5G設計的預想情況是以單一的全球標準提供前所未有的廣大能力。透過增強型行動寬頻(eMBB)、大規模物聯網(mIoT)和關鍵任務物聯網(Mission-critical IoT)，5G三大支柱代表了效能和相關複雜性的極限可能。針對大規模物聯網服務，窄頻物聯網(NB-IoT)和增強型機器類型通訊(eMTC)裝置優先考慮低功耗和廣域部署(LPWA)的最低複雜性，而增強型超可靠低延遲通訊(eURLLC)裝置則著重於產業中最嚴格的使用案例要求。然而，在這些極端之間，還存在著一個機會，可以更有效地解決廣泛的中階應用。
5G全新裝置級別：NR-Light
在5G NR Release 17中，3GPP推出了一個新的降低能力(Reduced Capability, RedCap)裝置階級，也被稱為NR-Light。RedCap是一款全新的裝置平台，專為中階使用案例提供最佳設計，縮小當今5G能力和複雜性的極端差距(圖1)。5G增強型行動寬頻(eMBB)裝置在下行鏈路和上行鏈路每秒可以支援千兆位元(Gbps)的傳輸量；與之相比，由於設計上的最佳化(如下文所列)，NR-Light裝置可以在下行鏈路和上行鏈路分別有效地支援150Mbps和50Mbps傳輸量：
圖1 NR-Light縮小5G物聯網效能和複雜度的差距
．較窄的頻寬，即7GHz以下的20 MHz或毫米波頻段的100 MHz；
．單一發射天線；
．單一接收天線，亦可選配2根天線；
．可選擇是否支援半分頻雙工(FDD)；
．低階調變，256-QAM為可選選項，並支援低傳輸功率。
降低的複雜性讓NR-Light裝置更具成本效益，更低的功耗延長電池續航力。此外，NR-Light具有更小的裝置足跡，能夠支援廣泛使用案例的創新設計(圖2)。
圖2 NR-Light將推動多元5G部署裝置生態系擴展
擘劃5G藍圖 NR-Light不可或缺
5G NR標準的初代版本，即3GPP Release 15，支援用於大規模物聯網的兩個裝置階級：用於1.4MHz頻道的eMTC(又稱Cat-M1)以及用於200kHz頻道的NB-IoT。隨著3GPP Release 16的進展，這兩種裝置階級可與5G裝置共存於同一個5G NR頻道。3GPP Release 16也為eURLLC引入另一個5G裝置階級，以滿足關鍵任務物聯網的嚴格要求，支援毫秒級的延遲和99.9999%的可靠性。
3GPP Release 17中的NR-Light可與這些物聯網裝置階級以及eMBB裝置共存於同一個5G NR頻道。此外，正如5G NR標準將繼續發展，NR-Light也將在Release 18版本中持續演進，著重定位性能要求和增強。透過5G側鏈介面的裝置到裝置(Device-to-device)通訊可能是NR-Light在Release 18及後續版本的另一個發展方向(圖3)。
圖3 NR-Light是5G藍圖上不可或缺的一部分，並將在5G 3GPP Release 18及後續版本中持續演進
推動新一波5G擴展
5G NR-Light在傳輸量、電池續航力、複雜性和裝置密度方面，帶來了具備成本效益的多元能力組合，加值各種使用案例。例如，NR-Light能夠助未來智慧城市一臂之力，可應用於智慧電網、環境感測器、預測性維護、電錶(Utility Meter)、高解析度監控等。
針對工業應用，NR-Light還可以藉由最佳化的成本結構來提高營運效率，實現強大的工業物聯網(IIoT)，與5G企業專網加速工業4.0轉型。NR-Light為工業和企業使用的裝置帶來可靠的無線連接和無縫行動。採用NR-Light，將能以更少的電纜連接更多裝置、裝設監控感測器以深入了解營運情況、以監視相機(Surveillance Camera)保障人員安全，並且可用於掌上型和穿戴式裝置，實現更豐富的人機互動。
NR-Light裝置體積小、電池續航力長、傳輸量大，因此成為許多行動消費性應用的理想選擇，如高階智慧手錶、健康監測器、平板和智慧型手機等入門級裝置的寬頻存取，以及無界的擴增實境(AR)眼鏡。
隨著NR-Light裝置普及，更多應用可以從網路邊緣終端裝置上的人工智慧和智慧邊緣中受益，擴大連結智慧邊緣，並進一步將資料中心從大型區域型和中央雲端中轉移出來。
NR-Light開創中階物聯網全新未來
如今，中階物聯網裝置依賴LTE Cat-1bis和LTE Cat-4裝置來進行廣域無線連接及行動需求。雖然在可預見的未來，LTE網路將與5G網路共存，不過5G NR-Light可以提供全新等級能力、效率和彈性(圖4)。NR-Light可提供更高的傳輸量、更低的延遲、更長的電池續航力、更好的網路安全，並為此類應用提供最佳的成本結構。隨著5G持續演進，可望迎來通訊服務供應商開始從4G過渡至5G的時間點。考慮到這一點，5G NR-Light成為未來中階物聯網設計的首選平台。
圖4 NR-Light為未來的中階物聯網設計帶來具成本效益的平台
3GPP Release 17版本引入RedCap(或稱NR-Light)，這是5G NR藍圖和演進中不可或缺的新裝置階級，專門針對中階物聯網使用案例要求進行最佳化。NR-Light在下行鏈路和上行鏈路分別提供150Mbps和50Mbps的傳輸量，相較NB-IoT和eMTC(Cat-M1)顯著提升。有了NR-Light，「降低能力」代表著更廣泛的適用性，使用案例橫跨工業和企業垂直應用以及消費性應用。NR-Light的能力和優勢也使其成為中階物聯網未來使用案例設計的理想5G技術，在NR-Light出現之前，這些使用案例可能使用LTE Cat-1bis或Cat-4裝置。憑藉小尺寸、高效能、安全、高性價比的裝置，連結智慧邊緣將透過5G NR-Light擴展至更多的使用案例，進一步將資料的重心從區域型雲端轉移至邊緣雲端和邊緣裝置。
5G NR-Light的未來令人期待，各大業者如高通(Qualcomm)也持續研究如何發展該技術，以便發揮NR-Light真正的潛力。
(本文作者任職於Qualcomm)