世界上首個非蜂窩5G技術(shù)在2020年獲得ETSI組織標準化，并隨后于2022年被采納為5G標準，最近受到業(yè)界的關(guān)注。DECT NR+(或者技術(shù)上稱為DECT-2020 NR的標準)是有史以來第一個被納入ITU-R定義5G標準的非蜂窩技術(shù)。

DECT NR+標準可能是大規(guī)模部署物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的重要關(guān)鍵，它實現(xiàn)了免許可的無線5G網(wǎng)絡(luò)，其中的設(shè)備使用mesh技術(shù)形成網(wǎng)絡(luò)來相互連結(jié)，且僅僅需要一個外部連接。

本篇博文旨在介紹DECT NR+，包括主要特性和應(yīng)用領(lǐng)域，以及它與5G的關(guān)聯(lián)性、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和頻段。然后講述DECT NR+為了成為5G標準而滿足的某些具體要求，包括密度、可擴展性、可靠性和低延遲特性，以及為了達到這些要求而采用的具體技術(shù)。

01. 一項5G技術(shù)

在過去，DECT技術(shù)是數(shù)字增強無線通信(Digital Enhanced Cordless Telecommunications)的縮寫，主要用于無線電話系統(tǒng)。

簡而言之，DECT-2020 NR標準是由ETSI組織開發(fā)的，以滿足ITU-R對5G技術(shù)的要求（正式稱為IMT-2020要求）。5G標準為5G技術(shù)的服務(wù)定義了三個獨立用例：

• 增強型移動寬帶（eMBB）—— 與前幾代移動網(wǎng)絡(luò)相比，eMBB側(cè)重于提供更快的數(shù)據(jù)速率和更大的網(wǎng)絡(luò)容量。
• 大規(guī)模機器類型通信（mMTC）—— mMTC旨在連接大量的低功耗設(shè)備和傳感器，側(cè)重于低功耗、高密度和可擴展性。
• 超可靠低延遲通信（URLLC） —— URLLC旨在為需要實時響應(yīng)和關(guān)鍵任務(wù)可靠性的關(guān)鍵通信和應(yīng)用提供極低延遲和超高可靠性。

DECT NR+可以同時滿足mMTC和URLLC要求，Nordic Semiconductor正在與解決方案合作伙伴Wirepas一起開發(fā)基于nRF91系列硬件的DECT NR+商業(yè)解決方案。我們的DECT NR+產(chǎn)品針對mMTC市場。

02. 網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)和術(shù)語

DECT NR+支持點對點、星形和mesh拓撲結(jié)構(gòu)。值得注意的是，這里所說的mesh拓撲是一種不完全的mesh拓撲，稱為簇樹拓撲。這意味著設(shè)備會被分組成幾個獨立的樹，稱為簇。簇樹拓撲是一種包含分支的星形拓撲。所有簇連接起來形成mesh網(wǎng)絡(luò)，也就是前面所說的不完全的mesh，因為并非所有的節(jié)點都像在完全mesh拓撲中那樣相互連接。

DECT NR+節(jié)點的角色可以是匯聚節(jié)點、中繼節(jié)點或葉子節(jié)點。匯聚節(jié)點是接入互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，它選擇工作頻率，并發(fā)起信標幀傳輸，這表明它具有通往外部世界的路由。網(wǎng)絡(luò)可以有多個匯聚節(jié)點與外部連接。中繼節(jié)點通過將信息路由傳送到其他簇和自身簇中的葉子設(shè)備來擴展網(wǎng)絡(luò)。葉子節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)的最外層節(jié)點，僅能發(fā)送數(shù)據(jù)。

在點對點和星形拓撲結(jié)構(gòu)中，具有互聯(lián)網(wǎng)回程的節(jié)點被定義為匯聚節(jié)點，所有其他節(jié)點被定義為與匯聚節(jié)點相連的葉子節(jié)點。

mesh拓撲結(jié)構(gòu)的情況更加復(fù)雜一些。該機制能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需要自主地分配設(shè)備角色，支持網(wǎng)絡(luò)拓撲的"自組織"和"自修復(fù)"，并能解決高流量情況下的擁塞問題。每個設(shè)備都根據(jù)通往匯聚節(jié)點的可用路由來單獨決定下一跳，這意味著簇樹是自主形成的。上圖顯示了一個DECT NR+ mesh網(wǎng)絡(luò)示例，其中有一個匯聚節(jié)點和三個簇，在三個不同的頻率信道上運行。注意，在簇3中，中繼節(jié)點不一定需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)——節(jié)點的角色只是表明它們具備這樣的功能。

