世界上首個(gè)非蜂窩5G技術(shù)在2020年獲得ETSI組織標(biāo)準(zhǔn)化，并隨后于2022年被采納為5G標(biāo)準(zhǔn)，最近受到業(yè)界的關(guān)注。DECT NR+(或者技術(shù)上稱(chēng)為DECT-2020 NR的標(biāo)準(zhǔn))是有史以來(lái)第一個(gè)被納入ITU-R定義5G標(biāo)準(zhǔn)的非蜂窩技術(shù)。

DECT NR+標(biāo)準(zhǔn)可能是大規(guī)模部署物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的重要關(guān)鍵，它實(shí)現(xiàn)了免許可的無(wú)線(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)，其中的設(shè)備使用mesh技術(shù)形成網(wǎng)絡(luò)來(lái)相互連結(jié)，且僅僅需要一個(gè)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)和頻段。然后講述DECT NR+為了成為5G標(biāo)準(zhǔn)而滿(mǎn)足的某些具體要求，包括密度、可擴(kuò)展性、可靠性和低延遲特性，以及為了達(dá)到這些要求而采用的具體技術(shù)。

01. 一項(xiàng)5G技術(shù)

在過(guò)去，DECT技術(shù)是數(shù)字增強(qiáng)無(wú)線(xiàn)通信(Digital Enhanced Cordless Telecommunications)的縮寫(xiě)，主要用于無(wú)線(xiàn)電話(huà)系統(tǒng)。

簡(jiǎn)而言之，DECT-2020 NR標(biāo)準(zhǔn)是由ETSI組織開(kāi)發(fā)的，以滿(mǎn)足ITU-R對(duì)5G技術(shù)的要求（正式稱(chēng)為IMT-2020要求）。5G標(biāo)準(zhǔn)為5G技術(shù)的服務(wù)定義了三個(gè)獨(dú)立用例：

• 增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）—— 與前幾代移動(dòng)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(jī)器類(lèi)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(kuò)展性。
• 超可靠低延遲通信（URLLC） —— URLLC旨在為需要實(shí)時(shí)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(shí)滿(mǎn)足mMTC和URLLC要求，Nordic Semiconductor正在與解決方案合作伙伴Wirepas一起開(kāi)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(duì)mMTC市場(chǎng)。

02. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和術(shù)語(yǔ)

DECT NR+支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、星形和mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。值得注意的是，這里所說(shuō)的mesh拓?fù)涫且环N不完全的mesh拓?fù)洌Q(chēng)為簇樹(shù)拓?fù)洹＿@意味著設(shè)備會(huì)被分組成幾個(gè)獨(dú)立的樹(shù)，稱(chēng)為簇。簇樹(shù)拓?fù)涫且环N包含分支的星形拓?fù)洹Ｋ写剡B接起來(lái)形成mesh網(wǎng)絡(luò)，也就是前面所說(shuō)的不完全的mesh，因?yàn)椴⒎撬械墓?jié)點(diǎn)都像在完全mesh拓?fù)渲心菢酉嗷ミB接。

DECT NR+節(jié)點(diǎn)的角色可以是匯聚節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)或葉子節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)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(biāo)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(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)與外部連接。中繼節(jié)點(diǎn)通過(guò)將信息路由傳送到其他簇和自身簇中的葉子設(shè)備來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)。葉子節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)的最外層節(jié)點(diǎn)，僅能發(fā)送數(shù)據(jù)。

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，具有互聯(lián)網(wǎng)回程的節(jié)點(diǎn)被定義為匯聚節(jié)點(diǎn)，所有其他節(jié)點(diǎn)被定義為與匯聚節(jié)點(diǎn)相連的葉子節(jié)點(diǎn)。

mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況更加復(fù)雜一些。該機(jī)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?fù)涞?自組織"和"自修復(fù)"，并能解決高流量情況下的擁塞問(wèn)題。每個(gè)設(shè)備都根據(jù)通往匯聚節(jié)點(diǎn)的可用路由來(lái)單獨(dú)決定下一跳，這意味著簇樹(shù)是自主形成的。上圖顯示了一個(gè)DECT NR+ mesh網(wǎng)絡(luò)示例，其中有一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)和三個(gè)簇，在三個(gè)不同的頻率信道上運(yùn)行。注意，在簇3中，中繼節(jié)點(diǎn)不一定需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)——節(jié)點(diǎn)的角色只是表明它們具備這樣的功能。

03. 頻段

作為一項(xiàng)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(zhuān)用的，除了少數(shù)地區(qū)（中國(guó)、印度、日本）之外，DECT論壇正在努力擴(kuò)大使用范圍。

• 1880 MHz至1900 MHz | 歐洲、南非、亞洲大部分地區(qū)、中國(guó)香港、澳大利亞和新西蘭
• 1786 MHz至1892 MHz | 韓國(guó)
• 1880 MHz 至 1895 MHz | 中國(guó)臺(tái)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(guó)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(zhǔn)

