Tehnologia RedCap (5G Lightweight) atinge obiectivele de economisire a costurilor, consum mai mic de energie și dimensiune redusă a dispozitivelor prin eficientizarea capabilităților dispozitivului și reducerea complexității, păstrând în același timp capabilitățile native 5G, realizând un echilibru între tehnologie și cost. Această lucrare studiază caracteristicile tehnice ale RedCap și politicile naționale aferente și le combină cu cerințele de rețea ale industriei energetice pentru a analiza opțiunile de aplicare și implementare ale RedCap în diferite scenarii ale industriei energetice și discută potențialul de dezvoltare al tehnologiei RedCap și strategiile de implementare a operatorilor.
Caracteristici ale tehnologiei 5G RedCap
Pentru a extinde domeniul de aplicare al 5G în domeniul IoT, în iunie 2022, 3GPP a înghețat versiunea standard 5G R17, care introduce tehnologia 5G RedCap, care răspunde nevoilor de conectivitate ale IoT de viteză medie și mare prin adaptarea dispozitivului. capacitatea și reducerea complexității și realizarea obiectivelor de reducere a costurilor, micșorare a dimensiunii și reducere a consumului de energie.
Comparativ cu 5G NR, RedCap a fost simplificat în ceea ce privește lățimea de bandă a spectrului, antene, consumul de energie, modulație etc. (așa cum se arată în Tabelul 1.) Lățimea de bandă a RedCap în banda FR1 a fost redusă de la 100MHz la 20MHz, numărul de transmisii și antenele de recepție au fost reduse de la cele 4 antene tipice la 2 sau 1 antene, iar numărul maxim de straturi MIMO pe legătura descendentă a fost redus, ceea ce scade cerințele de capacitate pentru transceiver RF terminal și modul de procesare în bandă de bază. În același timp, modulația de ordinul cel mai înalt RedCap este redusă de la un maxim de 256QAM downlink la 64QAM, FDD full-duplex este redus la modul half-duplex și capabilități precum CA (Carrier Aggregation), MR-DC (Dual Connectivity) , și DAPS (Dual Activation Protocol Stack) sunt decupate pentru a reduce și mai mult complexitatea designului și costul terminalului. În plus, RedCap introduce tehnologiile eDRX (recepție discontinuă extinsă) și RRM (mecanism de relaxare a măsurării) pentru a îndeplini cerințele de consum redus ale IoT.
În timp ce își simplifică capacitățile, RedCap păstrează capabilități native specifice 5G, inclusiv edge computing, 5G slicing, 5G LAN, 5G cu latență scăzută, localizare 5G, sincronizare precisă 5G și alte caracteristici, care pot îndeplini cerințele de performanță a rețelei de internet industrial, video supraveghere, rețea inteligentă, telematică și alte aplicații industriale.
În comparație cu 5G NR, RedCap poate controla eficient costurile, poate reduce consumul de energie și poate micșora dimensiunea; în comparație cu 4G LTE, RedCap are caracteristicile unei lățimi de bandă mari 5G și o latență scăzută și, de asemenea, atinge un echilibru între performanță, funcționalitate și cost, ceea ce rezolvă punctele cheie ale aplicațiilor 5G în industriile verticale și oferă mai multe posibilități pentru dezvoltarea Aplicații din industria 5G la scară largă.
Fundalul politicii RedCap
5G RedCap este o tehnologie cheie pentru popularizarea aplicațiilor 5G în domeniul IOT de viteză medie și mare, care va promova în continuare transformarea și modernizarea industriilor tradiționale împuternicite de 5G, precum și integrarea profundă a economiei digitale și economia reală.
China acordă o mare importanță dezvoltării și aplicării 5G RedCap.2023 În octombrie 2023, Ministerul Industriei și Tehnologiei Informației a emis Notificarea privind promovarea evoluției tehnologiei 5G ușoare (RedCap) și dezvoltarea inovatoare a aplicațiilor, care a prezentat în mod explicit că până în 2025, capacitatea cuprinzătoare a industriei 5G RedCap va fi îmbunătățită semnificativ, noi produse și moduri noi vor continua să apară, amploarea aplicațiilor de convergență va fi îmbunătățită, iar capacitatea de securitate va fi îmbunătățită sincronizată. Printre acestea, acoperirea la scară 5G RedCap va fi realizată în orașe deasupra nivelului de județ la nivel național, iar numărul de conexiuni 5G RedCap va realiza o creștere cu zece milioane.
