Tehnologia 5G RedCap a fost dezvoltată pentru a crea un echilibru între eficiența energetică și performanțele rețelelor de mare viteză, deschizând calea către o nouă generație de dispozitive IoT. Această soluție schimbă semnificativ ecosistemul 5G și extinde capabilitățile aplicațiilor IoT.
Figura 1: Prima generație de servicii IoT 5G a lăsat un gol în gama de viteză medie. Tehnologia 5G NR RedCap umple acest gol, deservind aplicațiile IoT aflate în prezent în aria LTE Cat 1 și Cat 4. (Sursa: Telit Cinterion)
LTE (Long Term Evolution) este un standard de comunicații wireless consacrat, care oferă o fiabilitate ridicată și acoperă o gamă largă de aplicații cotidiene care necesită viteze medii de transfer de date. Totuși, pentru aplicațiile ce implică viteze mari sau cerințe speciale de conectivitate, 5G reprezintă o opțiune mai potrivită. Această tehnologie oferă o lățime de bandă semnificativ mai mare și o latență redusă, permițând o transmisie rapidă a datelor și comunicații aproape în timp real. Aceste caracteristici sunt esențiale pentru a susține aplicații precum realitatea augmentată (AR), realitatea virtuală (VR), conducerea autonomă și Internetul lucrurilor (IoT). Deși 5G aduce avantaje notabile în ceea ce privește viteza, capacitatea și latența, introduce totodată un nivel crescut de complexitate în implementare și gestionare.
5G RedCap – între 5G avansat și IoT eficient energetic
5G RedCap, cunoscută și sub denumirea 5G NR-Light, a fost proiectată special pentru dispozitive IoT de bandă largă, cum ar fi echipamentele purtabile, sistemele de supraveghere video și senzorii industriali – aplicații care necesită un debit de date și o rată de transmisie mai mari, precum și o latență redusă.
Din punctul de vedere al performanței, 5G RedCap se poziționează între profilurile de aplicații 5G avansate (eMBB – enhanced Mobile Broadband și uRLLC – ultra-Reliable Low Latency Communications) și tehnologiile IoT optimizate energetic, cum ar fi LTE-M și NB-IoT. Prin urmare, 5G RedCap reprezintă soluția ideală pentru aplicațiile bazate în prezent pe LTE Cat 1 sau Cat 4.
Conform estimărilor Omdia, până în anul 2030 modulele 5G RedCap vor reprezenta aproximativ 18% din totalul livrărilor de module celulare. Această tehnologie este o opțiune excelentă pentru aplicațiile IoT care nu necesită o latență ultra-scăzută, dar care au nevoie de un debit de date suficient, oferind un echilibru optim între costuri, performanță și eficiență energetică. În plus, 5G RedCap este prima implementare 5G care include funcții dedicate de economisire a energiei, cum ar fi relaxarea măsurătorilor radio (RRM relaxation) și DRX – Discontinuous Reception. Tabelul 1 prezintă diferențele și specificațiile principale dintre LTE, 5G și 5G RedCap.
Tabelul 1: Comparație între LTE, 5G și 5G RedCap
Nota redacției: Termenul RRM relaxation (relaxarea măsurătorilor radio) provine din specificațiile 3GPP Release 16/17 și descrie un mecanism de reducere a frecvenței sau oprire temporară a măsurătorilor efectuate de dispozitivul utilizator (UE) pentru managementul resurselor radio. Scopul acestei funcții este diminuarea consumului de energie, fără a afecta semnificativ performanța rețelei. Standardele tehnice relevante: 3GPP TS 38.133 și 3GPP TS 38.304.
Avantajele tehnologiilor bazate pe 5G
Numărul dispozitivelor conectate la rețea și volumul de date generate în lumea noastră digitală sunt în continuă creștere. Prin urmare, capacitatea rețelei devine un factor tot mai important. Datorită capacității extinse oferite de tehnologiile 5G și 5G RedCap, mai multe dispozitive pot fi conectate simultan fără pierderi de performanță. Această caracteristică permite o conectivitate stabilă și continuă în medii cu o densitate mare de dispozitive, cum ar fi orașele inteligente, aplicațiile Industrie 4.0 sau evenimentele de mari dimensiuni.
Vitezele mai mari de transfer de date și lățimea de bandă semnificativ crescută ale tehnologiilor 5G și 5G RedCap oferă multiple avantaje atât pentru companii, cât și pentru utilizatorii finali. De exemplu, fișierele de mari dimensiuni pot fi descărcate în câteva secunde, iar conținutul video de înaltă rezoluție poate fi redat fără întârzieri. Aceste beneficii permit o performanță fluentă pentru aplicații precum realitatea augmentată (AR), realitatea virtuală (VR) și jocurile în cloud. Latența redusă contribuie la o utilizare mai eficientă a lățimii de bandă și minimizează congestia rețelei, rezultând o transmisie de date stabilă și fiabilă.
