Tehnologija RedCap (5G Lightweight) dosega cilje prihranka pri stroških, nižji porabi energije in zmanjšani velikosti naprav s poenostavitvijo zmogljivosti naprav in zmanjšanjem kompleksnosti, hkrati pa ohranja izvorne zmogljivosti 5G ter dosega ravnovesje med tehnologijo in stroški. Ta članek preučuje tehnične značilnosti RedCap in z njim povezane nacionalne politike ter jih združuje z omrežnimi zahtevami elektroenergetike za analizo možnosti uporabe in uvedbe RedCap v različnih scenarijih elektroenergetike ter razpravlja o razvojnem potencialu tehnologije RedCap in strategije uvajanja operaterjev.
Funkcije tehnologije 5G RedCap
Da bi razširil obseg uporabe 5G na področju IoT, je 3GPP junija 2022 zamrznil standardno različico 5G R17, ki uvaja tehnologijo 5G RedCap, ki izpolnjuje potrebe povezljivosti srednje- in visoke hitrosti IoT s prilagajanjem naprave. zmogljivost in zmanjšanje kompleksnosti ter uresničitev ciljev znižanja stroškov, zmanjšanja velikosti in zmanjšanja porabe energije.
V primerjavi s 5G NR je bil RedCap poenostavljen v smislu pasovne širine spektra, anten, porabe energije, modulacije itd. (kot je prikazano v tabeli 1). Pasovna širina RedCap v pasu FR1 je bila zmanjšana s 100MHz na 20MHz, število oddajnih in sprejemne antene so bile zmanjšane s tipičnih 4 anten na 2 ali 1 anteno, zmanjšano pa je tudi največje število slojev MIMO za povezavo navzdol, kar znižuje zahteve glede zmogljivosti terminala RF oddajnika in modula za obdelavo osnovnega pasu. Hkrati je modulacija najvišjega reda RedCap zmanjšana z največ 256QAM navzdolnje povezave na 64QAM, full-duplex FDD je zmanjšan na pol-duplex način in zmogljivosti, kot so CA (Carrier Aggregation), MR-DC (Dual Connectivity) , in DAPS (Dual Activation Protocol Stack) sta obrezana, da dodatno zmanjšata kompleksnost zasnove in stroške terminala. Poleg tega RedCap uvaja tehnologiji eDRX (razširjeni prekinjeni sprejem) in RRM (mehanizem za sproščanje meritev), da bi izpolnili zahteve IoT glede nizke porabe energije.
Medtem ko poenostavlja svoje zmogljivosti, RedCap ohranja izvorne zmogljivosti, specifične za 5G, vključno z robnim računalništvom, rezanjem 5G, 5G LAN, 5G z nizko zakasnitvijo, 5G lokalizacijo, 5G natančnim časom in drugimi funkcijami, ki lahko izpolnijo zahteve glede zmogljivosti omrežja industrijskega interneta, videa nadzor, pametno omrežje, telematika in druge industrijske aplikacije.
V primerjavi s 5G NR lahko RedCap učinkovito nadzoruje stroške, zmanjša porabo energije in zmanjša velikost; V primerjavi s 4G LTE ima RedCap značilnosti 5G velike pasovne širine in nizke zakasnitve ter dosega ravnovesje med zmogljivostjo, funkcionalnostjo in ceno, kar rešuje ključne bolečine aplikacij 5G v vertikalnih panogah in zagotavlja več možnosti za razvoj Industrijske aplikacije 5G v velikem obsegu.
Ozadje politike RedCap
5G RedCap je ključna tehnologija za popularizacijo 5G aplikacij na področju IOT srednje in visoke hitrosti, ki bo še naprej spodbujala transformacijo in nadgradnjo tradicionalnih industrij, ki jih podpira 5G, ter globoko integracijo digitalnega gospodarstva in realno gospodarstvo.
Kitajska pripisuje velik pomen razvoju in uporabi 5G RedCap.2023 Oktobra 2023 je Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo izdalo Obvestilo o spodbujanju razvoja lahke (RedCap) tehnologije 5G in inovativnega razvoja aplikacij, ki izrecno navaja da bo do leta 2025 celovita zmogljivost industrije 5G RedCap znatno izboljšana, novi izdelki in novi načini se bodo še naprej pojavljali, obseg konvergenčnih aplikacij bo nadgrajen, varnostna zmogljivost pa bo sinhronizirana izboljšava. Med njimi bo obseg pokritosti 5G RedCap realiziran v mestih nad okrožno ravnjo po vsej državi, število povezav 5G RedCap pa se bo povečalo za deset milijonov.