Pentru a accelera dezvoltarea inovatoare a 5G și a promova procesul comercial al 5G RedCap într-o manieră solidă și ordonată, în aprilie 2024, Ministerul Industriei și Tehnologiei Informației a emis Notificarea privind realizarea prin acțiune a 5G Lightweight (RedCap) în 2024, care specifică activitatea cheie în cele șapte aspecte ale standardelor, rețelelor, cipurilor, modulelor, terminalelor, aplicațiilor și garanțiilor și pune o bază solidă pentru popularizare și Aceasta a pus o bază solidă pentru popularizarea și aplicarea 5G RedCap tehnologie în China.
RedCap poate fi utilizat pe scară largă în energie electrică, securitate, rețele de vehicule, minerit digital industrial și alte domenii. Odată cu dezvoltarea rapidă a economiei digitale, cererea industriei pentru 5G RedCap a devenit din ce în ce mai puternică. Firma de cercetare de piață Counterpoint Research estimează că modulele 5G RedCap vor reprezenta 18% din totalul livrărilor de module IoT celulare până în 2030. O altă firmă, IoT Analytics, estimează că livrările de module IoT activate pentru 5G vor reprezenta 16% din piață în 2026, cu RedCap joacă un rol cheie.
Sub impulsul dublu al conducerii politicii și al cererii de pe piață, tehnologia 5G RedCap va deveni din ce în ce mai matură, scenariile de aplicare vor fi mai abundente, marcând o perioadă de aur de dezvoltare rapidă.
Programul de testare
Acest test adoptă soluția tehnică integrată de „final, rețea și industrie”, implementând terminale 5G RedCap pe partea de capăt, conectând FTU-uri de distribuție (terminale de monitorizare a comutatorului de distribuție), DTU-uri (terminale fără fir), controlere de energie și alte echipamente; pe partea de rețea, 5QI soft slices și resurse RB rezervate 1% hard slices au fost deschise, iar UPF-ul special (funcția orientată către utilizator) a regiunii de control al producției este conectat la stația principală și la centrul de monitorizare al distribuției de energie în regiunea de control al producţiei. UPF (funcția de plan utilizator) dedicată regiunii de control al producției pentru realizarea conexiunii cu stația principală de distribuție a energiei și centrul de monitorizare al regiunii de control al producției. Prin testul de comparație a diferitelor tehnologii precum RedCap/5G NR, soft slicing/hard slicing etc., se verifică funcționarea normală a aplicațiilor precum distribuția trei la distanță, monitorizarea rețelei, FA distribuită etc., pe partea de service.
După ce a determinat scenariul de testare și locația, operatorul selectează o stație de bază 5G din apropiere pentru a activa funcția RedCap și configurează 5QI soft slices și, respectiv, resurse RB rezervate 1% hard slices pe partea de rețea. Testerii instalează terminale de putere RedCap și reglează conexiunile dintre terminale și echipamentele FTU de distribuție a energiei, PMU (unități de gestionare a energiei) și stația principală de distribuție a energiei pentru a efectua testul de comparare a serviciilor.
Rezultatele testelor
Testul include teste de comparație ale terminalului RedCap cu terminalul 5G NR și terminalul 4G, tăierea moale cu tăierea tare și timpul ocupat cu serviciul cu timpul inactiv și alte scenarii.
1. Tip de testare: 5G hard slicing și 5G soft slicing întârziere comparație
Model de serviciu de testare: pachete Ping de 255 de octeți pentru utilizator unic, interval de trimitere 1 0 0 ms, un total de 7000.
Rezultatele testelor arată că întârzierea medie a tăierii dure este cu 60% mai mică decât cea a tăierii moale. Când serviciul de rețea 5G este aglomerat, întârzierea maximă a tăierii dure este de 62 ms, ceea ce poate face ca întârzierea și fiabilitatea serviciului de alimentare să nu fie afectate; în timp ce felierea moale va avea o întârziere mare în timpul aglomerat, ceea ce afectează calitatea serviciului.
2. Tip de testare: 5G soft slicing și comparație 4G întârziere
Rezultatele testului arată că lățimea de bandă 4G este mică și fără tehnologie de tăiere, este ușor de generat congestie, ceea ce duce la pierderi de pachete și întârzieri mari. Tăierea soft 5G RedCap nu are pierderi de pachete în toate scenariile, iar rata de succes Ping este de 100%.
