5G 网络中，RedCap（Reduced Capability） 是为了支持低复杂度、低成本、低功耗的物联网设备而引入的一种优化方案。这些设备通常不需要高数据速率，但需要长时间运行和可靠的连接。因此，5G-Advanced R18（3GPP第18版）中引入了降低用户设备（UE）峰值数据速率的功能，以满足这些设备的需求。

一、 峰值数据速率的定义

峰值数据速率是指用户设备在最佳条件下能够达到的最高数据传输速率。在5G网络中，设备的峰值数据速率通常由其硬件能力、网络配置和当前的无线环境决定。高峰值数据速率意味着设备可以在短时间内传输大量数据，但也意味着更高的硬件复杂度和能耗。

二、 RedCap 设备的特点

• 低复杂度：RedCap设备通常设计为低成本和低功耗，适用于不需要高数据速率的应用场景，如传感器、监控设备和可穿戴设备。

• 低功耗：这些设备通常需要长时间运行，降低峰值数据速率可以减少处理负担和能耗，从而延长电池寿命。

• 低数据速率需求：RedCap设备的数据传输需求通常较低，不需要高带宽或高吞吐量。

三、降低 UE 峰值数据速率的目的

在5G-Advanced R18中，降低UE的峰值数据速率有助于以下几个方面：

1. 简化硬件设计：

• 通过限制设备的峰值数据速率，设备可以采用较低规格的处理器和无线模块，从而降低硬件成本和设计复杂度。

2. 降低功耗：

• 处理较高数据速率需要更多的计算资源和电力消耗。通过降低峰值数据速率，设备可以减少功耗，延长电池寿命，这对于电池供电的设备尤为重要。

3. 优化网络资源使用：

• 限制峰值数据速率可以使网络资源分配更加均衡，减少网络拥塞，提升整体网络效率。

四、实现降低峰值数据速率的方法

在5G-Advanced R18中，降低RedCap设备的峰值数据速率主要通过以下几种技术手段实现：

1. 限制物理资源块（PRB）的分配：

• PRB是5G网络中的基本调度单位。限制RedCap设备每个时隙中分配的PRB数量，可以直接限制其数据速率。例如，每个时隙最多分配25个PRB，这样可以控制设备的瞬时数据传输量。

2. 降低子载波间隔（SCS）：

• SCS定义了频谱中子载波的间隔。降低SCS可以减少每个时隙中可用的频谱资源，从而降低设备的峰值数据速率。

3. 调整调制编码方案（MCS）：

• MCS决定了每个符号传输的数据量。通过使用较低的MCS，设备可以传输较少的数据位，从而限制其数据速率。

4. 分配较小的带宽部分（BWP）：

• BWP是5G中的一个灵活频谱管理单元。分配较小的BWP给RedCap设备，可以限制其可用的频谱资源，进而控制数据速率。

五、实际操作示例

假设一个RedCap设备的目标是将峰值数据速率限制在10 Mbps。在实际操作中，网络可以通过以下步骤实现这一目标：

• 限制每个时隙的PRB数量：例如，限制RedCap设备在每个时隙中最多使用25个PRB。

• 选择较低的SCS：例如，使用15 kHz的SCS来减少每个时隙中可用的频谱资源。

• 使用较低的MCS：例如，使用QPSK调制而不是64QAM，这样每个符号传输的数据位更少。

• 配置较小的BWP：例如，将RedCap设备的BWP配置为5 MHz，而不是更高的频谱带宽。

下图展示了如何通过限制PRB数量和降低SCS来降低设备的峰值数据速率：

减少 PRB 数量
|---- 时隙1 ----|---- 时隙2 ----|---- 时隙3 ----|
| 25 PRB        | 25 PRB        | 25 PRB        |
|               |               |               |
减少 SCS
|---- 15 kHz ----|---- 15 kHz ----|---- 15 kHz ----|
|               |               |               |

六、 优势和应用场景

1. 低功耗物联网应用：
• 适用于需要长时间运行但数据速率要求不高的设备，如环境监测传感器、智能手表等。
2. 成本敏感的设备：
• 适合大规模部署的低成本设备，通过降低峰值数据速率，可以简化设备的硬件设计和降低制造成本。
3. 优化网络效率：
• 通过控制设备的峰值数据速率，可以减少网络拥塞和资源争用，提升整体网络的效率和服务质量。

七、结论