的時間周期內，需要終端能保證上行發(fā)送的相位連續(xù)性和功率一致性，也即對應終端需要具

備導頻捆綁（DMRSbundling）的能力，否則基站側的聯(lián)合信道估計性能增益就無法保證。

具體的，聯(lián)合信道估計還包含如下四種PUSCH資源的聯(lián)合傳輸方式:

Case1:在一個時隙內的背靠背（back-to-back）PUSCH傳輸（mappingtypeB）

Case2:在一個時隙內的非背靠背（nonback-to-back）PUSCH傳輸（mapping

typeB）

Case3:跨多個連續(xù)時隙的背靠背（back-to-back）PUSCH傳輸（mappingtype

A）

Case4:跨多個連續(xù)時隙的非背靠背（nonback-to-back）PUSCH傳輸（mapping

typeA）

對于非背靠背傳輸，兩次傳輸之間的間隔需要小于等于13個符號，否則就違背了DMRS

bundling的條件。另外，多時隙承載傳輸塊(TBoMS)也可以與DMRSbundling聯(lián)合應用。終端

針對DMRSbundling，非背靠背傳輸模式，TBoMS疊加DMRSbundling等，都是有單獨的UE

能力上報指示給網絡的。

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（二）PUCCH信道覆蓋增強

為了提高上行控制信道覆蓋性能，覆蓋增強項目也對PUCCH信道進行了增強，包括

PUCCH重復傳輸，以及支持PUCCH信道導頻捆綁（DMRSbundling）功能。

針對PUCCH重復傳輸增強，僅支持整時隙級別的重復傳輸，為了提高重復傳輸資源的利

用效率，可以支持重復傳輸次數的動態(tài)指示。

針對PUCCH信道DMRSbundling功能，與PUSCH信道支持的DMRSbundling功能類似。

但PUCCH信道不支持時隙內的DMRSbundling，僅支持連續(xù)時隙間的背靠背和非背靠背的

DMRSbundling傳輸。同樣，是否支持PUCCH信道的非背靠背DMRSbundling有單獨的UE能

力上報給網絡。

（三）Msg3(消息3)覆蓋增強

為了提高隨機接入過程中Msg3的覆蓋性能，覆蓋增強項目支持了Msg3的重復傳輸功能。

Msg3僅支持時隙級別（PUSCHmappingTypeA）的重復傳輸，不支持mappingTypeB的時

域資源映射方式。

Msg3是隨機接入過程中的公共消息，為了使得終端能向網絡發(fā)起Msg3重復傳輸的請求，

網絡在廣播消息中給UE配置滿足Msg3重傳請求的RSRP門限值和相應的PRACH專用資源。

終端在初始接入過程測量到的RSRP（從終端側反映的是路損信息）低于配置的門限值，則

會選擇專用的PRACH資源來發(fā)送Msg1。網絡側在RA專用資源檢測到Msg1后，可以在隨機

接入響應消息中（Msg2）指示終端Msg3的重復發(fā)送的次數，終端基于網絡指示在上行可用

的時隙上進行Msg3的重復發(fā)送。網絡對多次重復的Msg3消息進行合并接收，從而可以增強

