Wireless IoT
Ein Leitfaden zu DECT NR+
Das neue Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT) New Radio plus (NR+) kann viele Einschränkungen bestehender Funkkommunikationsprotokolle überwinden. Es ist Teil der 5G-Standards und schließt die Lücke bei extrem zuverlässiger Kommunikation mit geringer Latenz und großer Reichweite.
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
DECT NR+ mit niedriger Latenz
Die International Telecommunications Union (ITU) und das Europäische Institut für Telekommunikationsnormen (ETSI) haben den Standard DECT-2020 New Radio als Teil des 5G-Standards ratifiziert. DECT NR+ wurde von den
Mitgliedern des DECT-Forums entwickelt, er ist jedoch nicht aus dem DECT-Standard für schnurlose Telefone hervorgegangen. Die Spezifikationen von DECT NR+ erfüllen die Anforderungen von umfangreichen, extrem zuverlässigen IoT- und IIoT-Implementierungen wie Smart Cities, Smart Metering, Industrie 4.0 und die professionelle Audiosignalübertragung – z. B. in Stadien und großen Konferenzräumen – mit geringer Latenz.
Im Gegensatz zu 5G ist DECT NR+ kein Mobilfunkstandard, sondern wurde von der ITU-R als 5G-Standard für den internationalen Mobilfunk (IMT-2020) zugelassen, da es über extrem zuverlässige Kommunikation mit geringer
Latenz (URLLC, Ultra-Reliable Low Latency Communication) und leistungsfähige M2M-Kommunikation (mMTC, massive Machine Type Communications) verfügt. Bild 1 zeigt die verschiedenen Anwendungsbereiche von DECT NR+ auf der Grundlage des IMT-2020-Dreiecks mit den Eckpunkten URLLC, mMTC und eMBB (enhanced Mobile BroadBand). Die wichtigsten Merkmale von DECT NR+ sind:
- Nutzung des lizenzfreien 1,9-GHz-Frequenzbereichs, der weltweit zur Verfügung steht – derzeit, außer in China. Dadurch ist es möglich, eine einzige Version eines Produkts anstatt regionale Varianten zu entwickeln, was erhebliche Produktions- und Zulassungskosten spart. DECT NR+ koexistiert mit älteren DECT-Geräten, die bereits den 1,9-GHz-Bereich nutzen.
- Es funktioniert in verschiedenen Topologien, einschließlich Stern, vermaschtes Netz und P2P, mit selbstorganisierenden und selbstheilenden Netzwerkfähigkeiten.
- Extrem geringe Latenzen von bis zu 1 ms machen den Einsatz der Funkkommunikation in vielen Anwendungen erstmals möglich.
- Eine Zuverlässigkeit von mehr als 99,99 Prozent, die auf bewährten Mobilfunktechniken wie Forward-Error-Correction (FEC) und Hybrid Automatic Repeat-Request (HARQ) basiert, die tief im Protokoll-Stack verankert sind und die höheren Stufen von der Verwaltung der erneuten Übertragungen entlasten
- Bewährte Sicherheitsverfahren mit AES (Advanced-Encryption-Standard) und CCM (Counter with CBC-MAC)
- Riesige Skalierbarkeit, bis zu 4 Mrd. Knoten und 16 Mio. Netzwerke
- OFDM-Modulation (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) mit effizienter Kanalcodierung und High-Level-Modulation
- Ein nichtzellulärer Netzwerkansatz, mit dem Kunden private Netzwerke aufbauen können, ohne auf Basisstationen oder die Infrastruktur von Netzbetreibern angewiesen zu sein
- Großflächige Einsatzmöglichkeiten mit kilometerweiter Reichweite und einer maximalen Datenrate von 9 Gbit/s
- Keine Abonnements oder SIM-Karten erforderlich
Tabelle 2 vergleicht DECT NR+ mit anderen gängigen Funkprotokollen für den Nahbereich.
Die Bitübertragungsschicht (PHY) des NR+-Protokoll-Stacks ermöglicht die binäre Phasenumtastung (BPSK, Binary Phase-Shift Keying), die Quadraturphasenumtastung (QPSK, Quadrature Phase-Shift Keying) und die Quadraturamplitudenmodulation (QAM) des OFDM-Signals (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) (Bild 2). Die DECT-NR+-Spezifikation unterstützt bis zu 1024 QAM für bis zu 9 Gbit/s. Durch die Reduzierung der Datenrate auf die Anforderungen der Anwendung wird der Stromverbrauch für Embedded-Anwendungen mit geringem Stromverbrauch optimiert.
Ein weiteres Merkmal der Bitübertragungsschicht ist die HARQ-Fehlerkorrektur (Bild 3). Durch das wiederholte Senden (Resend) innerhalb der Bitübertragungsschicht entfällt die Notwendigkeit, dass die Anwendungsschicht diese Funktion bereitstellt, und es können gleichzeitig acht HARQ-Prozesse ablaufen. Da das erneute Senden zur Verbesserung der Zuverlässigkeit innerhalb der Bitübertragungsschicht stattfindet, beträgt die Latenzzeit für die erneute Übertragung weniger als 417 μs.
Nordic Semiconductor hat als erster Halbleiterhersteller die Unterstützung des DECT-NR+-Protokolls angekündigt. Der Funktransceiver nRF91 DECT NR+ wird mit Referenzdesigns und einem Evaluierungsmodul im Laufe des Jahres 2023 erhältlich sein. Nordic hat eine Partnerschaft mit dem IoT-Softwareanbieter Wirepas geschlossen, um die Wirepas Mesh Connectivity Suite in den nRF91 zu integrieren.
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