今天，分享一篇NR RedCap覆盖能力分析与增强技术，希望以下NR RedCap覆盖能力分析与增强技术的内容对您有用。
通信世界网消息（CWW）目前5G的三大应用场景是增强移动带宽（eMBB）、高可靠低时延（URLLC）以及海量机器通信（mMTC）。随着5G商用的发展，人们在实践中发现，部分场景对性能并不存在极致的要求，5G三大场景赋予的能力超出了实际应用需求，如图1所示。因此，为助力5G商用落地，更好地平衡性能与成本，业界便提出了“轻量级的5G”，即RedCap（Reduced Capability）。RedCap在3GPP Rel-17冻结标准中被定义为：通过削减终端空口能力、降低复杂度，达到降低成本、降低功耗等要求。
图1 RedCap业务应用定位RedCap的三大应用场景
RedCap主要用于5G中速率、小带宽、低功耗的业务场景，旨在补齐5G终端在中速物联网场景下的能力，使终端面对各类物联网业务需求时，具有更完备的技术体系。
3GPP R17标准定义了RedCap终端能力，旨在满足应用需求及能力的条件下，尽可能地达到成本降低、尺寸紧凑、功耗减少等效果，从而更好地适应工业传感器、视频监控以及可穿戴设备等RedCap对应的中速物联网部署场景。下面分别对三大应用场景对网络的需求进行介绍，具体如表1所示。
表1 RedCap三大应用场景对网络的需求
工业无线传感器
工业无线传感器设备包括加速度计、温度计、压力传感器、驱动器等。3GPP TR 22.832和TS 22.104中描述了工业无线传感器用例的参考需求：通信业务可靠性达到99.99%；业务端到端时延要求＜100ms，安全相关传感器为5ms~10ms；静止设备通信速率要求＜2Mbit/s。此外，该类用例的电池使用寿命至少需几年。
视频监控
5G视频监控可助力智慧城市等应用发展，3GPP TR 22.804中描述了视频监控用例参考需求：经济型监控速率要求为2Mbit/s~4Mbit/s，高端型监控为7.5Mbit/s~25Mbit/s；业务时延要求＜500ms；通信可靠性达到99%~99.9%。
可穿戴设备
可穿戴设备主要包括智能手表、智能手环、电子健康相关设备等，3GPP TR 38.875中定义了智能穿戴用例的参考需求，具体内容包括：下行参考速率为5Mbit/s~50Mbit/s，上行参考速率为2Mbit/s~5Mbit/s，设备的电池寿命应当保持几天（甚至1~2周）。
RedCap终端的简化
5G终端芯片和模本组的价格问题，一直是5G行业应用落地首先要解决的问题。RedCap的出现可有效解决5G芯片、模组成本高昂与行业设备需求大的矛盾，终端性能的“裁剪”如表2所示。
表2 终端性能对比
RedCap的最大传输带宽可以缩减至20MHz，“裁剪”收发天线数目到1T2R或1T1R，降低上下行最大调制阶数至64QAM，并采用半双工FDD，有效降低了终端复杂度，进而大幅节约了成本。根据行业机构对3GPP TR 38.875中RedCap“减能力”的研究，相比传统5G设备，RedCap预计可使5G模组成本降低60%~70%。
RedCap两大覆盖能力分析
RedCap终端可以通过简化部分性能，达到降低成本与功耗的效果。这将对UE的数据速率、覆盖和传输时延等性能造成一定的影响，本文主要以中国联通频段为例，对RedCap的网络覆盖能力进行分析。
3.5GHz频段下RedCap覆盖分析
基于满足5G业务在该频段下部署对边缘速率的要求（即下行边缘速率≥100Mbit/s、上行边缘速率≥5Mbit/s），3.5GHz基站天线选择64T64R，终端能力为2T4R，以小区带宽100MHz为基准，对3.5GHz频率下的小区普通用户边缘速率进行仿真，结果显示普通终端处于3.5GHz下行100Mbit/s的边缘速率时，站间距为580.5m。上行大于5Mbit/s边缘速率时，站间距为353m。由于上行受限，3.5GHz频段下满足普通终端5G业务需求站间距应为353m。具体链路预算仿真参数如表3所示。
表3 3.5GHz 64TR链路预算参数表
在此站址规划下，轻量级5G技术RedCap终端最大发射功率限制为23dBm，此时，RedCap 1T1R终端上下行最大边缘速率为1.6Mbit/s和43.6Mbit/s，1T2R终端上下行最大边缘速率为1.6Mbit/s和71.8Mbit/s，无法满足RedCap视频监控和可穿戴设备的速率需求（上行＞2Mbit/s）。
2.1GHz频段下RedCap覆盖分析