Msg3消息的覆蓋性能。

考慮到Msg3的初始重復傳輸不能保證正確接收的情況，網絡還可用通過動態(tài)指示

（DCI0_0withCRCscrambledbyTC-RNTI）的方式支持對Msg3的重復傳輸進行重傳調度。

具體的重傳調度的MCS等級和重傳次數，都在DCI消息中進行指示?；究梢曰贛sg3的重

傳調度進一步提升Msg3的接收性能。

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2.2.6網絡切片

考慮到RedCap有豐富的業(yè)務場景，不同業(yè)務對網絡的需求存在明顯差異?；赒oS的傳

統(tǒng)網絡無法按照不同的業(yè)務需求進行獨立運營和安全隔離，實際也無法為所有業(yè)務提供高效

的SLA保障。

為了滿足這些業(yè)務可保障的SLA（ServiceLevelAgreement）需求，以及獨立運營、安全

隔離的訴求，RedCap也需要切片，使得運營商能夠在一個物理網絡上構建多個端到端（無線

接入網、傳輸網和核心網）的、虛擬的、隔離的、按需定制的專用邏輯網絡，實現(xiàn)一網多用，

以滿足不同行業(yè)客戶對網絡能力的不同要求（時延、帶寬、連接數、可靠性等）。

端到端的切片解決方案，需要拉通無線接入網、傳輸網和核心網的網絡切片能力。

圖2-11端到端網絡切片示意圖

對于無線接入網，切片的切分對象為無線時頻資源，切分方式包含硬切（載波隔離）、

軟切（基于QoS調度、基于RB資源預留）等方案。

當前5G網絡已普遍支持切片能力，RedCapUE可借助5G網絡現(xiàn)有的能力，較低成本地支

持端到端的切片能力。在實現(xiàn)中，網絡側需要綜合考慮RedCap的帶寬能力、業(yè)務需求、網絡

負載等因素，綜合考慮切片的切分配置策略。

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3.網絡適配RedCapUE方案分析

3.1網絡基本參數分析

3.1.1承載頻段分析

RedCap目標應用場景多樣化，不同業(yè)務對于網絡有不同的需求，例如，可穿戴業(yè)務對覆

蓋連續(xù)性要求較高，需要保證5G網絡的連續(xù)性；視頻監(jiān)控業(yè)務在多用戶并發(fā)場景下對網絡

有大容量多并發(fā)需求，對系統(tǒng)容量需求較高，需要5G大帶寬能力提供保障；工業(yè)無線傳感器

有低時延高可靠業(yè)務需求等。RedCap部署承載頻段，需要考慮不同頻段覆蓋、容量對業(yè)務體

驗的影響。

1、TDD頻段（n41/n78/n79等）引入RedCap的影響分析

（1）TDD頻段RedCap和NR的終端能力對比

TDD頻段RedCap終端和普通NR終端的主要能力對比如下表所示：

表3-1TDD頻段RedCap和普通NR終端的能力對比

參數普通NR終端RedCap終端

頻段N78(3.5G)/N41(2.6G)/N79（4.9G）等

UE帶寬100MHz(273PRBs,30kHzSCS)20MHz(51PRBs,30kHzSCS)