Da bi pospešili inovativni razvoj 5G in spodbujali komercialni proces 5G RedCap na trden in urejen način, je Ministrstvo za industrijo in informacijsko tehnologijo aprila 2024 izdalo Obvestilo o izvajanju 5G Lightweight (RedCap) prek akcije v 2024, ki določa ključno delo v sedmih vidikih standardov, omrežij, čipov, modulov, terminalov, aplikacij in garancij ter postavlja trdne temelje za popularizacijo in To je postavilo trdne temelje za popularizacijo in uporabo 5G RedCap. tehnologije na Kitajskem.
RedCap se lahko široko uporablja v električni energiji, varnosti, omrežju vozil, industrijskem digitalnem rudarjenju in drugih področjih. S hitrim razvojem digitalnega gospodarstva je povpraševanje industrije po 5G RedCap postalo vse večje. Podjetje za tržne raziskave Counterpoint Research napoveduje, da bodo moduli 5G RedCap do leta 2030 predstavljali 18 % vseh pošiljk celičnih modulov IoT. Drugo podjetje, IoT Analytics, napoveduje, da bodo pošiljke modulov IoT, ki podpirajo 5G, leta 2026 predstavljale 16 % trga, pri čemer RedCap igra ključno vlogo.
Pod dvojnim zagonom političnega vodenja in tržnega povpraševanja bo tehnologija 5G RedCap postajala vse bolj zrela, aplikacijskih scenarijev bo več, s čimer se bo začelo zlato obdobje hitrega razvoja.
Testni program
Ta preizkus sprejme integrirano tehnično rešitev "konca, omrežja in industrije" z uvedbo terminalov 5G RedCap na končni strani, povezovanjem distribucijskih FTU (terminalov za nadzor distribucijskih stikal), DTU (brezžičnih terminalov), energetskih krmilnikov in druge opreme; na strani omrežja so bile odprte mehke rezine 5QI in viri RB, rezervirani za 1 % trdih rezin, posebna UPF (funkcija, obrnjena k uporabniku) območja nadzora proizvodnje pa je povezana z glavno postajo in nadzornim centrom distribucije električne energije v območje nadzora proizvodnje. UPF (funkcija uporabniške ravnine), namenjena območju nadzora proizvodnje za vzpostavitev povezave z glavno postajo za distribucijo električne energije in nadzornim centrom območja nadzora proizvodnje. S primerjalnim testom različnih tehnologij, kot je RedCap/5G NR, mehko rezanje/trdo rezanje itd., preverja normalno delovanje aplikacij, kot so distribucijska tri-oddaljena, nadzor omrežja, porazdeljeni FA itd. na strani storitve.
Po določitvi preskusnega scenarija in lokacije operater izbere bližnjo bazno postajo 5G, da vklopi funkcijo RedCap, ter konfigurira mehke rezine 5QI in vire RB, rezervirane za 1 % trdih rezin na strani omrežja. Preizkuševalci namestijo napajalne terminale RedCap in prilagodijo povezave med terminali in opremo FTU za distribucijo električne energije, PMU (enote za upravljanje z električno energijo) in glavno postajo za distribucijo električne energije, da izvedejo primerjalni test storitev.
Rezultati testa
Preizkus vključuje primerjalne teste terminala RedCap s terminalom 5G NR in terminalom 4G, mehko rezanje s trdim rezanjem ter čas zasedenosti storitev s časom nedejavnosti in druge scenarije.
1. Vrsta preskusa: Primerjava zakasnitve pri trdem rezanju 5G in mehkem rezanju 5G
Testni model storitve: Ping za enega uporabnika 255 bajtov paketov, 1 0 0 ms interval pošiljanja, skupaj 7000.
Rezultati testa kažejo, da je povprečna zamuda pri trdem rezanju 60 % manjša kot pri mehkem rezanju. Ko je omrežna storitev 5G preobremenjena, je največja zakasnitev trdega rezanja 62 ms, zaradi česar lahko zakasnitev storitve napajanja in zanesljivost ne vplivata; medtem ko bo mehko rezanje imelo veliko zamudo v času zasedenosti, kar vpliva na kakovost storitve.
2. Vrsta preskusa: mehko rezanje 5G in primerjava zakasnitve 4G
Rezultati testa kažejo, da je pasovna širina 4G majhna in da je brez tehnologije rezanja enostavno ustvariti zastoje, kar povzroči izgubo paketov in velike zamude. Mehko rezanje 5G RedCap nima izgube paketov v vseh scenarijih, stopnja uspešnosti Ping pa je 100 %.