În plus, devine posibilă transmiterea informațiilor în timp real, aspect esențial pentru aplicații din domenii precum conducerea autonomă, telemedicina și automatizarea industrială.
Tehnologia 5G RedCap oferă funcții suplimentare dezvoltate special pentru aplicațiile industriale.
Printre acestea se numără segmentarea rețelei (network slicing), o funcționalitate care permite împărțirea unei singure rețele fizice în mai multe rețele virtuale independente, fiecare optimizată pentru aplicații cu cerințe specifice.
Figura 2: Modulele FE910C04 (stânga) și FN920C04 (dreapta) oferă conectivitate 5G la viteză medie, bazându-se pe tehnologia 3GPP Release 17 RedCap. Sunt module industriale robuste, concepute pentru utilizare globală, cu uplink îmbunătățit, funcții avansate de economisire a energiei și suport LTE Cat 4 fallback pentru o acoperire optimă. (Sursa: Telit Cinterion)
De asemenea, 5G RedCap oferă mecanisme de securitate îmbunătățite și o integrare mai eficientă a dispozitivelor IoT în infrastructura de comunicații. În comparație cu standardele LTE actuale, 5G RedCap aduce o performanță superioară, în special în uplink – aspect esențial pentru aplicațiile router–gateway, unde transmiterea eficientă a datelor către rețea este vitală. În același timp, tehnologia îmbunătățește eficiența energetică, un factor critic pentru dispozitivele alimentate cu baterii, cum ar fi camerele video și echipamentele telematice.
Dispozitivele RedCap beneficiază de avantajele arhitecturii 5G, utilizând doar un subset al caracteristicilor sale pentru a obține un echilibru optim între funcționalitate, cost și consum de energie.
Exemple tipice de dispozitive RedCap includ echipamente purtabile, senzori, sisteme de monitorizare și alte dispozitive IoT.
Nota redacției: Segmentarea rețelei (network slicing) este o tehnologie introdusă în arhitectura 5G care permite împărțirea unei rețele fizice în mai multe rețele virtuale independente. Fiecare segment poate fi configurat pentru a satisface cerințe diferite – de exemplu, latență redusă pentru aplicații critice sau eficiență energetică pentru dispozitive IoT – fără a afecta performanța globală a rețelei.
Varietate de aplicații – de la dispozitive purtabile la soluții bazate pe inteligență artificială
Internetul lucrurilor (IoT) se referă la interconectarea dispozitivelor și obiectelor fizice care pot comunica între ele prin Internet. Tehnologia 5G permite conectarea și controlul unui număr mare de dispozitive IoT în timp real, asigurând o comunicare rapidă și stabilă. Astfel, devine posibilă integrarea fără efort a dispozitivelor inteligente – de la echipamente purtabile până la vehicule conectate – în viața noastră de zi cu zi. Sistemul 5G RedCap joacă un rol esențial în acest proces, oferind o platformă eficientă pentru gestionarea resurselor și a consumului de energie în rețelele IoT. Prin utilizarea RedCap, dispozitivele IoT pot fi administrate mai inteligent, ceea ce contribuie la creșterea eficienței energetice și la prelungirea duratei de viață a bateriei.
Figura 3: Cardurile de date FN990A40/A28 și FN990A40-HP/A28-HP (LTE/5G) constituie baza pentru aplicațiile IoT, enterprise și video, oferind acces imediat la avantajele 5G și Gigabit LTE. (Sursa: Telit Cinterion)
Implementarea rețelelor 5G contribuie semnificativ la eficiența și sustenabilitatea nu doar a caselor inteligente, ci și a orașelor inteligente. Senzorii și dispozitivele IoT monitorizează și optimizează diverse aspecte ale mediului urban – traficul, consumul de energie, gestionarea deșeurilor și siguranța publică.
Prin integrarea tehnologiei 5G RedCap, o gamă extinsă de servicii și aplicații poate fi gestionată pe o platformă comună, ceea ce permite o utilizare mai eficientă a resurselor și o îmbunătățire vizibilă a calității vieții locuitorilor, prin decizii bazate pe date în timp real.
Automatizare industrială, AI și robotică – un ecosistem conectat prin 5G RedCap
Automatizarea industrială presupune utilizarea unor tehnologii precum senzori, actuatoare și sisteme de control pentru a automatiza procesele și sistemele din mediul industrial. Odată cu introducerea rețelelor 5G, aceste procese devin considerabil mai eficiente și flexibile. Transmisia rapidă și fiabilă a datelor permite transferul în timp real al unor volume mari de informații, asigurând un control și o monitorizare mai precisă a echipamentelor și sistemelor de producție. Prin implementarea 5G RedCap, companiile pot optimiza suplimentar procesele de producție, pot reduce consumul de energie și pot diminua semnificativ costurile operaționale. Astfel, RedCap devine o tehnologie esențială pentru eficiența și sustenabilitatea mediilor industriale conectate.