以下行边缘速率≥30Mbit/s、上行边缘速率≥3Mbit/s为目标，设定2.1GHz基站天线4T4R，终端能力2T4R，带宽40MHz，对2.1GHz频率下小区的覆盖距离进行仿真，由于上行覆盖受限，大于3Mbit/s时，站间距应为454.5m。具体参数设定如表4所示。
表4 2.1GHz 64TR链路预算参数表
在此频段与站址规划下，可计算出相同边缘位置，RedCap终端下的1T1R终端上下行最大边缘速率为2Mbit/s和19Mbit/s，1T2R终端上下行最大边缘速率达到2Mbit/s和9.8Mbit/s，可基本满足RedCap三大典型业务速率需求。
由上述链路预算与分析可知，在覆盖性能方面，2.1GHz频段相对于3.5GHz频段在上行覆盖上更具优势，即便在小区边缘位置，2.1GHz频段仍可满足可穿戴设备与视频监控上行速率大于2Mbit/s的需求。针对3.5GHz频段覆盖RedCap终端能力较弱的区域，可通过引入部分覆盖增强技术进一步提升覆盖能力。
RedCap四大覆盖增强手段
PUSCH信道重复传输
为了增强上行业务信道传输的可靠性，R16支持PUSCH信道的重复传输。R17在此基础上进一步将PUSCH Type A的最大传输次数增强至32次，并且同时支持半静态资源调度以及动态资源调度两种方式，另外也可动态指示重复传输的次数，以使得网络侧获得更多的冗余信息，以提升解调性能、增强RedCap上行业务信道的覆盖能力。
多时隙承载传输块
相较于单时隙的数据传输方式，多时隙承载传输块（TB processing over multi-slot）技术可将一个较大TBS传输块映射到多个时隙的物理资源上进行发送以获取增益。其主要包括两个方面：一是一次传输一个大数据包，相比于多次分散传输小数据包可减少MAC PDU的信令开销，从而减少频域资源的使用，也就等效于提高了单位频率资源上的发射功率；二是可用时域资源的增加，可以增加信道编码的增益，进而提升接收端译码的可靠性。
PUCCH信道增强
在PUCCH增强方面，主要包括PUCCH的重复传输、PUCCH信道导频捆绑功能。
在PUCCH重复传输增强中，支持整时隙级别的重传，并且为了提升重复传输资源的利用率，还可以支持重复传输次数的动态指示；与PUSCH支持的信道导频捆绑功能相近，PUCCH信道导频捆绑支持连续时隙间背靠背和非背靠背的DMRS bundling（但不支持时隙内的DMRS bundling传输）。基站对多次重复传输时隙中的解调参考信号（DMRS）进行联合信道估计，以提升低信噪比条件下的上行信道估计能力，从而提升上行业务信道的解调性能。
Msg3覆盖增强
Msg3覆盖功能的增强可以提高随机接入过程中Msg3的覆盖性能，其中增加了Msg3的重复传输功能。但需要注意的是Msg3仅支持时隙级别的重复传输，并不支持mapping Type B的时域资源映射方式。
Msg3为随机接入过程中的公共信息，网络需要在广播信息中为终端配置满足Msg3重复传输请求的RSRP门限以及专用的前导码资源，使终端可向网络侧发起重复传输Msg3的请求。若终端在初始接入过程中检测到的RSRP低于设定的门限值，则可选择专用的前导码资源来发送Msg1。随后待网络侧在RA专用资源检测到Msg1后，便可在Msg2中指定UE Msg3的重复传输次数，最终终端在指示的上行可用时隙中重复传输Msg3。网络侧便可将接收的Msg3消息进行合并，以此提升Msg3的覆盖能力。另外由于不能保证Msg3初始重复传输被正确接收，网络还可通过DCI动态指示（DCI0_0 with CRC scrambled by TC-RNTI）对Msg3的重复传输进行重传调度，主要包括重传次数以及重传调度的MCS等级，基站可基于Msg3的重传调度进一步提升Msg3的接收性能。
RedCap终端采用减少收发天线以及降低系统带宽等技术降低成本，不可避免地会对覆盖能力和峰值速率等造成一定影响，因此，采用覆盖增强技术来提高上下行信道的覆盖能力是必不可少的。
RedCap的目标应用场景呈现多样化特点，不同的业务对于网络有不同的需求，RedCap部署承载频段的选择需考虑不同频段覆盖能力对业务体验的影响以及现网eMBB站间距的情况。通过链路预算可看出在网络覆盖方面，2.1GHz频段相对3.5GHz频段更具优势，即便在小区边缘，2.1GHz频段仍可满足RedCap场景的速率需求。针对3.5GHz覆盖效果欠佳、但确需覆盖的区域，可通过PUSCH信道重复传输、多时隙承载传输块、PUCCH信道增强、Msg3覆盖增强手段提升覆盖能力，或通过切换、重选等参数配置使RedCap终端提前选至2.1GHz频段。
