• • „5G RedCap“ ist eine spezielle 5G-Variante mit reduziertem Funktionsumfang. Sie ist vor allem für IoT-Geräte wie Sensoren, Wearables oder Überwachungssysteme aller Art ausgelegt. Der Fokus liegt nicht auf hohen Datenraten oder ultrakurzen Latenzzeiten, sondern vor allem auf möglichst langen Batterielaufzeiten.
  • Durch eine Reihe technischer Vereinfachungen verbrauchen 5G-RedCap-Geräte weniger Strom. Zudem sind sie preiswerter in der Herstellung und die Chips und Funkmodule benötigen weniger Volumen.
  • 5G RedCap wurde mit der 5G-Spezifikation „Release 17“ im Jahr 2021 definiert. Erste Chips für diese spezielle Variante von 5G kommen 2024 auf den Markt, mit kommerziell verfügbaren Endgeräten wird ab 2025 gerechnet.

Mit einer roten Kappe hat „RedCap“ nichts zu tun. Vielmehr handelt es sich um eine Abkürzung für den englischen Begriff „Reduced Capability“ – übersetzt: reduzierter Funktionsumfang. Gemeint ist damit eine 5G-Variante, die weniger Features bietet als die vollständige Ausführung von 5G. Was wiederum die Frage aufwirft: Warum könnte das sinnvoll oder notwendig sein?

Von Anfang an wurde der 5G-Standard so konzipiert, dass er unterschiedliche Anforderungen erfüllen soll: Geringe Latenzen (also Reaktionszeiten) und hohe Datenraten für ultraschnelle mobile Breitband-Anwendungen oder höchste Zuverlässigkeit etwa bei der Vernetzung von Produktionsanlagen innerhalb von Campusnetzen. Ein weiterer Schwerpunkt war bzw. sind IoT-Anwendungen. Dafür werden keine sehr hohen Datenraten oder Reaktionsgeschwindigkeiten benötigt. Viel wichtiger sind auf diesem Gebiet möglichst lange Batterielaufzeiten. Denn schwer zugängliche Sensoren, die etwa in Kanalisationsschächten oder Containern installiert sind und per 5G-Mobilfunk angebunden werden, sollen möglichst über mehrere Jahre zuverlässig funktionieren, bevor eine Technikerin oder ein Techniker die eingesetzte Batterie auswechseln muss.

Weniger Stromverbrauch, geringere Kosten, geringeres Bauvolumen

Genau dieses Anwendungsprofil erfüllt „5G RedCap“. Die entsprechenden technischen Spezifikationen wurden 2021 mit dem „5G Release“ 17 des Standardisierungsgremiums 3GPP veröffentlicht. Die Grundidee: Endgeräte mit 5G RedCap verfügen nicht über die volle Leistung und den vollen Funktionsumfang anderer 5G-Geräte. Neben IoT-Sensoren können beispielsweise auch Wearables wie Smartwatches oder Fitness-Tracker, Überwachungsanlagen, medizinische Überwachungssysteme und ähnliche Geräte dieses 5G-Profil nutzen. Solche Geräte funken nach 5G-Standard, nutzen dabei aber eben nur einen reduzierten Funktionsumfang dieses Mobilfunkstandards.

Neben Einsparungen beim Energieverbrauch bietet „5G RedCap“ Geräteherstellern auch die Möglichkeit, Kosten zu senken: Da die Funkchips in den Geräten weniger Funktionen unterstützen müssen, lassen sie sich auch günstiger produzieren als etwa die „SoCs“ (System-on-a-Chip) in einem Smartphone oder Tablet. Die Reduktionen bieten zudem den Vorteil, dass die einfacher aufgebauten Funkmodule auch kompakter bleiben können, weil sich beispielsweise Verstärker und andere Hochfrequenz-Komponenten kleiner auslegen lassen.

Verschiedene Profile je nach Anwendungsfall

Die 3GPP-Spezifikation sieht konkret drei Anwendungsfälle für 5G RedCap vor:

• Industrielle Sensoren
• Wearables
• Überwachungssysteme, medizinische Überwachungsgeräte u. ä.

Was aber sind die genauen Unterschiede zwischen 5G-RedCap und „normalem“ 5G? In den Details wird es etwas technisch: Grundsätzlich unterstützen RedCap-Geräte MIMO  – die Mehrwege-Signalübertragung über mehrere Antennen – nur beim Signalempfang und nur in der Konfiguration 2×2, also mit je zwei Antennen an beiden Enden der Übertragungsstrecke. Zum Senden verzichten 5G-RedCap-Geräte grundsätzlich auf MIMO. Zudem findet grundsätzlich keine „Carrier Aggregation“ statt – die Erweiterung der Übertragungsbandbreite durch Kombination mehrerer Trägerfrequenzen. Außerdem sind 5G-RedCap-Geräte unabhängig von der tatsächlich im Funknetz genutzten Kanalbandbreite auf bestimmte, reduzierte Bandbreite begrenzt. Im bislang üblichen „Sub-6-GHz-Band“ sind dies 20-MHz-Kanäle, auf höheren 5G-Frequenzen sind Übertragungskanäle mit einer Bandbreite von maximal 100 MHz vorgesehen.

Viele technische Kniffe für Einsparungen

Und es gibt noch weitere technische Kniffe, die vor allem der Verringerung des Stromverbrauchs dienen. So nutzt 5G RedCap ein reduziertes Schema beim Empfang der Funksignale. Hinzu kommt die „eDRX“-Funktion (Extended Discontinuous Reception), die vereinfacht gesagt die Leerlaufzeiten zwischen den Kontakten zum Funknetz vergrößert.

Darüber hinaus werden je nach Anwendungsfall unterschiedliche Eigenschaften des 5G-Standards reduziert. So verzichten industrielle Sensoren etwa auch in Empfangsrichtung auf MIMO. Zudem findet die Datenübertragung in größeren zeitlichen Intervallen statt.

Wearables sparen Energie und Komplexität durch eine Begrenzung auf geringere Datenraten sowie verlängerte Unterbrechungszeiten in der Signalübertragung.

Und für Überwachungssysteme aller Art sieht 5G RedCap sogenannte Halbduplex-Übertragung vor – der Signaltransport findet zu einem Zeitpunkt immer nur in einer Richtung statt, also entweder vom Gerät zum Netz oder umgekehrt. Zudem sparen Überwachungsgeräte mit 5G RedCap Energie und Übertragungskapazität durch eine reduzierte Antennenverstärkung und die Beschränkung auf kleinere Datenmengen ein.

Chips ab 2024, kommerzielle Endgeräte ab 2025

5G RedCap ist Bestandteil der Familie von IoT  Übertragungsstandards, zu denen etwa auch Narrowband-IoT und LTE-M gehören. Im Vergleich zu diesen bereits existierenden, auf 4G/LTE basierenden Funkstandards bietet 5G RedCap aber dennoch höhere Datenraten, geringere Latenzzeiten und typischerweise auch höhere Reichweiten. Erste Chips für diese spezielle IoT-Ausführung von 5G kommen im Laufe des Jahres 2024 auf den Markt, mit kommerziell verfügbaren Endgeräten wird ab 2025 gerechnet.

Veröffentlicht am 16.07.2024