Definition Was ist DECT-2020?

DECT-2020 ist ein auf der DECT-Technologie und dem lizenzfreien 1.900-MHz-Band basierender drahtloser Kommunikationsstandard. Er wurde von der ETSI veröffentlicht. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) hat DECT-2020 als ersten nicht zellularen Funkstandard als IMT-2020 Technologie anerkannt und in die 5G-Familie aufgenommen. DECT-2020 ist für die 5G Anwendungsprofile Ultra-Reliable Low Latency Communication (uRLLC) und Massive Machine Type Communication (mMTC) einsetzbar.

Die vollständige Bezeichnung von DECT-2020 lautet DECT-2020 New Radio (DECT-2020 NR). Teilweise wird die Bezeichnung DECT NR+ verwendet. Es handelt sich um einen von der europäischen Normungsorganisation ETSI entwickelten und im Jahr 2020 in der ersten Version veröffentlichten drahtlosen Kommunikationsstandard. Der Standard besteht aus mehreren ETSI-Spezifikationen der TS103.636-Reihe. Im Wesentlichen sind das:

• TS103.636 Part 1: Overview

• TS103.636 Part 2: Radio Reception and Transmission Requirements

• TS103.636 Part 3: Physical Layer

• TS103.636 Part 4: MAC Layer

• TS103.636 Part 5: DLC and Convergence Layer

DECT-2020 basiert auf dem DECT-Funkstandard und nutzt ebenfalls das lizenzfreie 1.900-MHz-Band. Im Gegensatz zu klassischem Mobilfunk benötigt DECT-2020 keinen zentralen Betreiber. Es lassen sich private Netze realisieren, in denen viele verschiedene, als Accesspoints agierende Knoten untereinander vermascht sind. DECT-2020 NR ermöglicht eine zuverlässige Datenkommunikation mit niedriger Latenz im Millisekundenbereich. Der Standard wurde speziell für Anwendungsfälle wie das Internet der Dinge (IoT), Industrie-4.0-Anwendungen und die Smart City entworfen.

DECT-2020 NR als Teil der 5G-Standardfamilie

Im Jahr 2021 wurde der ETSI-Standard DECT-2020 NR offizieller Teil der 5G-Standardfamilie. Die Internationale Fernmeldeunion (ITU) erkannte die Spezifikationen von DECT-2020 New Radio offiziell als IMT-2020-Technologie (International Mobile Telecommunication) an. Entsprechend der ITU-R-Empfehlung M.2150 erfüllt DECT-2020 NR die formalen Anforderungen von IMT-2020. Damit wurde DECT-2020 NR Teil der 5G-NR-Standards.

DECT-2020 ist die erste anerkannte nicht zellulare 5G-Funktechnologie. Teilweise wird DECT-2020 NR auch als DECT 5G bezeichnet. Im Vergleich zu den bisherigen auf zellularer Mobilfunktechnik basierenden 5G-Technologien lassen sich mit DECT-2020 private, dezentrale Netzwerke realisieren, in denen die einzelnen Geräte die Funktion einer Basisstation (Accesspoints) übernehmen können. Die Netze organisieren sich selbst und besitzen selbstheilende Funktionen. Auch wenn es sich bei DECT-2020 NR nicht um eine klassische Mobilfunktechnologie handelt, besitzt sie hinsichtlich der Zuverlässigkeit der physischen Schicht und der verwendeten Übertragungsverfahren vergleichbare Eigenschaften.

Grundsätzliche Funktionsweise und technische Details von DECT-2020

Basistechnologie von DECT-2020 NR ist der bereits seit 1992 existierende digitale Schnurlosstandard DECT. Das Akronym DECT steht für Digital Enhanced Cordless Telecommunications. DECT wurde wie DECT-2020 vom Europäischen Institut für Telekommunikationsnormen ETSI entwickelt und war ursprünglich für die drahtlose Telefonie im Gebäudebereich vorgesehen.

DECT-2020 ist prinzipiell kompatibel mit DECT, unterscheidet sich aber deutlich von der Vorgängertechnologie. Im Vergleich zu DECT sind der Leistungsumfang und die unterstützten Funktionen deutlich erweitert. Es wird, wie bei DECT, das lizenzfreie 1.900-Mhz-Band unterstützt. Weitere Frequenzbänder unterhalb von sechs Gigahertz sind vorbereitet. Insgesamt sind 17 verschiedene Frequenzbänder einsetzbar. DECT-2020 NR lässt unterschiedliche Kanalbandbreiten zwischen 1,728 MHz und 221,184 MHz zu. Die Kanalauswahl ist dynamisch. Auch Shared Spectrum wird unterstützt. Dank einer effizienten Nutzung des Funkspektrums sind hohe Gerätedichten möglich.