03. 頻段

作為一項DECT技術(shù)，DECT NR+可以使用免許可的1.9 GHz DECT頻段，該頻段是全球范圍專用的，除了少數(shù)地區(qū)（中國、印度、日本）之外，DECT論壇正在努力擴大使用范圍。

• 1880 MHz至1900 MHz | 歐洲、南非、亞洲大部分地區(qū)、中國香港、澳大利亞和新西蘭
• 1786 MHz至1892 MHz | 韓國
• 1880 MHz 至 1895 MHz | 中國臺灣
• 1893 MHz至1906 MHz | 日本，正在討論中
• 1910 MHz 至1920 MHz | 巴西
• 1910 MHz 至 1930 MHz | 拉丁美洲，不包括巴西
• 1920 MHz 至 1930 MHz | 美國和加拿大
• 1880 MHz 至 1930 MHz | 印度 – 目前僅有傳統(tǒng)DECT，DECT NR+尚未批準

這樣客戶可以在全球范圍部署單一產(chǎn)品，而不需要進行頻率規(guī)劃。

DECT NR+能夠在DECT頻段上與經(jīng)典DECT共存。由于DECT NR+是為共存而制定的，因此也可以使用ISM頻段。事實上，該標準支持從450MHz到6GHz的多個許可和非許可頻段。Nordic解決方案首先支持經(jīng)典DECT頻段。

04. 大規(guī)模機器類型通信（mMTC）

如前所述，mMTC可以滿足連接大量低功耗設(shè)備和傳感器的需求。這與智慧城市、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)和醫(yī)療保健等多個領(lǐng)域相關(guān)。滿足ITU-R規(guī)定用例要求的技術(shù)必須支持數(shù)項特性，包括：

• 高密度（每平方公里100萬個設(shè)備）
• 長電池使用壽命
• 異步訪問

DECT NR+實現(xiàn)了高度可擴展的密集網(wǎng)絡(luò)，這部分歸功于該技術(shù)的自主性和分散性。DECT NR+ IDs結(jié)構(gòu)也提升了高密度網(wǎng)絡(luò)的能力。網(wǎng)絡(luò)ID（32位）可實現(xiàn)1.67億個獨特的全球網(wǎng)絡(luò)，并且在同一無線電區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)256個重疊網(wǎng)絡(luò)。無線電設(shè)備ID（48位）則能夠在單個網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)40億個獨立的無線電設(shè)備，并且在無線電通信距離范圍內(nèi)實現(xiàn)6.5萬個設(shè)備。

DECT NR+重新使用了蜂窩世界的許多已知技術(shù)，例如，結(jié)合使用循環(huán)前綴正交頻分復(fù)用（CP-OFDM）技術(shù)與頻分多址（FDMA）和時分多址（TDMA）操作，這些本質(zhì)上都是充分利用可用帶寬的技術(shù)。

下面的圖片在頂部顯示經(jīng)典信道劃分，說明了這一點。當采用OFDM時，信道劃分可以重疊，從而節(jié)省大量的帶寬。在標準中由此產(chǎn)生的標稱帶寬可從1.728兆赫擴展到221.184兆赫（對于已經(jīng)熟悉OFDM的人來說，還可以擴展子載波的間距）。這使得DECT NR+能夠使用最小的帶寬，實現(xiàn)可靠性更高的數(shù)據(jù)傳輸，并提高數(shù)據(jù)速率。

設(shè)備還具有自主的動態(tài)傳輸功率控制功能，范圍從-40 dBm到+23 dBm不等，以限制密集網(wǎng)絡(luò)中的串音現(xiàn)象，并實現(xiàn)低功耗。如果對話的對象就在旁邊，根本不需要大聲呼叫。