Timpul de procesare (inclusiv timpul de declanșare a comutatorului) al serviciului obișnuit de protecție a rețelei de distribuție este necesar să fie mai mic sau egal cu 100 ms și, având în vedere că există mai multe cascade de comutatoare în sistemul de automatizare a rețelei de distribuție, cerința generală este ca execuția serviciului. timpul ar trebui să fie mai mic sau egal cu 150 ms. După cum se poate vedea din rezultatele testului, rata de succes a accesului la rețeaua terminalului RedCap, rata de succes a încărcării datelor și rata de succes a emiterii comenzii de la distanță ajung toate la 100%, iar indici cheie cum ar fi întârzierea accesului, rata de încărcare și descărcare a datelor, toate îndeplinesc cerințele producției de energie electrică. Întârzierea accesului, încărcarea datelor, rata de descărcare și alți indicatori cheie îndeplinesc cerințele de calitate ale afacerii de control al producției de energie.
Scenariul distribuției de energie este cel mai aplicat și reprezentativ scenariu în regiunea de control al producției de energie. Analiza de mai sus a cerințelor rețelei de alimentare și a testelor de service au demonstrat că tehnologia 5G RedCap poate îndeplini pe deplin cerințele de serviciu de alimentare.
RedCap Scenarii pentru industria energetică
Pentru a construi un nou tip de sistem energetic și a realiza obiectivele de generare de energie curată și cu emisii scăzute de carbon, transmisie și transformare sigură și eficientă, distribuție flexibilă și fiabilă a energiei și utilizarea diversificată și prietenoasă a energiei electrice, un omniprezent, extrem de fiabil, extrem de sigur. și este nevoie de o rețea de comunicare economică. Tehnologia 5G RedCap poate reutiliza rețeaua 5G matură existentă, poate juca pe deplin efectul de scară a rețelei și poate împuternici fiecare legătură a sistemului de alimentare cu costuri reduse, consum redus de energie și caracteristici de înaltă fiabilitate.
Generare de energie nouă distribuită
Noile surse de energie, cum ar fi energia fotovoltaică și eoliană, sunt curate și cu emisii scăzute de carbon, dar sunt susceptibile la efectele meteorologice și sunt caracterizate prin aleatoriu și volatilitate. Pe măsură ce proporția de generare de energie nouă continuă să crească, consumul rețelei, capacitatea de reglementare se confruntă cu provocări serioase. Metoda tradițională de control manual de „abandonarea vântului și luminii” apare din când în când, necesitatea de a utiliza mijloace tehnice de control inteligent. Noile stații de câmp de energie sunt distribuite pe scară largă și sunt de mare amploare, iar costul ridicat și perioada lungă de construcție a rețelei de fibră optică cu fir au condus la o rată scăzută de control al stației de câmp în unele zone.
Colectarea informațiilor și datele de comandă de control ale producției de energie fotovoltaică sunt în general între 20k~100kbit/s. Prin 5G RedCap pentru a colecta tot felul de date de la invertoare, cutii de convergență, stații de stocare a energiei, iradiatoare, instrumente meteorologice, contoare etc., starea stațiilor fotovoltaice poate fi percepută în timp real; prin 5G RedCap se pot andoca cu telemotoare, AGC-uri și alte echipamente, pot fi realizate reglarea și controlul de la distanță și operarea și întreținerea inteligente a conexiunii la rețeaua fotovoltaică, care pot controla eficient și eficient stațiile fotovoltaice. Prin 5G RedCap, pot fi realizate controlul de la distanță și operarea și întreținerea inteligente, îmbunătățind eficient eficiența de generare a energiei a stației și siguranța conexiunii la rețea.
Inspecția liniei de transmisie a energiei electrice
Liniile de transmisie a energiei electrice au multe puncte și linii lungi, care sunt predispuse la daune externe, scurtcircuit de obiecte străine, coroziune și fire rupte și amenințare de incendiu și fum, etc. Sarcina de muncă tradițională de inspecție manuală, eficiență scăzută și risc ridicat. Volumul de muncă tradițional de inspecție manuală, eficiență scăzută, risc ridicat, fiecare persoană poate inspecta doar 10 kilometri sau 3 ~ 4 turnuri pe zi.
