蜂窝物联网 (LTE-M and NB-IoT)

为什么选择蜂窝物联网

在为您的物联网（IoT）应用评估最合适的低功耗广域网（LPWAN）技术时，除了考虑技术指标外，还必须考虑各种因素，因为技术指标本身可能与实际性能大相径庭。与 LoRaWAN、Sigfox、Wi-SUN 或其他 LPWAN 相比，蜂窝物联网（包括 NB-IoT 和 LTE-M）更适合您的物联网项目，以下是其中一些关键原因。

许可与非许可频段： 蜂窝物联网利用现有的全球基础设施，在许可频段内运行。虽然需要支付订阅费用，但却能保证广泛的覆盖范围、可扩展性、内置服务质量、可靠性和无懈可击的安全性。这样，您就可以专注于特定物联网产品的开发，而无需部署和维护与在非授权频段运行的其他 LPWAN 技术相关的基础设施。

数据传输速率和稳健性： 由于 LPWAN 技术通常用于不频繁发送/接收数据的设备，因此许多技术都针对这种使用情况进行了优化。然而，某些操作（如远程固件更新）需要更高的数据传输速率。这正是蜂窝物联网的优势所在，因为它既能满足不频繁的数据传输，也能在需要时提供更密集的数据传输。

功耗： NB-IoT 和 LTE-M 技术旨在实现低功耗、大规模机器类型的通信应用。虽然其他 LPWAN 技术在纸面上看起来可能更好，但往往会根据使用情况和许多其他因素发生巨大变化，而且其代价是有限的数据传输速率。有了蜂窝物联网技术，您就不必在功耗和数据传输速率之间做出妥协，而是可以两全其美。

终身成本： 虽然某些 LPWAN 技术的前期成本可能看起来很吸引人，但评估整个生命周期的成本（部署、数据传输、固件更新、额外的基础设施设置和维护等）至关重要，因为不同技术的成本可能会因预期使用情况的不同而大相径庭。蜂窝物联网有多种连接模式，从统一费率到按数据付费，带来了可预测的成本，并消除了与自身基础设施维护相关的担忧。

未来无忧： LTE-M 和 NB-IoT 预计将支持到 2040 年甚至更久，因为使用这些技术的设备通常有 10 多年的使用寿命。在设备的整个生命周期内，您的运营商套餐还可作为网络稳定和维护的保险。其他 LPWAN 技术的基础设施可能会突然被移除或关闭，从而导致您的设备无法使用，使您的业务面临风险。

全面的蜂窝物联网解决方案

利用低功耗蜂窝连接增强产品性能：我们为您提供所需的一切！

蜂窝 loT 设计通常比较分散，多个组件来自不同的供应商，如主 MCU、射频前端、蜂窝模块、GNSS 模块、安全元件、MIC 和其他元件。这种零散的解决方案所有权给产品开发人员带来了各种挑战和风险，往往会导致次优的实现，需要在成本、性能和功耗方面做出许多权衡。

在 Nordic，我们的目标是简化蜂窝产品开发并支持整个产品生命周期。这就是为什么我们将蜂窝产品的所有不同部分整合为一个完整的解决方案--一个完全由 Nordic 拥有和支持的产品，包括硬件、软件、工具、云服务和我们全球领先的技术支持。

在下面探索我们的一站式蜂窝物联网解决方案!

nRF91系列关键优势

在为您的物联网（IoT）应用评估最合适的低功耗广域网（LPWAN）技术时，除了考虑技术指标外，还必须考虑各种因素，因为技术指标本身可能与实际性能大相径庭。与 LoRaWAN、Sigfox、Wi-SUN 或其他 LPWAN 相比，蜂窝物联网（包括 NB-IoT 和 LTE-M）更适合您的物联网项目，以下是其中一些关键原因。

nRF91 系列在蜂窝物联网中的优势

集成： 我们通过在nRF9160 SiP和nRF9161 SiP的10x16mm系统封装(SiP)，nRF9151 SiP的11x12mm系统级封装，以及nRF9131微型SiP的7x11mm系统级封装中实现完整的通信和应用模块，实现了前所未有的集成度。这样就能实现同类解决方案无法实现的低成本、紧凑型设计，例如重量仅为 2.5 克的太阳能动物追踪器。

低功耗： 您产品的功耗不是由数据表中的几个数据点决定的，而是由运行期间的平均功耗决定的。nRF91 系列从底层开始设计，在所有网络条件下都具有无与伦比的能效，因此可以创造出突破性的产品，例如世界上首款太阳能供电、无电池的蜂窝物联网资产跟踪器，它可以利用采集的太阳能永久运行。

易于使用： 丰富的文档、全面的软件开发工具包支持、灵活的硬件和强大的开发工具简化了开发过程。这使客户能够在开发周期中节省大量时间和资源，同时实现其应用所需的性能和能源目标。