Ein Merkmal von DECT-2020 NR ist die robuste Bitübertragungsschicht. Sie unterscheidet sich deutlich vom ursprünglichen DECT und verwendet die Mehrträgermodulationstechnik Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing (CP-OFDM). Unterstützt werden unter anderem eine erweiterte Kanalkodierung (Turbokodierung) im Steuer- und Datenkanal, Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ), Sende- und Empfänger-Diversity und Multiple Input Multiple Output (MIMO) mit bis zu acht Antennen. Die Bitübertragungsschicht lässt sich an unterschiedliche Durchsatz- und Latenzanforderungen anpassen und unterstützt dadurch eine breite Palette an Anwendungsfällen.

Der Medium Access Layer (MAC Layer) von DECT-2020 lässt Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, sternförmige Netze und vermaschte Netzwerke zu. Adressiert werden Netzwerke und Geräte über eine 32-Bit-Netzwerk-ID und eine 32-Bit-Geräte-ID. Geräte agieren als so genannte Leaf-, Relay- oder Sink-Knoten agieren. Ein Sink-Knoten ist ein Knoten mit einer Backbone-Verbindung. Relay-Knoten haben keine Backbone-Verbindung und leiten die Daten der verbundenen Leaf-Knoten an Sink-Knoten weiter. Leaf-Knoten sind entweder mit Relay-Knoten oder mit Sink-Knoten verbunden und haben selbst keine weiteren verbundenen Knoten. Die Rollen als Leaf-, Relay- oder Sink-Knoten können zugewiesen oder autonom gewählt werden. Es entstehen sich selbst organisierende und heilende Netzwerke ohne Single Point of Failure (SPoF).

Die wichtigsten Merkmale und Vorteile von DECT-2020 kurz zusammengefasst

• kompatibel mit DECT (Koexistenz möglich)

• nicht zellulare Funktechnik - für private, dezentrale Netzwerke geeignet

• Verwendung des lizenzfreien 1.900-MHz-Band

• vorbereitete für weitere Frequenzbänder unter 6 GHz

• effizienten Nutzung des Funkspektrums

• Unterstützung verschiedener Bandbreiten

• robuste Bitübertragungsschicht mit CP-OFDM und HARQ

• Unterstützung von MIMO mit bis zu acht Streams

• niedrige Latenzzeiten im Millisekundenbereich

• Unterstützung verschiedener Netzwerktopologien (Punkt-zu-Punkt, Mesh, Stern)

• selbst organisierend und selbst heilend

• Geräte können selbst als Accesspoints agieren

• Unterstützung hoher Gerätedichten

• Reichweiten von bis zu mehreren hundert Metern Indoor und bis zu zwei Kilometer Outdoor

• energieeffizienter Betrieb der Endgeräte

• Link Level Security mit Advanced Encryption Standard (AES) und Cipher-based Message Authentication Code (CMAC)

• mehrere überlappende Netzwerke am gleichen Standort möglich

• Einbindung in andere 5G-Netzwerke möglich

Für DECT-2020 New Radio vorgesehene Einsatzszenarien

DECT-2020 New Radio wurde insbesondere für die beiden 5G-Anwendungsprofile Ultra-Reliable Low Latency Communication (uRLLC) und Massive Machine Type Communication (mMTC) entwickelt. Damit unterstützt DECT-2020 NR ein breites Spektrum an professionellen drahtlosen IoT- und Industrie-4.0-Anwendungen.

Das Anwendungsprofil mMTC ist für Netzwerke mit Millionen von IoT-Geräten vorgesehen, wie sie für das (industrielle) Internet der Dinge, die massenhafte Machine-to-Machine-Kommunikation oder die Smart City benötigt werden. Typische mMTC-Anwendungsbeispiele sind die Logistik, Umweltmonitoring, Katastrophenwarnsysteme, autonome mobile Roboter, Sensornetze oder die Vernetzung intelligenter Zähler (Smart Metering).

Das uRLLC-Anwendungsprofil ist gekennzeichnet durch niedrige Latenzzeiten, geringe Fehlerraten, hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Netzwerkverbindungen und hohe Mobilität der Netzwerkteilnehmer. Typische Anwendungsfälle sind das autonome Fahren, die Telemedizin, die Fabrikautomation, Unified Communication, professionelle Audio- und Medienanwendungen, Verkehrsmanagementsysteme und Alarmsysteme.

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