DECT NR+具有獨特的省電功能集以滿足延長電池使用壽命的要求。由于中繼設(shè)備管理集群中的無線電使用，它們可以告訴葉子節(jié)點何時使用中繼設(shè)備進行上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而允許中繼設(shè)備在這段時間之外進入休眠。中繼設(shè)備在信標信息中向葉子節(jié)點發(fā)出提示，告訴葉子節(jié)點何時必須監(jiān)聽下行鏈路數(shù)據(jù)。葉子節(jié)點僅需要監(jiān)聽信標信息，其信標周期從10ms到32s不等。這使得網(wǎng)絡(luò)可以在極低延遲或允許設(shè)備休眠以節(jié)省電力之間進行選擇。

另一點需要注意的是，DECT NR+在無線協(xié)議棧層面定義了許多核心功能，如路由和重傳數(shù)據(jù)包。這使得多核系統(tǒng)能夠在不需要喚醒其他核的情況下，僅使用網(wǎng)絡(luò)核進行可靠的無線電通信，從而節(jié)省了設(shè)備用電。

05. 超可靠低延遲通信(URLLC)

讓我們看看DECT NR+如何滿足這些要求。針對可靠性，NR+物理層采用稱作混合自動重傳請求（HARQ）的方法。不需要涉及太多的細節(jié)，HARQ結(jié)合了前向糾錯和自動重傳請求錯誤控制，以改善數(shù)據(jù)包及時、按順序到達的可靠性。如果沒有收到完整的數(shù)據(jù)包，接收器仍然會緩沖接收的內(nèi)容，并通知發(fā)送器傳送其余的數(shù)據(jù)。然后，HARQ處理將分開的傳輸內(nèi)容合并為完整的數(shù)據(jù)包。這種組合是在物理層處理的，所以較高的協(xié)議層無需擔心重傳問題，這也節(jié)省了資源。

• 超高可靠性（超過99.99%數(shù)據(jù)包交付率）
• 端至端低延遲（應(yīng)用層<50ms，無線電接口<1ms）

中繼節(jié)點還可以掃描頻率信道，以最大限度地減少干擾。即使在高密度網(wǎng)絡(luò)中，它們也可以指示其他集群內(nèi)節(jié)點改變信道，以優(yōu)化干擾規(guī)避，從而實現(xiàn)高可靠性和低延遲。

關(guān)于超低延遲要求，需要考慮數(shù)個事項。首先，DECT NR+在同一個10 ms無線電幀內(nèi)支持多個接收和傳輸事件。該幀中有 24 個用于傳輸?shù)臅r隙。這是因為模式轉(zhuǎn)換所需的時間非常短，即從接收模式轉(zhuǎn)換到傳輸模式所需的時間很短。這使得DECT NR+能夠滿足URLLC對單鏈路無線電層延遲小于1ms的要求。在mesh拓撲結(jié)構(gòu)中，無線電鏈路也能夠以低延遲運行，以最小化網(wǎng)絡(luò)中的端到端延遲。

結(jié)論

自2020年標準化以來，DECT NR+已經(jīng)吸引了業(yè)界的廣泛關(guān)注。它是第一個被納入5G標準的非蜂窩技術(shù)，同時用于mMTC和URLLC用例。在本篇博文中，我們探討了DECT NR+需要滿足哪些具體要求以符合這個資質(zhì)，以及實現(xiàn)這一要求的基礎(chǔ)技術(shù)和功能。

近期，Nordic拓展其無線產(chǎn)品組合，推出了用于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和DECT NR+設(shè)施的全新SiP產(chǎn)品。這一全新端至端蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案nRF91系列SiP包括三款nRF91系列SiP（其中有兩個新器件nRF9161?和 nRF9131?）、評測和開發(fā)工具、開發(fā)軟件、nRFCloud服務(wù)和技術(shù)支持。Nordic致力于為物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供完備的設(shè)計和部署解決方案。

Nordic設(shè)計、支持和提供的芯片組、模塊、軟件和服務(wù)，帶來了易用性、穩(wěn)定性和成本效率。這是首次由一家企業(yè)提供全方面的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案。