全球认证： 通过所有主要地区和所有主要运营商的运营认证，使您的产品能够在全球范围内轻松部署，而无需复杂的物料清单和针对特定地区组件的供应链。

数据表之外的功耗

针对总平均电流消耗进行了优化：超出 PSM 最低电流

在评估蜂窝解决方案时，由于影响功耗的因素多种多样，因此不能仅仅依赖于几个规格点，这一点至关重要。就省电模式（PSM）底限电流而言，仅根据这一指标得出结论可能会导致对设备能效的错误评估。低 PSM 底限电流往往隐藏着一些注意事项，如缺乏 RAM 保留，有时甚至是 GPIO 保留。这意味着蜂窝操作的功耗开销很大，导致设备的平均电流消耗更高。此外，传统的蜂窝设备需要一个主机 MCU，这会增加整个系统的功耗。Nordic 可利用我们的开发人员友好型工具轻松估算和测量功耗。

通过观察不同 PSM 间隔的数据交换示例，我们可以发现，即使模块 X 的 PSM 底限电流比 nRF9160 低 50%，其平均电流消耗也比 nRF9160 低 7 倍，即使 PSM 间隔较长也是如此。这是因为模块 X 的唤醒能量远高于 nRF9160，而唤醒能量在总体能耗中的占比要大于 PSM 底限。

*使用同类外部 MCU 对模块 X 进行计算，睡眠电流为 14µA（保留 RAM）。

这就意味着终端产品的电池尺寸和成本大大缩小，从而实现了更具成本效益的紧凑型设计，这是目前市场上任何其他蜂窝设备都无法实现的。Devzone 博文”最大限度延长蜂窝物联网的电池寿命： 对 eDRX、PSM 和 AS-RAI 的分析“深入探讨了蜂窝物联网应用的电能最大化。

什么是蜂窝物联网？

LTE-M

为您的应用提供低功耗、移动性和低延迟功能

LTE-M(也被称为Cat-M1)专为需要中等数据吞吐量的低功耗应用而设计。与常规LTE的20 MHz带宽相比，它的带宽更窄，只有1.4 MHz，提供了更远的传输距离，但数据吞吐量更小。LTE-M的数据吞吐量为上行375 kbps和下行300 kbps，通过IP协议提供大约100 kbps的应用数据吞吐量。它适用于TCP/TLS端到端安全连接。完全支持移动性，使用与常规LTE相同的小区切换功能。目前可以通过LTE-M漫游，这意味着它适用于将跨多个地区运行的应用场景。延迟在毫秒范围内，为延时敏感的应用提供实时通信。

LTE-M非常适合需要低功耗、低延迟和/或移动性的中等数据吞吐量的应用，如资产跟踪、可穿戴设备、医疗、POS和家庭安全应用。

NB-IoT

功耗低、范围广、适应性强，适合您的应用

NB-IoT(也被称为Cat-NB1)是一种窄带技术标准，它不使用传统的LTE物理层，但运行在LTE频段内或周围，并与其他LTE设备共存。它的带宽为200 kHz，与LTE- M和常规LTE相比，具有更远的传输距离和更低的数据吞吐量。数据吞吐量为上行60 kbps， 下行30 kbps。它适用于需要低数据吞吐量的静态、低功耗应用。随着3GPP第14版标准引入Cat-NB2，如果网络支持，可以实现上行169 kbps和下行127 kbps的数据吞吐量。

NB-IoT非常适合需要低功耗和远程的静态、低数据吞吐量应用，比如智能计量、智慧农业和智慧城市应用。与LTE-M相比，它还提供更好的穿透力，例如，在地下室和停车场。

LTE-M and NB-IoT关键特征对比

	LTE-M	NB-IoT
别称	“eMTC”,”LTE Cat-M1”	“LTE Cat-NB1” (3GPP rel 13) "LTE Cat-NB2" (3GPP rel 14)
最大吞吐量(下行/上行)	300/375 kbps	30/60 kbps (NB1) 127/169 kbps (NB2)
范围	最大4x	最大7x
移动性/小区切换	是	有限
频率部署	LTE频带内	LTE 频带内 保护频带 GSM 更改用途
部署密度	每小区可达50,000	每小区可达50,000
模块尺寸	适合可穿戴设备	适合可穿戴设备
电池续航	可达10年	可达10年

能效

革命性的能源效率

能效是蜂窝物联网技术的基石。LTE-M和NB-IoT的目的都是让通过电池供电实现续航多年成为现实。这已通过使用一系列技术实现。数据吞吐量低于标准LTE，并且由于调制方案更简单，无线电也不那么复杂，因而能耗更低。然而，与所有低功耗通信技术一样，真正的关键是有效并高效地管理休眠、唤醒和通信事件。

两项能效创新对LTE-M和NB-IoT的节电能力做出了重大贡献，即eDRX(扩展间断接收)和PSM(节电模式)。eDRX和PSM协调工作，使电池续航数月和数年成为可能。