Obdelovalni čas (vključno s časom izklopa stikala) redne zaščitne storitve distribucijskega omrežja mora biti manjši od ali enak 100 ms, in glede na to, da je v sistemu za avtomatizacijo distribucijskega omrežja več stikalnih kaskad, je splošna zahteva, da izvajanje storitve čas mora biti manjši ali enak 150 ms. Kot je razvidno iz rezultatov testiranja, stopnja uspešnosti dostopa do terminalskega omrežja RedCap, stopnja uspešnosti nalaganja podatkov in stopnja uspešnosti izdaje daljinskega ukaza dosegajo 100 %, ključni indeksi pa kot so zakasnitev dostopa, nalaganje podatkov in hitrost prenosa, vsi izpolnjujejo zahteve proizvodnje električne energije. Zakasnitev dostopa, nalaganje podatkov, stopnja prenosa in drugi ključni kazalniki izpolnjujejo zahteve glede kakovosti poslovanja nadzora proizvodnje električne energije.
Scenarij distribucije električne energije je najbolj uporabljen in reprezentativen scenarij v regiji nadzora proizvodnje električne energije. Zgornja analiza zahtev električnega omrežja in preskusi storitev so dokazali, da lahko tehnologija 5G RedCap v celoti izpolnjuje zahteve storitve električne energije.
RedCap Power Industry scenariji
Za izgradnjo novega tipa elektroenergetskega sistema in uresničitev ciljev čiste in nizkoogljične proizvodnje električne energije, varnega in učinkovitega prenosa in transformacije, prožne in zanesljive distribucije električne energije ter raznolike in prijazne uporabe električne energije je vseprisoten, visoko zanesljiv in zelo varen in potrebno je ekonomično komunikacijsko omrežje. Tehnologija 5G RedCap lahko ponovno uporabi obstoječe zrelo omrežje 5G, v celoti izkoristi učinek obsega omrežja in okrepi vsako povezavo elektroenergetskega sistema z nizkimi stroški, nizko porabo energije in funkcijami visoke zanesljivosti.
Distribuirana nova proizvodnja energije
Novi viri energije, kot sta fotovoltaika in vetrna energija, so čisti in nizkoogljični, vendar so dovzetni za vremenske vplive, zanje pa sta značilni naključnost in nestanovitnost. Ker delež nove proizvodnje električne energije še naprej narašča, se poraba omrežja in regulacijske zmogljivosti soočajo z resnimi izzivi. Tradicionalna metoda ročnega nadzora "opustitve vetra in svetlobe" se občasno pojavi, potreba po uporabi tehničnih sredstev za njegov inteligentni nadzor. Nove energetske terenske postaje so široko razširjene in velikega obsega, visoki stroški in dolgo obdobje gradnje žičnih optičnih omrežij pa so privedli do nizke stopnje nadzora terenskih postaj na nekaterih območjih.
Zbiranje informacij in podatki o krmiljenju PV energije so na splošno med 20k~100kbit/s. Prek 5G RedCap za zbiranje vseh vrst podatkov iz pretvornikov, konvergenčnih omaric, postaj za shranjevanje energije, obsevalnikov, meteoroloških instrumentov, števcev itd. je mogoče zaznati stanje PV postaj v realnem času; prek 5G RedCap za priključitev na telemotorje, AGC in drugo opremo je mogoče realizirati daljinsko regulacijo in nadzor ter inteligentno delovanje in vzdrževanje PV omrežne povezave, ki lahko učinkovito in uspešno nadzoruje PV postaje. Preko 5G RedCap je mogoče realizirati daljinsko upravljanje ter inteligentno delovanje in vzdrževanje, kar učinkovito izboljša učinkovitost proizvodnje električne energije postaje in varnost povezave z omrežjem.
Pregled daljnovoda
Prenosni vodi imajo veliko točk in dolgih vodov, ki so nagnjeni k zunanjim poškodbam, kratkemu stiku tujkov, koroziji in zlomljenim pramenom ter nevarnosti požara in dima itd. Tradicionalna delovna obremenitev ročnega pregleda, nizka učinkovitost in visoko tveganje. Tradicionalna delovna obremenitev pri ročnem pregledu, nizka učinkovitost, visoko tveganje, vsaka oseba lahko pregleda samo 10 kilometrov ali 3–4 stolpe na dan.