這樣客戶(hù)可以在全球范圍部署單一產(chǎn)品，而不需要進(jìn)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(shí)上，該標(biāo)準(zhǔn)支持從450MHz到6GHz的多個(gè)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(jī)器類(lèi)型通信（mMTC）

如前所述，mMTC可以滿(mǎn)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(gè)領(lǐng)域相關(guān)。滿(mǎn)足ITU-R規(guī)定用例要求的技術(shù)必須支持?jǐn)?shù)項(xiàng)特性，包括：

• 高密度（每平方公里100萬(wàn)個(gè)設(shè)備）
• 長(zhǎng)電池使用壽命
• 異步訪問(wèn)

DECT NR+實(shí)現(xiàn)了高度可擴(kuò)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(shí)現(xiàn)1.67億個(gè)獨(dú)特的全球網(wǎng)絡(luò)，并且在同一無(wú)線(xiàn)電區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)256個(gè)重疊網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線(xiàn)電設(shè)備ID（48位）則能夠在單個(gè)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)40億個(gè)獨(dú)立的無(wú)線(xiàn)電設(shè)備，并且在無(wú)線(xiàn)電通信距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)6.5萬(wàn)個(gè)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(shí)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(shuō)明了這一點(diǎn)。當(dāng)采用OFDM時(shí)，信道劃分可以重疊，從而節(jié)省大量的帶寬。在標(biāo)準(zhǔn)中由此產(chǎn)生的標(biāo)稱(chēng)帶寬可從1.728兆赫擴(kuò)展到221.184兆赫（對(duì)于已經(jīng)熟悉OFDM的人來(lái)說(shuō)，還可以擴(kuò)展子載波的間距）。這使得DECT NR+能夠使用最小的帶寬，實(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)低功耗。如果對(duì)話(huà)的對(duì)象就在旁邊，根本不需要大聲呼叫。

DECT NR+具有獨(dú)特的省電功能集以滿(mǎn)足延長(zhǎng)電池使用壽命的要求。由于中繼設(shè)備管理集群中的無(wú)線(xiàn)電使用，它們可以告訴葉子節(jié)點(diǎn)何時(shí)使用中繼設(shè)備進(jìn)行上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而允許中繼設(shè)備在這段時(shí)間之外進(jìn)入休眠。中繼設(shè)備在信標(biāo)信息中向葉子節(jié)點(diǎn)發(fā)出提示，告訴葉子節(jié)點(diǎn)何時(shí)必須監(jiān)聽(tīng)下行鏈路數(shù)據(jù)。葉子節(jié)點(diǎn)僅需要監(jiān)聽(tīng)信標(biāo)信息，其信標(biāo)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(jìn)行選擇。

另一點(diǎn)需要注意的是，DECT NR+在無(wú)線(xiàn)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(jìn)行可靠的無(wú)線(xiàn)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(mǎn)足這些要求。針對(duì)可靠性，NR+物理層采用稱(chēng)作混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）的方法。不需要涉及太多的細(xì)節(jié)，HARQ結(jié)合了前向糾錯(cuò)和自動(dòng)重傳請(qǐng)求錯(cuò)誤控制，以改善數(shù)據(jù)包及時(shí)、按順序到達(dá)的可靠性。如果沒(méi)有收到完整的數(shù)據(jù)包，接收器仍然會(huì)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(kāi)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(wú)需擔(dān)心重傳問(wèn)題，這也節(jié)省了資源。

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

中繼節(jié)點(diǎn)還可以?huà)呙桀l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(diǎn)改變信道，以?xún)?yōu)化干擾規(guī)避，從而實(shí)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(gè)事項(xiàng)。首先，DECT NR+在同一個(gè)10 ms無(wú)線(xiàn)電幀內(nèi)支持多個(gè)接收和傳輸事件。該幀中有 24 個(gè)用于傳輸?shù)臅r(shí)隙。這是因?yàn)槟Ｊ睫D(zhuǎn)換所需的時(shí)間非常短，即從接收模式轉(zhuǎn)換到傳輸模式所需的時(shí)間很短。這使得DECT NR+能夠滿(mǎn)足URLLC對(duì)單鏈路無(wú)線(xiàn)電層延遲小于1ms的要求。在mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，無(wú)線(xiàn)電鏈路也能夠以低延遲運(yùn)行，以最小化網(wǎng)絡(luò)中的端到端延遲。

結(jié)論

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

近期，Nordic拓展其無(wú)線(xiàn)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(gè)新器件nRF9161?和 nRF9131?）、評(píng)測(cè)和開(kāi)發(fā)工具、開(kāi)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(jì)和部署解決方案。

Nordic設(shè)計(jì)、支持和提供的芯片組、模塊、軟件和服務(wù)，帶來(lái)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。