În plus, 5G RedCap reprezintă o componentă cheie a infrastructurii 5G în domeniile tot mai importante ale inteligenței artificiale (AI) și roboticii. Această tehnologie oferă o platformă eficientă pentru gestionarea resurselor și a energiei, asigurând o transmitere fiabilă și în timp real a datelor. Această caracteristică contribuie la îmbunătățirea timpilor de răspuns ai sistemelor AI, făcând interacțiunile cu roboții mai rapide, mai stabile și mai eficiente.
Rezumat
Prin combinarea tehnologiilor 5G și 5G RedCap, companiile pot dezvolta soluții inovatoare pentru aplicațiile Industrie 4.0 care necesită o conectivitate wireless robustă și fiabilă. Aceste tehnologii contribuie la optimizarea proceselor de producție, creșterea eficienței operaționale și deschiderea unor noi oportunități de afaceri în domeniul automatizării și al comunicațiilor industriale. Dar evoluția nu se oprește aici.
O nouă versiune a standardului 5G RedCap – eRedCap (Enhanced RedCap) – se află în prezent în curs de dezvoltare și va fi introdusă oficial odată cu 3GPP Release 18. Aceasta promite o rată de transfer de date de 10 Mbps (DL) / 5 Mbps (UL), oferind în același timp un potențial suplimentar de economisire a energiei.
Lățimea de bandă în frecvențe înalte (HF) va rămâne la 20 MHz, menținând compatibilitatea cu infrastructurile existente. Disponibilitatea comercială a modulelor 5G eRedCap este estimată pentru anul 2026. Potrivit analizelor din sectorul IoT, modulele 5G eRedCap ar putea reprezenta până la 18% din livrările totale de module celulare până în 2030, confirmând astfel rolul tot mai important al tehnologiilor RedCap în dezvoltarea ecosistemelor conectate.
Nota redacției: eRedCap (Enhanced Reduced Capability) este o evoluție a standardului 5G RedCap, dezvoltată în cadrul 3GPP Release 18. Această versiune îmbunătățește raportul dintre consumul de energie și performanță, menținând totodată compatibilitatea cu infrastructura 5G FR1 existentă. Scopul principal al eRedCap este reducerea suplimentară a complexității hardware și creșterea autonomiei energetice pentru dispozitivele IoT industriale și portabile.
Autor: Luisa Letzgus, Corporate Product Manager Wireless, Rutronik
Rutronik | https://www.rutronik.com
Glosar de termeni
- 5G RedCap (Reduced Capability) – versiune optimizată a tehnologiei 5G NR, destinată dispozitivelor IoT și aplicațiilor industriale care necesită viteză medie de transfer, latență redusă și consum energetic scăzut.
- eRedCap (Enhanced Reduced Capability) – evoluția standardului RedCap, introdusă în 3GPP Release 18, cu eficiență energetică îmbunătățită și compatibilitate completă cu rețelele 5G existente.
- 3GPP (3rd Generation Partnership Project) – organism internațional care definește standardele pentru tehnologiile de comunicații mobile, inclusiv LTE și 5G.
- LTE (Long Term Evolution) – standard de comunicații wireless anterior 5G, destinat transmisiei rapide de date.
LTE-M / NB-IoT – tehnologii IoT derivate din LTE, optimizate pentru consum redus de energie și comunicații pe rază lungă. - FR1 / FR2 – game de frecvențe utilizate în 5G: FR1 pentru frecvențe sub 6 GHz, FR2 pentru mmWave (peste 24 GHz).
- PSM (Power Saving Mode) – mod de economisire a energiei în dispozitivele mobile și IoT.
- eDRX (extended Discontinuous Reception) – mecanism care permite dispozitivelor IoT să intre în mod de repaus extins între perioadele de recepție, reducând consumul de energie.
- RRM relaxation – mecanism definit în 3GPP Release 16/17 care reduce frecvența sau oprește temporar măsurătorile radio efectuate de dispozitivul utilizator (UE), contribuind la scăderea consumului de energie.
- Network slicing (segmentarea rețelei) – tehnologie 5G care permite împărțirea unei rețele fizice în mai multe rețele virtuale independente, adaptate diferitelor tipuri de aplicații.
- Uplink / Downlink (UL / DL) – sensurile de transmisie a datelor: uplink (de la dispozitiv la rețea), downlink (de la rețea către dispozitiv).
- Industrie 4.0 – concept care descrie integrarea tehnologiilor digitale, automatizării și IoT în procesele industriale.
- IoT (Internet of Things) – rețea de dispozitive interconectate care pot colecta, transmite și analiza date prin Internet.