DECT für IoT und Smart Citys: Die Aufwertung eines 30 Jahre alten Funkstandards
Weil es das 1.900-MHz-Band komplett für sich hat, ist DECT seit 30 Jahren besonders störungsfrei und relativ abhörsicher. Allerdings hatte der digitale Schnurlosstandard zuletzt das Problem, dass es immer weniger verfügbare Frequenzbänder als Anwendungen gab und er sich das Band mit anderen teilen sollte.
Das ist nun abgewendet, denn als DECT-2020 NR oder NR+ hält der Standard Einzug in die 5G-/IMT2020-Sphäre und wird damit quasi zu einem Mobilfunkstandard. Damit eröffnen sich neue, zukunftsweisende Anwendungen für IoT, Smart City und Industrie 4.0 – und das in Europa exklusive 1.900-MHz-Frequenzband bleibt gesichert.
DECT wurde 1992 als digitaler Schnurlosstandard vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen ETSI definiert(öffnet im neuen Fenster) . Ursprünglich für Europa konzipiert, wurde er mit einigen Frequenzband-Modifikationen für weltweite Anwendungen erweitert. Seitdem steht das E in DECT nicht mehr für European, sondern für Enhanced (Digital Enhanced Cordless Telecommunications).
In den USA wird der Standard bis heute als DECT 6.0 in Schnurlostelefonen vermarktet. DECT ist weltweit in vielen anderen Ländern etabliert, außer in China, wo er sich nicht durchsetzen konnte, da keine geeigneten Frequenzen freigegeben wurden.
Die ersten DECT-Chipsets entwickelten Philips und Siemens, hinzu kamen DSPG (jetzt Synaptics) und Sitel (jetzt Dialog/Renesas). Später übernahm DSPG die DECT-Chipset-Technologie von NxP (ehemals Philips) und Infineon (ehemals Siemens) verkaufte seine Wireless-Sparte inklusive DECT an Intel(öffnet im neuen Fenster) . 2020 wurde die Home-Gateway-Sparte inklusive DECT von Intel jedoch wieder verkauft .
Lagen die Herstellungskosten eines DECT-Telefons anfangs noch bei weit über 100 US-Dollar, sind es mittlerweile für einfache Telefone weniger als 10 US-Dollar. Gigaset fertigt heute noch DECT-Telefone in seiner vollautomatischen Fabrik in Bocholt. Da der Heimtelefonmarkt mit der Zeit aber immer kleiner wurde, drohen auch Schnurlos-DECT-Telefone an Bedeutung und damit die exklusive Nutzung des 1.900-MHz-Bandes zu verlieren.
Um das zu verhindern, arbeitete das DECT Forum(öffnet im neuen Fenster) an neuen Anwendungen. So wurde bereits 2006 mit CAT-iq eine Erweiterung definiert , die HD-Sprachübertragung möglich macht und wichtig für VoIP-basierte Sprachdienste und Messaging ist.
Smart Home auf Basis der DECT-Technologie
Aber erst jetzt, mit NT+, kann das DECT-Frequenzband auf Jahre hin als gesichert betrachtet werden. Davon profitiert auch ULE für Smart Home. Die ULE Alliance(öffnet im neuen Fenster) wurde 2012 gegründet, wobei ULE für Ultra Low Energy steht und das DECT-Frequenzband für Smart-Home-Anwendungen nutzt. Basierend auf der DECT-Technologie wurde ein für Smart Home/IoT geeigneter Protokoll-Stack (HAN FUN) entwickelt.
Denn andere Technologien im Smart-Home-Bereich wie Zigbee, Z-Wave und Bluetooth haben nicht das Privileg, ein exklusives Frequenzband nutzen zu können. Sie müssen sich die Frequenzen in den ISM-Bändern, zumeist 2,4 GHz, mit Wi-Fi und anderen Anwendungen teilen.
Smart Home ULE und DECT für Sprache findet man heute in vielen Heimnetzwerkboxen , unter anderem von der Telekom und von AVM. Es gibt eine Vielzahl an ULE-zertifiziertem Zubehör wie LED-Lampen, Thermostate, Bewegungsmelder und vieles mehr.
Integration von DECT in IMT-2020
Es gab auch Bestrebungen, den DECT-Standard im Rahmen von Mobilanwendungen zu etablieren. Anfängliche Versuche, DECT als Telepoint Service zu nutzen, wurden aber wegen der rasanten Ausbreitung von Mobiltelefonen obsolet.
Für eine IMT-2020-Integration haben das DECT Forum und ETSI einige Zeit an geeigneten Strategien gearbeitet. 2019 wurde das White Paper DECT 5G (PDF)(öffnet im neuen Fenster) zur Diskussion vorgestellt.
