可進(jìn)行大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的5G標(biāo)準(zhǔn)

5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為當(dāng)前最重要的無(wú)線(xiàn)通信發(fā)展方向，而世界上首個(gè)非蜂窩5G技術(shù)DECT NR+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+標(biāo)準(zhǔn)可能是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)（IoT）部署的重要關(guān)鍵。本文將為您介紹DECT NR+標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展與特性，以及由Nordic半導(dǎo)體所推出的相關(guān)解決方案。

采用非蜂窩技術(shù)的5G標(biāo)準(zhǔn)

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)。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-2020 NR標(biāo)準(zhǔn)是由ETSI組織開(kāi)發(fā)，以滿(mǎn)足ITU-R對(duì)5G技術(shù)的要求（正式稱(chēng)為IMT-2020要求）。

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)的情況則更加復(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)涞摹白越M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。

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。

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。

適用于智能城市大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署的解決方案

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，包括增強(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。此外還有大規(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。另外還有超可靠低延遲通信（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。

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)電池使用壽命與異步訪(fǎng)問(wèn)。

另一方面，URLLC強(qiáng)調(diào)超低延遲和超高可靠性，用于數(shù)據(jù)必須即時(shí)傳輸并且不允許失敗的關(guān)鍵任務(wù)通信。URLLC用例使得低延遲系統(tǒng)首次能夠考慮采用無(wú)線(xiàn)操作，它提供了以前只有有線(xiàn)連接可以達(dá)到的低延遲和可靠性，應(yīng)用范圍包括自主機(jī)器人、電力分配、運(yùn)動(dòng)控制等。

目前的單一物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)幾乎沒(méi)有融合，因?yàn)椤懊糠N應(yīng)用都沒(méi)有完美的標(biāo)準(zhǔn)”。例如，LTE-M和NB-IoT蜂窩物聯(lián)網(wǎng)旨在提供遠(yuǎn)程LPWAN，減少延遲需求，但使用許可頻譜，從而造成數(shù)據(jù)成本，LoRaWAN則需要構(gòu)建昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施。由于缺乏量身定制的無(wú)線(xiàn)解決方案，導(dǎo)致像是智能路燈的設(shè)計(jì)變得復(fù)雜、繁瑣且昂貴，使得資金緊張的城市當(dāng)局想要快速、輕松地大規(guī)模部署智能照明和其他智能城市應(yīng)用，例如智能垃圾桶、微移動(dòng)、公共交通、交付跟蹤等等低成本、無(wú)線(xiàn)M2M技術(shù)，并需要適用于數(shù)百萬(wàn)至數(shù)十億終端設(shè)備規(guī)模，上述這些技術(shù)都難以完美的達(dá)到要求。

適用于智能城市的解決方案出現(xiàn)了，DECT NR+便相當(dāng)適合大規(guī)模智慧城市物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。它是一個(gè)單一、安全且可靠的無(wú)線(xiàn)電標(biāo)準(zhǔn)，支持多供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，面向未來(lái)且可擴(kuò)展。此外，由于DECT NR+使用免許可無(wú)線(xiàn)電頻譜分配，因此不會(huì)產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)費(fèi)用，使其運(yùn)行成本比獲得許可的同類(lèi)產(chǎn)品更便宜。DECT NR+有望實(shí)現(xiàn)5G無(wú)線(xiàn)的普及化，允許大規(guī)模設(shè)備部署，并具有蜂窩的所有優(yōu)勢(shì)，但在大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模上成本要低得多。

支持DECT NR+的高度集成解決方案

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提供的設(shè)計(jì)、支持和芯片組、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。

nRF91系列使用Arm Cortex-M33作為專(zhuān)用應(yīng)用處理器，用戶(hù)可實(shí)現(xiàn)完全編程。它有1MB閃存、256kB RAM和多種外設(shè)。除了LTE連接和定位功能，該系列還支持廣泛的應(yīng)用，并為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和DECT NR+（僅限nRF9161和nRF9131）領(lǐng)域提供真正邊緣計(jì)算的可能性。Nordic還提供了開(kāi)源的nRF Connect SDK（軟件開(kāi)發(fā)套件），用戶(hù)可以使用該套件在專(zhuān)用的應(yīng)用處理器上開(kāi)發(fā)他們定制的應(yīng)用程序。但請(qǐng)注意，nRF9131 mini SiP并未集成PMIC、無(wú)源器件和晶體。