LTE使用寻呼周期系统，其周期为1.28秒。寻呼周期是网络可以联系设备以交换数据的时间窗口。寻呼窗口之间的间歇时间被称为超帧。eDRX的好处是，它允许在设备再次唤醒进行其下一个寻呼窗口的活动之前，以10.24秒的周期发生' N '个(40+)超帧。通过这种方式，设备能够以高效、同步的方式休眠和通信。

PSM模式可以在必要时让设备进入深度休眠模式，休眠时间可以是一个小时、一天，或几个星期。对于那些没有实时要求，而只进行周期性通信的应用，例如农业灌溉系统，这带来了非常高的节能效果，可能意味着产品只需使用几块AA锂电池就能运行长达10年。

nRF91系列经过优化，充分利用了LTE-M和NB-IoT(包括eDRX和PSM)提供的所有节能特性。

除这些功能外，3GPP 第 14 版还引入了对Release Assistant Indication for Access Stratum (AS-RAI)的支持。这是一项省电功能，允许设备在发送数据后立即进入空闲模式，从而有效地将数据传输的功耗降低一半以上。

服务质量(QoS)

增强可靠的连接

蜂窝网络在低功耗广域网(LPWAN)领域提供了无与伦比的性能。蜂窝网络在许可频段运行，其重要性不可低估。许可波段需要付出高昂的代价，通常达数十亿美元。当您拥有一个频段时，您可以支配和保证这些频段内通信的性能和可靠性。您还可以最大限度地减少由于设备之间的干扰而造成的电量浪费。

蜂窝是为非常高的服务质量而设计的。有已知的设备连接数量，并且可以相应地适应并管理这些设备。而未获许可的频段则没有这样的保证，因为任何人都可以使用。在保证一致的性能和不可动摇的可靠性方面，许可蜂窝网络成为LPWAN领域的明确赢家。

通过利用许可蜂窝网络的强大功能，您可以放心，您的连接要求会被精准地满足。QoS确保了您的关键应用、敏感数据传输和任务关键型操作得到完美执行。借助蜂窝网络，您可以获得非授权网络无法比拟的可靠性和性能。

部署密度和覆盖范围

释放部署密度和无缝覆盖的威力

蜂窝4G网络已经建设完备，密集的基站覆盖了世界上大多数城市，大多数国家拥有高度的4G覆盖率。这一卓越的基础使蜂窝技术成为以最低的基础设施要求进行前所未有的规模部署的理想选择。

由于LTE-M和NB-IoT的频谱使用非常高效，而且由于典型用例在本质上活跃性较低，因此将有可能将数千个设备连接到一个基站。通常情况下，信号塔承载多个基站，这意味着可以真正大规模、高密度的部署。

这些因素的协同作用释放了无与伦比的部署密度，允许蜂窝物联网设备在各个行业和领域无缝扩散。蜂窝基础设施已准备就绪，可以处理无数设备的连接需求，确保您的物联网解决方案能够以前所未有的规模无缝集成和管理。

最佳安全性

制定无懈可击的安全标准

在LPWAN领域的安全措施方面，LTE网络占据了主导地位，作为标准，它提供了无与伦比的保护。在设备级，一个关键元素是SIM卡或UICC(通用集成电路卡)。该安全元件嵌入在SIMs硬件中，拥有明确的标识符，确保对蜂窝服务订阅进行身份验证并通过无线方式加密数据。这些强有力的措施保障了您通信的完整性。

在LTE领域，通信是使用受信任的TCP / IP和UDP协议进行的，这些协议正是互联网的语言。因此，它继承了目前使用的最高级别的安全措施。保护数据传输的最前沿是传输层安全性 （TLS） 和数据报传输层安全性 （DTLS），这两种最先进的机制通过不妥协的加密和身份验证协议保护您的信息。

nRF91 系列进一步提高了标准，采用了额外的尖端安全措施，以加强设备的完整性。借助 Arm TrustZone 和 Arm CryptoCell，该设备可确保安全和可信的执行，以及高级密钥生成和存储功能。这些安全层协同工作，将保护您的设备及其传输的数据。

正如更新对于联网计算机的安全性至关重要一样，您的连接设备也必须能够通过空中传输接收固件更新(FOTA)。该功能确保在部署后发现的任何安全漏洞（无论是与标准还是实施有关）都能及时得到处理。它使您能够随着时间的推移优化设备的性能，并无缝部署新功能，同时确保最高级别的安全性。这可以通过使用nRF云FOTA服务来实现。

此外，nRF Cloud Security Services 还为客户提供了额外的安全措施——安全身份（Security Identity）和安全配置（Security Provisioning）服务。这两项服务使用户能够在供应链或生产过程的任何其他阶段验证Nordic芯片，以保护客户宝贵的知识产权和防止可能的假冒产品。安全配置服务通过无线方式安全地配置客户特定的配置，简化了交付过程，实现了灵活部署和轻松的全球可扩展性。