Im Februar 2022 wurden die Anstrengungen schließlich honoriert und DECT-2020 NR von der Internationalen Fernmeldeunion IUT-R als vierte Radiotechnologie im Rahmen von 5G/IMT-2020 bestätigt(öffnet im neuen Fenster) . DECT-2020 NR ist keine zellulare Mobiltechnologie, aber die Spezifikationen sind grundsätzlich vergleichbar mit Mobilstandards. DECT-2020 NR nutzt das für DECT definierte 1.900-MHz-Frequenzband, es kann aber auch ein höheres Frequenzband unterhalb von 6 GHz genutzt werden.
Die DECT-2020-NR-Radiotechnologie (OP-OFDM) unterscheidet sich erheblich von DECT. Sie ermöglicht eine Vielzahl von unterschiedlichen Bandbreiten (von 1,728 MHz bis zu 221,184 MHz). Für eine problemlose koexistente Anwendung zusammen mit DECT für Sprache und ULE für Smart Home muss jedoch die Bandbreite auf 1,728 MHz fixiert(öffnet im neuen Fenster) werden.
"Gemeinsam mit unseren Mitgliedern haben wir diese Initiative von Beginn an unterstützt," sagt der Chairman des DECT Forum, Andreas Zipp. "Dies ist eine großartige Leistung, entstanden durch die enge Zusammenarbeit mit ETSI TC DECT (ETSI Technical Committee DECT). Das DECT Forum wird DECT-2020 unter dem Namen NR+ (New Radio plus) fördern."
Ideal für Smart City
Der Fokus von NR+ ist IoT für den professionellen Einsatz. Die NR+-Architektur ermöglicht ein sehr zuverlässiges Hochleistungs-Wireless-Mesh-Netzwerk. Das ist ideal für Smart-City-Konzepte, die eine komplexe maschinelle Kommunikation für Verkehrsmanagement, Parkplatzsuche, Müllabfuhr, optimierte Straßenbeleuchtung, smarte Energiespeicherung und vieles mehr benötigen.
NR+ bietet sich auch als Schlüsseltechnologie für Industrie 4.0 an. Hier werden ultrazuverlässige IoT-Lösungen mit niedriger Latenz benötigt, die in der Lage sind, unbemannte Operationen in riesigen Fabrikhallen und Lagern zu orchestrieren.
Typische IoT-Technologien (zum Beispiel LTE-M, NB-IoT) arbeiten mit Datenraten von 100 KBit/s bis zu 4 MBit/s und Latenzzeiten von 10 ms bis zu 10 s. Mit NR+ können Datenraten von etlichen MBit/s und Latenzzeiten von typischerweise 1 ms erreicht werden.
Darüber hinaus ist bei NR+ die Anzahl der Netzknoten praktisch ohne Limitierung. Damit können massive industrielle IoT-Anwendungen realisiert werden. Professionelle Audioanwendungen können ebenfalls mit NR+ konzipiert werden, zum Beispiel für Stadien und großen Arenen.
Die NR+-Technologie hat für professionelle IoT-Anwendungen einige Vorteile:
- Architektur erfordert keine Infrastruktur
- extrem hohe Netzknotendichte pro Quadratkilometer
- autonom und dezentralisiert
- kein Single-Point-Of-Failure (SPOF)
- niedrige Kosten
- einfache Installation
- sehr geringe Signallaufzeit
- lizenzfreies und exklusives 1.900-MHz-Frequenzband
- Einbindung in andere 5G-Netzwerke
Die folgenden ETSI-Spezifikationen von DECT-2020 NR wurden bisher veröffentlicht:
- TS 103 636-1, DECT-2020 NR, Overview
- TS 103 636-2, DECT-2020 NR, Radio reception and transmission
- TS 103 636-3, DECT-2020 NR, Physical Layer
- TS 103 636-4, DECT-2020 NR, MAC Layer
- TS 103 636-5, DECT-2020 NR, DLC and Convergence Layer
Hier noch einmal ein Überblick über die Anwendungsvisionen von DECT/ULE/NR+:
- Audio in hoher Qualität, Messaging, Positionierung im Unternehmensbereich
- Gesundheitswesen (institutionell und zu Hause)
- Gebäudeautomation
- Prozessautomatisierung
- Wohnen und Smart Home
Es bleibt abzuwarten, welche Chipset-Hersteller in die NR+-Technologie einsteigen. Nordic Semiconductor hat bereits angekündigt(öffnet im neuen Fenster) , NR+-Chips zu entwickeln. Die bisherigen DECT-Chipanbieter Synaptics/DSPG und Dialog/Renesas werden vermutlich bald auch NR+Chips ankündigen.
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