nRF91系列是全面集成的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案，支持LTE-M與NB-IoT應(yīng)用，其能效創(chuàng)新對(duì)LTE-M和NB-IoT的節(jié)電能力做出了重大貢獻(xiàn)，即eDRX（擴(kuò)展間斷接收）和PSM（節(jié)電模式）。eDRX和PSM協(xié)調(diào)工作，使電池續(xù)航數(shù)月和數(shù)年成為可能。nRF91系列并支持服務(wù)質(zhì)量（QoS），可以支配和保證這些頻段內(nèi)通信的性能和可靠性，并可以最大限度地減少由于設(shè)備之間的干擾而造成的電量浪費(fèi)。

nRF91系列擁有高部署密度和大覆蓋范圍，這意味著可以真正大規(guī)模、高密度的部署。nRF9160并采取重要的附加安全措施，進(jìn)一步增強(qiáng)設(shè)備的安全性，包括Arm TrustZone和Arm CryptoCell以進(jìn)行安全、可信的執(zhí)行和密鑰生成及存儲(chǔ)，提供最佳安全性。

采用系統(tǒng)級(jí)封裝的高度集成

DECT NR+解決方案

Nordic推出的nRF9161系統(tǒng)級(jí)封裝（SiP）是專(zhuān)為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和DECT NR+應(yīng)用而設(shè)計(jì)，開(kāi)創(chuàng)了高度集成SiP解決方案的全新標(biāo)準(zhǔn)。nRF9161充分利用低功耗LTE技術(shù)、先進(jìn)的處理能力和強(qiáng)大的安全特性，提供了出色的高性能和多功能。與前身產(chǎn)品（nRF9160）相比，它具有多項(xiàng)增強(qiáng)功能，包括支持DECT NR+和3GPP版本14 LTE-M/NB-IoT。

nRF9161具有多項(xiàng)增強(qiáng)特性，包括支持DECT NR+和3GPP版本14 LTE-M/NB-IoT LTE協(xié)議棧，具有全球范圍連接和高功效的特性，nRF9161的集成調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)了沒(méi)有地域限制的全球范圍連接，并包含了全新的獨(dú)特調(diào)制解調(diào)器功能，進(jìn)一步提高了節(jié)能性和易用性。為了全面釋放DECT NR+潛力，利用nRF9161的DECT NR+協(xié)議棧支持功能，實(shí)現(xiàn)了、安全、長(zhǎng)距離、可擴(kuò)展的大規(guī)模mesh應(yīng)用。

Nordic另一款nRF9131 Mini SiP是一個(gè)完美適配DECT NR+應(yīng)用的強(qiáng)大解決方案。同時(shí)，它利用與nRF9161相同的LTE堆棧支持蜂窩通信運(yùn)作。nRF9131將簡(jiǎn)化基于芯片組的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，因而成為大批量蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想選擇。與nRF9161 SiP相比，nRF9131的集成度較低，具有較低的物料清單（BOM）成本。然而，需要注意的是，蜂窩終端產(chǎn)品認(rèn)證的非經(jīng)常性支出（NRE）將根據(jù)所需的地理覆蓋范圍增加。因此，nRF9131 Mini SiP十分適合全球NR+應(yīng)用以及針對(duì)特定地區(qū)的大批量蜂窩產(chǎn)品。

nRF9131完美適合DECT NR+應(yīng)用，nRF9131在DECT NR+應(yīng)用中表現(xiàn)出色，提供卓越的性能和功能，其具有較小的尺寸和靈活的采購(gòu)來(lái)源，體積比nRF9161更小，可配合具有其他特性的PMIC。此外，nRF9131的固件的功能與nRF9161完全兼容，可以在兩個(gè)SiP之間簡(jiǎn)便轉(zhuǎn)換。Nordic還提供參考設(shè)計(jì)，nRF9131可與Nordic的nPM6000 PMIC結(jié)合使用，功耗與nRF9161類(lèi)似。

結(jié)語(yǔ)

DECT NR+有望為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、資產(chǎn)跟蹤、智慧城市和智慧能源等市場(chǎng)的大規(guī)模M2M應(yīng)用提供大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)接入，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的成本都很低，并且基于強(qiáng)大、高效的自組織網(wǎng)絡(luò)，市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿O為可觀(guān)。Nordic有著早期采用關(guān)鍵無(wú)線(xiàn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)快速商業(yè)化的歷史，是首批將DECT NR+商業(yè)解決方案推向市場(chǎng)的公司之一。Nordic的nRF91系列能夠協(xié)助客戶(hù)支持DECT NR+應(yīng)用的快速開(kāi)發(fā)，值得您深入進(jìn)一步了解。

編輯：黃飛

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