Nordic提供一系列安全功能，并与领先的安全供应商合作，为客户提供完整的端到端安全解决方案。

什么是Non-Terrestrial Networks (NTN)？

您之所以选择蜂窝技术，是因为全球网络基础设施无处不在。虽然 4G/LTE 技术本身确实覆盖了全球多达 90% 的人口，但如果从总的地理覆盖面来看，LTE 的覆盖面仅占地球表面的 15%。如果将较早的 2G/3G 技术也包括在内，覆盖率将增加到 30-35%，虽然有所改善，但仍远非全部。

因此，对于可能需要在几乎任何地方运行、监控关键基础设施、保护食品生产和牲畜或跟踪贵重物品运输的物联网产品来说，蜂窝网络的覆盖范围远远不够普及。再加上许多地区正在淘汰 2G 网络，各种物联网产品都面临着一个棘手的问题： 下一代产品应该采用什么技术？

这正是 3GPP 非地面网络（3GPP NTN）以及地面 4G/5G 物联网技术 LTE-M 和 NB-IoT 能够彻底改变您在需要的地方部署物联网产品的能力的地方。

如何获取 3GPP NTN？

无论您的产品是固定在偏远地区，还是在缺乏必要覆盖的广阔区域漫游，3GPP 非地面网络都能让您随时随地跟踪资产并保持更新。

但 3GPP NTN 究竟是什么呢？简单地说，就是通过卫星而不是信号塔来实现 NB-IoT。3GPP NTN 的推出意味着，您现在可以以类似于地面 LTE-M/NB-IoT 网络的方式访问多个新的蜂窝网络。

3GPP NTN 提供商提供两个同样重要的部分，即取代基站的卫星和蜂窝核心网络。核心网络部分意味着 NTN 和地面网络可以互动，使您的设备可以从家庭网络漫游到非地面网络，就像今天在其他地面网络上漫游一样。因此，请咨询您当前的连接提供商、MNO 或 MVNO，了解他们对 3GPP NTN 服务的计划。

选择哪种 NTN？

所有 3GPP 非地面网络都不尽相同，物联网应用也是如此。哪种非地面网络适合您，完全取决于您的使用案例和关键设计标准。在最高层面，我们可以根据非地面网络使用的卫星类型将其分为两大类： GEO（地球同步/地球静止轨道）或 LEO（低地球轨道）。

地球同步轨道卫星（GEO）

地球同步卫星和地球静止卫星的子集，由于距离地球表面较远（近 36 000 千米），因此以与地球相同的速度运行。地球同步轨道卫星在天空中看起来是静止的，其覆盖范围可达到地球的 1/3。这也就意味着，您的设备始终可以使用卫星，而且位于同一区域的地面站也始终可以看到卫星。地球同步轨道卫星会将您的物联网设备发出的信号反射回地球，无需进行任何处理。

卫星对您的设备是透明的，通信在您的设备和地面上的 eNB 或 “基站 ”之间流动。因此，当 NTN 连接处于激活状态时，发送的数据可以到达您的云服务。

高海拔（近 36000 公里）和较少的 GEO 卫星数量意味着物联网设备必须管理严格的链路预算，网络容量将低于地面网络的典型容量。GEO NTN 的 PHY 层（空中）比特率为 1-2 kbps。

需要注意的是，用于保持 NTN GEO 连接稳定的 NB-IoT 协议机制与用于扩展地面网络覆盖的 NB-IoT 协议机制相同。因此，NTN GEO 吞吐量和功耗与在地面 NB-IoT 网络覆盖边缘运行的物联网设备类似。

由于有效数据传输速率相对较低，但可实时连接核心网络，NTN GEO 迄今主要用于应急通信。主要用例是移动设备的直接到设备（D2D）服务和其他需要即时发送重要信息的用例。

随着更多服务的推出，物联网用例也在不断扩大，这些用例通常对数据的需求也非常有限，但其重要信息的持续覆盖和相对较低的延迟是必须的。

因此，NTN GEO 是数据量（字节/天）较少或需要采取行动的警报等重要信息的理想选择。

低地轨道卫星（LEO）

多个新兴 3GPP NTN 网络使用的低地球轨道 (LEO) 卫星距离地球更近，为 200-1500 公里。这提高了物联网设备的链路预算，使天线设计更加灵活，数据传输速率更高，可达 20-40 kbps。

卫星的功耗和连接时间可以大大减少，而且协议机制与地面网络相同。使用低地轨道连接的物联网设备的功耗情况与地面网络中的中/低覆盖率设备类似。

由于高度较低，低地轨道卫星环绕地球的速度要快得多（约 90 分钟 @ 700 千米），因此一颗低地轨道卫星每次经过指定地点时，只会在上空停留几分钟。单个低地轨道卫星出现在地面站视野内并向地球发送数据的频率也是如此。

