物联网的下一块拼图是非蜂窝5G?
作者 | 电子发烧友观察2021-12-31

相信不少人都还记得DECT这一标准,采用这一标准的数字无绳电话主要是为办公和家庭场景准备的。不过随着智能手机的兴起,这一标准和相关的产品也逐渐被人淡忘。然而今年,DECT-2020 NR这一新标准却以5G无线技术的形象再度出现,面向庞大的IoT市场。

DECT-2020 NR

DECT-2020 NR是由欧洲电信标准化协会(ETSI)开发的一种非蜂窝且免授权的无线电标准,也在今年10月成了国际电联IMT-2020技术推荐中5G标准的一部分,旨在为各种用例和市场中的无线应用提供一个强大的技术基础。该技术的适用范围也不再局限于无绳电话,而是覆盖了音频串流、专业音频、消费和工业物联网应用等等。

与此同时,由于DECT-2020 NR运行于免授权的1.9GHz频段,所以借助该标准搭建网络时无需考虑频段租赁的费用。同时考虑到1.9GHz是全球通用的,所以相关产品只需用到一个频段和单个BOM,避免了面向不同地区推出不同版本的硬件。

DECT-2020 NR支持频段 / ETSI

DECT-2020 NR支持频段 / ETSI

包括1.9GHz频段在内,DECT-2020 NR还支持6GHz以下的17个频段,最高支持到221MHz的带宽,用于未来进一步改善延迟和性能。

非蜂窝5G的优势

非蜂窝5G是基于与蜂窝5G完全不同的原理打造的,前者最大的不同之处也是最大的优势即去中心化的网络。在非蜂窝5G网络中,每个设备都可以看作一个节点,每个设备都可以成为路由器,这在蜂窝5G网络中就相当于每个设备都可以充当基站,从而免去了基站部署所需要的大量费用。与蜂窝网络的部署相比,无论是成本还是碳足迹都要低上一大截。


这样的特性带来了哪些优势呢?首先,设备可以自动找到最合适的路由,新设备加入网络路由的过程也是自动完成的;其次,如果其中一台设备出现故障,设备会自行重路由,从而彻底消除了单点故障,提供了可靠的网络,极大减少了维护成本。


非蜂窝5G对于专用网络的建设同样大有益处,传统的企业自建5G专网需要承担高昂的部署费用和频谱授权费用,后期也需要长久的维护工作,而运营商构建的5G专网则很难做到较高的独立可控性。

URLLC和mMTC

这时你可能会说,这样的技术为何会与5G扯上联系呢?相信大家还记得完整的5G系统包含的三大特性:eMBB(增强移动宽带)、URLLC(超可靠低延迟通信)和mMTC(大规模机器类型通信)。DECT-2020 NR的特性很好的解决了URLLC和mMTC的挑战,这也是国际电联青睐这一标准的原因。

尽管DECT-2020尚处于早期发展阶段,但它已经有望填补无线物联网在mMTC上的空白了。mMTC的不少应用中,单个设备的故障可能是致命的,很可能会使自动化进程或关键基础设施面临风险,比如工厂中的自动驾驶汽车、仓库中与操作员协同工作的高速机器人等。

不同设备密度下的延迟表现 / IEEE

不同设备密度下的延迟表现 / IEEE

Nordic半导体作为DECT-2020 NR标准的贡献者之一,也已经开始部署支持该标准的产品。根据Nordic的说法,已有的无线IoT技术在mMTC(每平方公里一百万个设备)应用中,性能表现普遍在100kbps以下的带宽和10s以下级别的延迟。由上图我们也可以看出,一旦设备密度持续增大的话,NB-IoT和LTE-M等蜂窝IoT技术的延迟可能会达到无法正常使用的程度。

而在测试中,Nordic首个基于nRF91系列的DECT-2020 NR方案将可以达到最高3Mbps的速率和1ms的延迟。如此显著的差距极大降低了消息传输的时间,既保证了现代传输的可靠性和安全性,又避免了延迟带来的损失,在工业物联网和以安全为重心的物联网应用中至关重要。

mMTC应用中的另一个关键参数是能效,高设备密度下由于存在极大的干扰,无线通信的能效也会随之降低。然而在芬兰一所大学的研究中发现,在同样的无线电功率下,DECT-2020 NR系统层级上的能效要比传统的蜂窝方式要高出60%。

小结

尽管DECT-2020 NR这种非蜂窝5G看起来潜力十足,但它的角色并不在于替代蜂窝技术。DECT-2020 NR主要用于建设无线邻域网络,而真正要想要扩大覆盖范围的话,必须要做好与广域网的互通。这也是DECT-2020 NR也做了与3GPP 5G标准兼容工作的原因,只有在两者的互通下才能发挥出无线物联网的全部优势。

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