Prin modulul 5G RedCap montat pe dronă pentru inspecție automată, se poate realiza inspecție video recunoaștere inteligentă AI, înapoi în timp real la descoperirea în timp util a liniilor de transmisie slăbite, oprite, coroziune și alte anomalii, apoi alarma și afișarea cu precizie a locației defecțiunii . Rețeaua dedicată 5G poate asigura siguranța zborului cu drone, transmiterea în timp real a videoclipului de inspecție; Recunoașterea inteligentă AI poate fi în orice moment pentru a găsi pericolul ascuns, astfel încât eficiența detectării a crescut de mai multe ori. Lățimea de bandă necesară pentru controlul dronei și transmiterea imaginii este de 3M~5Mbit/s, iar întârzierea este mai mică de 100ms, RedCap își poate îndeplini pe deplin cerințele de rețea, iar consumul de energie este mic, ceea ce poate prelungi timpul de anduranță al dronei. Inspecția cu drone 5G poate îmbunătăți eficiența inspecției și poate economisi costul inspecției.
Operarea și întreținerea stației
Ca nod cheie al sistemului de alimentare, substațiile sunt în centrul monitorizării funcționării sistemului de alimentare. Substațiile exterioare sunt susceptibile la vreme extremă și necesită inspecție și monitorizare regulată a citirilor contoarelor, pozițiile comutatorului, temperaturile echipamentelor și alte stări. Deoarece inspecția substației este repetitivă, roboții de putere 5G și camerele 5G HD pot fi desfășurați pentru a efectua inspecții inteligente și automate ale echipamentelor principale, camerelor de relee, cutiilor terminale și altor facilități, precum și a mediului stației, înlocuind personalul O&M în efectuarea inspecțiilor zilnice. , măsurători de temperatură, citiri de contoare și alte sarcini repetitive, creând condiții pentru ca personalul O&M să efectueze inspecții fără echipaj de la distanță, îmbunătățind astfel eficiența și reducând riscul operațiunilor la fața locului.
Automatizarea distribuției de energie
Odată cu creșterea cererii de energie electrică și a noilor afaceri, rețelele de distribuție se confruntă cu probleme precum cererea mare de colectare de informații, multe defecte ascunse și inspecții zilnice dificile. Distribuit FA, distribuție PMU, distribuție cu trei distanțe, stație inteligentă, protecție diferențială de distribuție și alte echipamente sunt în principal responsabile pentru colectarea și detectarea, localizarea defecțiunilor și izolarea și recuperarea rețelei de distribuție, care este cheia pentru garantarea calității sursei de energie. , eficiența operațiunii și experiența utilizatorului, iar astfel de echipamente au o gamă largă de puncte și au cerințe mai mari pentru întârzierea comunicației și securitate.
Automatizarea distribuției bazată pe „5G RedCap+Hard Slicing” poate sprijini o protecție extrem de fiabilă a distribuției și, prin transmisie de rețea cu latență scăzută și foarte fiabilă, poate realiza localizarea rapidă a defecțiunilor și recuperarea izolației, control precis al sarcinii, monitorizare video în timp real și atinge în cele din urmă obiectivul de a garanta siguranța și fiabilitatea rețelei electrice și de a îmbunătăți calitatea serviciilor.
RedCap Cercetare pentru Dezvoltarea Industriei
În prezent, marile companii de cipuri precum Qualcomm, MediaTek, Hesi și Zilight Spreadtrum au lansat succesiv platforme de cipuri RedCap, iar companii precum TD Tech, Lierda, Shifted Telecom, CommuniLink și China Mobile Internet of Things (CMIG) au lansat mai multe peste 20 de module RedCap și peste 30 de terminale, cum ar fi DTU și camere, au fost lansate pe piață unul după altul. Nanrui, Smartcore, Unicom, CMO și alți producători au lansat o varietate de terminale RedCap dedicate energiei electrice și au fost verificate comercial în rețeaua electrică. Este de așteptat ca până la sfârșitul anului 2024, costul modulului RedCap să scadă la mai puțin de 200 RMB, iar costul terminalului să scadă la mai puțin de 900 RMB. RedCap va conduce dezvoltarea la scară largă a aplicațiilor 5G, cu avantajul de cost al terminalului, iar în amonte și în aval ecosistemele industriale, cum ar fi cipurile, modulele, terminalele și aplicațiile RedCap, vor declanșa izbucnirea RedCap.