这意味着，地球同步轨道上的少量卫星和简单的反射器方法在低地轨道上行不通，要提供连续的全球覆盖，就需要一个庞大的卫星网络，并通过卫星之间的网状网络转发数据。

现在，3GPP LEO NTN 卫星星座最初由相对较少的卫星组成。在这种网络中，使用的是 “存储和转发 ”架构，数据暂时存储在卫星中，直到它们可以通过网状网络与其他卫星连接或直接与地面站连接。这种方法可为物联网设备提供高效的设备到云通信，尽管会有延迟。这非常适合所有类型的物联网设备以及跟踪和收集不需要立即响应的数据的使用案例。

随着低地轨道星座部署更多卫星，联网服务的时间差将缩小，端到端延迟将降低，您将获得全球性、实时、低延迟的物联网设备服务。

非地面网络（NTN）供应商

Nordic Semiconductor 正与多家供应商合作，为客户的非地面网络部署提供商业选择。

nRF9151

地面和非地面连接的单平台。

独特功能

定位服务

由 nRF Cloud提供支持

定位服务是设备准确、快速、高效定位的基石。通过利用我们的单蜂窝 (SCELL)、多蜂窝 (MCELL)、辅助 GPS (A-GPS)、预测 GPS (P-GPS) 和/或 Wi-Fi 定位功能，客户的设备可以确定自己的位置，同时兼顾准确性和功耗。

阅读有关位置服务的更多信息，或深入了解 DevZone 博客上的位置性能比较。

Platform Security Architecture (PSA)

首批获得 PSA 认证的机构

nRF9160 SiP 是首批通过 PSA 认证计划一级 PSA 认证的解决方案之一。

如今，nRF9160 SIP 已通过 PSA 2 级认证。

欲了解更多信息，请阅读 nRF9160 SiP PSA 认证新闻稿。

蜂窝物联网连接

独特的调制解调器固件功能可解决真正的物联网难题

在 Nordic Semiconductor，我们致力于推动所有设备实现超低功耗。我们不断增强固件的创新功能，专注于优化性能、降低功耗以及应对蜂窝物联网应用所面临的特定挑战。我们的调制解调器集成了一系列先进功能，旨在提升终端应用的性能。下面举例说明这些改变游戏规则、带来卓越效果的功能。

支持软件 SIM 卡

nRF91 系列支持在应用处理器上安全运行的软件 SIM, Onomondo 是其SoftSIM 解决方案的首个合作伙伴。这项创新技术带来了诸多好处，包括通过减少 SIM 卡和材料清单（BoM）费用、简化设计流程和降低功耗来节约成本。有了 SoftSIM，就不再需要物理 SIM 卡和 SIM 插座，从而简化了终端产品的设计，使产品结构更加紧凑。欲了解更多详细信息，请参阅 Nordic Semiconductor 和 Onomondo 为低功耗蜂窝物联网带来 “全球首款 ”软件 SIM的新闻稿，以及我们的nRF Connect SDK 2.5.0 网络研讨会，其中包括展示软件 SIM 功耗优势的演示。

适用于漫游设备的省电模式 (PSM)

对于全球蜂窝部署而言，这是一项改变游戏规则的功能，因为即使在不支持正常 PSM 使用（如漫游 SIM 卡）的网络环境中，它也能实现类似 PSM 的睡眠模式。这就避免了强行关闭模型的需要，因为我们的系统经过智能设计，可以平稳地处理省电转换，在功耗方面提供了突出的优势。

激活该模式后，当网络可用时，它将无缝切换到正常的 PSM 模式，确保始终保持最佳省电能力。

连接预评估

使用我们调制解调器的预评估功能，体验增强的电源管理。在连接和传输数据之前，我们的调制解调器会评估发送数据时最可能使用的估计功耗，并以估计类别（优秀、良好、正常、较差或恶劣条件）和原始参数（如无线电链路质量、RSRP、RSRQ、SNR、CE 级别、TX 功率、重复次数、路径损耗等）的形式提供有价值的见解。

通过分析小区下行链路的无线电环境，您的应用程序可以决定是否发送数据，以确保数据传输的能效。这可通过 LTE 链路控制器库或 AT 命令 %CONEVAL 实现，有关如何使用的更多详情，请参阅 "能量估算 "指南。

改进的 NB-IoT 连接管理

对于 NB-IoT 设备来说，在不同基站之间移动是一项既费时又耗电的操作。我们的调制解调器固件增强了对 NB-IoT 设备的移动性支持，降低了更换基站时的总体功耗。

相反，如果 NB-IoT 设备是静态的（如公用事业电表），则不希望切换基站，如果与最近基站的链路质量暂时下降，则可能会意外切换基站。有了我们的降低移动性支持功能，设备就能保持与同一基站的连接，避免了切换到不同基站时的功耗损失。

针对特定国家的搜索优化

在移居新地区或在新地点部署蜂窝设备时，利用我们的特定国家搜索优化功能，可以无缝选择网络。我们的调制解调器通过在优先列表中存储移动国家代码、频段、射频信道号和 LTE-M/NB-IoT 等基本信息，实现更快的网络选择。使用我们Nordic专有的 %XCOUNTRYDATA 命令，您可以配置特定国家的搜索参数，从而加快在陌生地点选择网络的速度。如有必要，我们的调制解调器将执行全面搜索，以确保服务可用性。请放心，我们的功能符合 3GPP TS 23.122 中定义的 3GPP 网络选择规则，可确保可靠高效的网络连接。