Prek modula 5G RedCap, nameščenega na drone, za avtomatsko inšpekcijo lahko realizira inšpekcijski video, inteligentno prepoznavanje AI, v realnem času nazaj do pravočasnega odkrivanja zrahljanih, izklopljenih, korozije in drugih nepravilnosti na prenosnih vodih ter nato sproži alarm in natančno prikaže lokacijo napake. . Namensko omrežje 5G lahko zagotovi varnost leta drona, prenos inšpekcijskega videa v realnem času; Inteligentno prepoznavanje AI lahko kadar koli najde skrito nevarnost, tako da se učinkovitost zaznavanja večkrat poveča. Pasovna širina, potrebna za nadzor drona in prenos slike, je 3M~5Mbit/s, časovni zamik pa je manjši od 100ms, RedCap lahko v celoti izpolni svoje omrežne zahteve, poraba energije pa je majhna, kar lahko podaljša čas vzdržljivosti drona. Inšpekcija z droni 5G lahko poveča učinkovitost inšpekcij in prihrani stroške inšpekcij.
Delovanje in vzdrževanje transformatorske postaje
Kot ključno vozlišče elektroenergetskega sistema so transformatorske postaje v središču spremljanja delovanja elektroenergetskega sistema. Zunanje razdelilne postaje so dovzetne za ekstremne vremenske razmere in zahtevajo redne preglede in spremljanje odčitkov števcev, položajev stikal, temperatur opreme in drugega stanja. Ker se inšpekcijski pregledi postaj ponavljajo, je mogoče namestiti močne robote 5G in kamere 5G HD za izvajanje inteligentnih in samodejnih pregledov glavne opreme, relejnih sob, priključnih omaric in drugih objektov ter okolja postaje, s čimer nadomeščajo osebje O&M pri izvajanju dnevnih pregledov. , meritve temperature, odčitki števcev in druga ponavljajoča se opravila, s čimer se ustvarijo pogoji za O&M osebje za izvajanje daljinskih pregledov brez osebja, s čimer se izboljša učinkovitost in zmanjša tveganje operacij na kraju samem.
Avtomatizacija distribucije električne energije
Ob naraščajočem povpraševanju po električni energiji in novih poslih se distribucijska omrežja soočajo s težavami, kot so veliko povpraševanje po zbiranju informacij, številne skrite napake in zahtevni vsakodnevni pregledi. Distribuirani FA, distribucijski PMU, distribucijski tri daljinski upravljalnik, inteligentna postaja, distribucijska diferencialna zaščita in druga oprema so v glavnem odgovorni za zbiranje in zaznavanje, lokacijo napak ter izolacijo in obnovitev distribucijskega omrežja, kar je ključnega pomena za zagotavljanje kakovosti oskrbe z električno energijo. , učinkovitost delovanja in uporabniško izkušnjo, taka oprema pa ima širok razpon točk in ima višje zahteve glede zakasnitve komunikacije in varnosti.
Avtomatizacija distribucije, ki temelji na "5G RedCap+Hard Slicing", lahko podpira zelo zanesljivo distribucijsko zaščito, prek nizke zakasnitve in zelo zanesljivega omrežnega prenosa pa lahko uresniči hitro lokalizacijo napak in obnovitev izolacije, natančen nadzor obremenitve, video nadzor v realnem času in na koncu doseči cilj zagotavljanja varnosti in zanesljivosti elektroenergetskega omrežja ter izboljšati kakovost storitev.
RedCap industrija razvoj raziskave
Trenutno so velika podjetja za proizvodnjo čipov, kot so Qualcomm, MediaTek, Hesi in Zilight Spreadtrum, zaporedno lansirala platforme za čipe RedCap, podjetja, kot so TD Tech, Lierda, Shifted Telecom, CommuniLink in China Mobile Internet of Things (CMIG), pa so izdala več. kot 20 modulov RedCap in več kot 30 terminalov, kot so DTU-ji in kamere, so bili lansirani na trg drug za drugim. Nanrui, Smartcore, Unicom, CMO in drugi proizvajalci so lansirali različne terminale RedCap, namenjene električni energiji, in so bili komercialno preverjeni v električnem omrežju. Pričakuje se, da bodo do konca leta 2024 stroški modula RedCap padli na manj kot 200 RMB, stroški terminala pa na manj kot 900 RMB. RedCap bo spodbudil obsežen razvoj aplikacij 5G s stroškovno prednostjo terminalov, industrijski ekosistemi navzgor in navzdol, kot so čipi, moduli, terminali in aplikacije RedCap, pa bodo povzročili izbruh RedCap.