2R（2層DLMIMO）

UE天線能力4R（4層DLMIMO）

或1R（1層DLMIMO）

上行256QAM可選，64QAM必

選

UE調制上下行256QAM

下行256QAM可選，64QAM必

選

（2）TDD頻段RedCap和NR的單用戶峰值速率對比

TDD頻段RedCap終端和普通NR終端的單用戶峰值速率對比如下表所示：

表3-2TDD頻段RedCap和普通NR終端的單用戶峰值速率

終端類型制式配置峰值速率

下行：64/256QAM，20M帶寬105/140Mbps

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RedCapTDD

上行：64/256QAM，20M帶寬26/35Mbps

雙周期

1T2R2.5ms

TDD下行：64/256QAM，20M帶寬122/162Mbps

5ms單周期上行：64/256QAM，20M帶寬17.5/23Mbps

下行：/，帶寬/

RedCapTDD64256QAM20M5270Mbps

雙周期上行：64/256QAM，20M帶寬26/35Mbps

1T1R2.5ms

TDD下行：64/256QAM，20M帶寬61/81Mbps

5ms單周期上行：64/256QAM，20M帶寬17.5/23Mbps

TDD下行：256QAM，100M帶寬1.5Gbps

NR

2.5ms雙周期上行：256QAM，100M帶寬380Mbps

2T4R

TDD下行：256QAM，100M帶寬1.7Gbps

5ms單周期上行：256QAM，100M帶寬250Mbps

下行：，帶寬

NRTDD256QAM100M1.5Gbps

雙周期上行：256QAM，100M帶寬190Mbps

1T4R2.5ms

TDD下行：256QAM，100M帶寬1.7Gbps

5ms單周期上行：256QAM，100M帶寬125Mbps

（3）RedCap網絡覆蓋影響

以n78頻段規(guī)劃為例，如以上下行邊緣速率5Mbps/100Mbps為覆蓋目標，終端能力為

2T4R，以表3-3給出的鏈路預算參數表為依據，得到一般城區(qū)建議站間距規(guī)劃為353m。

在此規(guī)劃下，RedCap終端的上下行最大邊緣速率為1.6Mbps/43.6Mbps（1T1R），或

1.6Mbps/71.8Mbps（1T2R）。

表3-35Gn78頻段一般城區(qū)64TR鏈路預算參數表

參數取值

載頻(GHz)3.5

基站天線數64TR

用戶天線數2T4R→1T1R/1T2R

幀結構2.5ms雙周期

帶寬100MHz

基站功率320W設備

基站天線增益(dBi)24.5

終端發(fā)送功率(dBm)26

噪聲系數(dB)(上/下)3.5/7

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饋線損耗(dB)0

人體損耗(dB)3

穿透損耗(dB)17

陰影衰落儲備(dB)8

站高/街道寬度/建筑物高度/終

30/10/30/1.5

端高度(m)

（4）TDD頻段引入RedCap對容量的影響

3GPPTR38.875分析了在城區(qū)TDD系統(tǒng)引入RedCapUE的影響，該仿真分別對比了１Rx

和２Rx20MHzRedCapUE(假設DL64QAM)，分析了RedCap終端的三種業(yè)務模型:

1)非全緩沖（Non-fullbuffer）業(yè)務模型：FTP業(yè)務模型3

2)非全緩沖（Non-fullbuffer）業(yè)務模型：即時信息IM業(yè)務模型

3)全緩沖（Fullbuffer）業(yè)務模型

表3-4TDD頻段容量影響評估的仿真條件

參數FR1配置

單層

拓撲

宏蜂窩層：Hex.Grid

站間距500m

密集城區(qū)：

頻段2.6GHz(TDD)

4GHz(TDD)

對2.6GHz：

DDDDDDDSUU(S:6D:4G:4U)

TDD幀結構

對4GHz：

DDDSUDDSUU(S:10D:2G:2U)

信道模型3D-UMa

20%室外（車內）：30km/h

用戶分布

80%室內：3km/h

全緩沖（Fullbuffer）業(yè)務模型（可選）

業(yè)務模型非全緩沖（Non-fullbuffer）業(yè)務模型：參照UE采用FTP業(yè)務模型3，

RedCapUE采用即時信息IM業(yè)務模型

全緩沖業(yè)務模型（可選）：共10個用戶，包括RedCapUE和參照UE

業(yè)務負載

非全緩沖業(yè)務模型：低負載(例如<30%)和中負載例如30%-50%)

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RedCap用戶占全緩沖業(yè)務模型（可選）：0,20%,50%(例如每小區(qū)中0,2或5個

比RedCapUE),100%

非全緩沖業(yè)務模型：0,25%,50%,100%

通過仿真結果分析得出：

在RedCap終端采用即時信息（IM）業(yè)務，eMBB終端采用FTP業(yè)務模型3時：由于IM業(yè)

務的數據吞吐量小，RedCapUE對小區(qū)容量和頻譜效率影響較小，１Rx和２Rx的RedCapUE

差別不大；

在RedCap終端和eMBB終端采用非全緩沖業(yè)務模型的FTP３業(yè)務時：當網絡負荷輕載時，

RedCapUE對小區(qū)容量影響較??；當網絡負荷和RedCapUE占比高時，RedCap２RxUE

（DL64QAM）可能導致TDD頻譜效率最高降低30%；RedCap1RxUE（DL64QAM）可能導

致TDD頻譜效率最高降低50%；

在RedCap終端和eMBB終端采用全緩沖業(yè)務模型時:當網絡負荷輕載時，RedCapUE對

小區(qū)容量影響較小；當網絡負荷和RedCapUE占比高時，RedCap２RxUE（DL64QAM）可

能導致TDD頻譜效率最高降低50%；RedCap１RxUE（DL64QAM）最高降低70%。

2、FDD頻段引入RedCap的影響分析

（1）FDD頻段RedCap和NR的終端能力對比

FDD頻段RedCap終端和普通NR終端的主要能力對比如下表所示：

表3-5FDD頻段RedCap和普通NR終端的能力對比

參數NRRedCap

頻段n1(2.1G)