调制解调器域事件通知

利用我们全面的调制解调器域事件通知功能，随时掌控调制解调器的性能。及时接收 "搜索状态 1"、"搜索状态 2"、"重置循环"、"ME过热 "和 "ME电池电量低 "等关键事件的警报。这些通知在决策过程中起着至关重要的作用，尤其是在调制解调器利用智能网络选择算法进行 "轻搜索"（搜索状态 1）之后。通过这些通知，您可以优化功耗、防止过热并确保不间断连接。利用我们的调制解调器域事件通知功能，您可以通过 LTE 链路控制器库或 AT 命令 %MDMEV 深入了解调制解调器的行为，并做出明智的选择。

前所未有的集成

全面集成的蜂窝物联网解决方案

nRF91 系列使用 Arm Cortex-M33 作为专用应用处理器，用户可对其进行完全编程。它拥有 1MB 闪存、256kB RAM 和一系列外设。除了 LTE 连接和定位选项外，该系列还可支持多种用例，并为蜂窝物联网和 DECT NR+（仅 nRF9161 和 nRF9131）提供真正的边缘计算可能性。Nordic 提供开源 nRF Connect 软件开发工具包，用户可使用该工具包在专用应用处理器上开发定制应用。请注意，nRF9131 mini SiP 没有集成 PMIC、无源元件和晶体。

nRF91 系列器件的功能对比

Features	nRF9160	nRF9161	nRF9151	nRF9131
CPU	Arm Cortex-M33 @ 64MHz	Arm Cortex-M33 @ 64MHz	Arm Cortex-M33 @ 64MHz	Arm Cortex-M33 @ 64MHz
Flash / RAM	1 MB / 256 KB	1 MB / 256 KB	1 MB / 256 KB	1 MB / 256 KB
Arm Trustzone	✔️	✔️	✔️	✔️
Crypto acceleration	Arm Cryptocell 310	Arm Cryptocell 310	Arm Cryptocell 310	Arm Cryptocell 310
Integrated PMIC, passives & Xtral	✔️	✔️	✔️
Pre-certified	✔️	✔️	✔️
LTE-M	3GPP rel 13	3GPP rel 14	3GPP rel 14	3GPP rel 14
NB-IoT	3GPP rel 13	3GPP rel 14	3GPP rel 14	3GPP rel 14
DECT NR+		✔️	✔️	✔️
Certified Bands	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 66	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 65, 66, 85	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 65, 66, 85	1-5, 8, 12, 13, 17-20, 25, 26, 28, 65, 66, 85
Frequency	700-2200 MHz	700-2200 MHz (LTE)1.9GHz (NR+)	700-2200 MHz (LTE)1.9GHz (NR+)	700-2200 MHz (LTE)1.9GHz (NR+)
Maximum TX Power	23 dBm	23 dBm	23 dBm	23 dBm
Power Class 5 20dBm			✔️
Supply Voltage Range	3.0 to 5.5 V	3.0 to 5.5 V	3.0 to 5.5 V	3.0 to 5.5 V (dependent on ref. design)
Operating temperature	-40 to 85°C	-40 to 85°C	-40 to 85°C	-40 to 85°C
Package options	10x16x1.04 mm LGA	10x16x1.04 LGA	11x12x1 mm LGA	7x11x0.74 mm LGA

nRF91系列认证

我们的测试和认证工程师团队正穿梭于世界各地，进行所有重要地区和所有主要运营商的认证。

nRF9160 SiP、nRF9161 SiP 和 nRF9151 SiP 已通过认证，可在全球最重要的地区、网络和 LTE 频段运行。

设备的所有认证都列在相应的标签中。它们主要分为四种类型：

• 全球认证：GCF和PTCRB是全球认证，目的是确保与LTE 3GPP规范的兼容性，以便设备可以使用LTE-M或NB-IoT与eNBs (基站)通信。
• 法规：法规认证本质上是区域性的，是在一个地区使用无线电设备所必需的认证。
• 移动网络运营商(MNO)：一些运营商有自己的认证程序。除了GCF或PTCRB，大多数运营商不需要其他认证。
• 安全

在这里进一步了解蜂窝物联网设备的认证过程。

完美协同

通过Nordic nPM Family PMICs, nRF70 Wi-Fi Companion ICs, Nordic的多协议SoC和nRF云服务扩展您的蜂窝应用，为您带来无限机会。

nRF91系列为蜂窝和DECT NR+连接提供了出色的解决方案。当然，如果你的应用需要与短距离设备连接，例如低功耗蓝牙或Matter应用，以及利用基于SSID的WiFi定位功能来增强定位能力，或者如果需要一个带电量计的低功耗电源管理IC（PMIC）以便监测可充电电池，我们将提供完美的协同设备。通过无缝集成我们丰富的产品系列中的各种组件（由统一的nRF Connect SDK支持），您可以毫不费力地组合功能，同时享受集中支持和供应的便利。

• SSID Wi-Fi 定位和nRF91 系列

nRF70系列提供基于SSID的Wi-Fi定位功能，为室内和室外设备提供了一种非常有效的获取低功耗定位数据的方法。通过将nRF70系列设备与nRF91系列设备配对，多种可选的定位服务可用于基于优化的nRF云定位服务的应用。根据所需的精度和功耗需求，用户可以使用以下服务的任意组合:辅助 GPS、预测 GPS、多蜂窝、单蜂窝和基于 SSID Wi-Fi 的定位服务。

• 多协议SoCs和nRF91系列

Nordic多协议SoCs，包括nRF52, nRF53和最新的nRF54系列，能够无缝地将短距离无线技术集成到您的蜂窝应用中。无论是低功耗蓝牙，Thread，Zigbee，还是Matter，这些芯片都是一个出色选择。它们以可靠性和高性能著称，是可信赖的解决方案，能提升任何需要通过各种短程协议进行通信的蜂窝应用。此外，这些芯片使确保了最终产品灵活性，未来，您可以通过固件空中更新来解锁产品的新功能。

• PMICs和nRF91 系列

nPM1300电源管理IC (PMIC)是使用可充电电池的nRF91系列的完美搭档。这款多功能PMIC提供了一系列卓越的功能，包括一个低功耗电量计以精准监测电池，一个外部看门狗定时器以实现可靠的系统复位，以及多个GPIOs和三个LED驱动器。通过nPM1300 PMIC和nRF91系列器件，您可以优化电源管理，实时了解电池寿命，确保系统可靠性，并为您的蜂窝物联网应用提高功能性。这个强大的组合将助您释放产品的全部潜力。

• nRF Cloud和nRF91系列

体验专为nRF91系列定制的终极物联网服务平台——nRF Cloud。与其他忽视低功耗设备和受限协议的独特要求的云解决方案不同，nRF Cloud专门针对Nordic设备进行了优化，确保了行业领先的性能和效率。

释放nRF Cloud的潜力，让这项尖端服务增强您的应用。我们的先进定位服务提供了广泛的选择，包括辅助 GPS、预测 GPS、多蜂窝、单蜂窝和基于 SSID Wi-Fi 的定位。无论您的功耗或精度需求如何，它都将提供保障。

我们很高兴地宣布，Nordic nRF Cloud将很快支持CoAP协议——这是一种专门为低功耗设备设计的基于UDP的网络协议。无论您使用的是LTE-M还是NB-IoT, CoAP都能无缝集成并带来出色的结果。

但这还不是全部。nRF Cloud还提供一流的安全服务和设备管理功能，给您最大的安心。

蜂窝物联网应用

利用超低功耗蜂窝物联网探索无限可能

蜂窝物联网技术的出现开辟了一个全新的应用世界。此外，当引入超低功耗功能时，潜在的应用将成倍增长，彻底改变物联网的格局。

Nordic 的超低功耗 nRF91 系列将 LTE-M、NB-IoT、GNSS、射频前端 (RFFE) 和电源管理无缝集成到一个极其紧凑的封装中，开辟了先进应用性能和可能性的新领域。

固件无线（FOTA）更新将进一步增强蜂窝物联网终端产品的适应性、弹性和面向未来的能力，使更新和错误修复无需人工干预即可大规模推出。

资产追踪

最大限度地提高资产追踪效率： 利用 nRF91 系列的强大功能

为避免每年因资产错置、损坏或失窃造成数十亿美元的损失，可靠的资产追踪技术成为监控和定位资产的经济高效的解决方案。采用地理围栏技术，每当资产移动到指定地理区域之外，就会收到实时通知，从而加强安全措施。资产跟踪可深入了解资产使用情况和劳动力管理情况，从而提高生产率。它使企业能够监控速度、距离和在路上的时间等关键指标，从而全面了解员工绩效和车辆使用情况，最终做出更明智的决策。

资产追踪可提供多种用途，例如：

• 用于跟踪人或宠物的可穿戴设备： 我们的解决方案结构紧凑、功耗低，使可穿戴设备能够跟踪佩戴者的位置，无论是医院的员工、养老院的住户，还是邻居家的猫咪。
• 工作场所安全： 跟踪各种工作场所（如采矿、离岸平台、建筑工地）人员的健康状况和位置，以便在发生事故或其他潜在危险情况时快速发出通知。
• 托盘跟踪： 托盘位置跟踪可提供可视性，以便确定资源位置，还可帮助找回失窃物品和检测撞击情况。
• 地理围栏： 通过地理围栏，您可以添加一个虚拟边界，并在跟踪设备突破该边界时收到通知。
• 车辆跟踪： 通过速度、距离和行驶时间等指标跟踪车辆使用情况，帮助您了解员工的工作表现。
• 便携式医疗设备： 通过确保随时了解便携式设备的位置，提高医疗保健领域的效率。

蜂窝物联网在资产追踪方面的优势：

• 全球覆盖： 基于现有的蜂窝基础设施，提供全球覆盖，无需维护自己的基础设施。
• 未来无忧： LTE-M 和 NB-IoT 现已成为 5G 技术，可长期支持。
• 长距离： 蜂窝物联网的典型范围在 11-15 公里之间，NB-IoT 非常适合地下应用。
• 高吞吐量： 蜂窝物联网的吞吐量优于其他竞争技术，但功耗仍然很低。
• 超低功耗：nRF91 系列从设计之初就考虑到了超低功耗，因此电池寿命非常长--电池可能并不昂贵，但在野外设备上更换电池却非常昂贵。
• 现成的应用： nRF Connect SDK 包含 Asset Tracker v2 应用程序，这是一个开箱即用的超低功耗资产跟踪示例，可与 nRF9160 DK 和 Thingy:91 配合使用。
• nRF Cloud服务： 我们的 nRF Cloud 可根据您的功耗和精度要求提供多种不同的定位服务。
  • 提供基于 LTE 的定位服务（单蜂窝、多蜂窝），实现低功耗，同时兼顾准确性。
  • 提供基于 LTE 的 GPS 性能增强（A-GPS、P-GPS）。
  • 通过在设计中集成 nRF70 系列来优化您的应用，从而实现基于 SSID 的 Wi-Fi 定位，实现低功耗和高精度的完美结合，并能在室内正常工作。

智慧城市

创造更可持续的城市环境

智慧城市作为一个特定的物联网垂直领域，具有一系列引人注目的优势，使其前景十分诱人。其中一个关键优势在于高效的废物管理，远程监控可简化资源分配并节约成本。此外，智慧城市还可通过实时访问停车位可用性数据提供优化的停车解决方案，从而减少燃料消耗、节约时间并缓解交通拥堵。高能效街道照明是通过远程监测和控制实现的另一个显著优势，可节省大量电力，提高成本效益。

最后，有效的环境管理是收集传感器数据和环境测量结果的一个重要方面。通过这些数据可以进行预测性维护，及时发现并解决环境问题，确保城市环境更清洁、更安全、更可持续。这些优势共同凸显了采用智慧城市技术提高生活质量、促进可持续发展和优化城市功能的重要意义。

蜂窝物联网在智慧城市方面的优势：

• 利用现有基础设施： 蜂窝物联网利用现有的蜂窝基础设施，这些基础设施已部署在大多数城市地区，可实现简便、低成本的部署。
• 覆盖范围： 据估计，蜂窝物联网在城市地区的覆盖范围为 1 公里，在农村地区可达 15 公里。
• 面向未来： LTE-M 和 NB-IoT 现在都是 5G 技术，可长期支持，这对于在城市范围内部署非常重要。
• 高吞吐量： 蜂窝物联网的吞吐量优于其他竞争技术，同时功耗仍然很低。
• 超低功耗：nRF91 系列从设计之初就考虑到了超低功耗，因此电池寿命非常长--电池可能并不昂贵，但在野外设备上更换电池却非常昂贵。

智能计量

改造公用事业基础设施： 拥抱智能计量的力量

管理和维护公用事业基础设施正变得越来越复杂。可再生能源、风能、太阳能和氢能等颠覆性技术正在推动公用事业系统的发展，为智能计量带来了重大机遇。

智能计量通过收集和处理计量信息，在这一变革中发挥着至关重要的作用。它们具有一系列优势，包括：

• 监控基础设施： 对公用事业基础设施进行实时监控，从而优化资源分配，并通过识别和解决瓶颈和低效问题来简化运营。
• 提高运营效率： 消除人工抄表，实现远程配置和诊断。
• 增强知情决策能力： 智能计量可随时向终端用户提供计量数据。通过获取准确和实时的信息，消费者可以对其能源使用情况做出明智的选择，从而提高能源效率和可持续性。

蜂窝物联网在智能计量方面的优势：

• 超低功耗： 电池寿命超长--电池并不昂贵，但更换电池却很费钱。
• nRF Cloud服务： 我们的云平台提供空中固件服务，使您能够远程更新部署的设备。
• 现成的应用程序： nRF Connect SDK 包含串行 LTE 调制解调器应用程序，可用于模拟独立的 LTE 调制解调器。我们还提供了多个示例，例如 nRF CoAP Client 和 LwM2M Client，它们是智能计量应用的绝佳起点。
• 选择适合您的技术： 同时支持 LTE-M 和 NB-IoT，其中 NB-IoT 通常更适用于水表和燃气表，以获得更好的室内普及率，而 LTE-M 则适用于电表，以获得更低的延迟。与目前市场上的许多专有解决方案相比，您可以选择开放标准。
• 灵活的 SIM 卡解决方案： 我们提供软件 SIM 卡和 e-SIM 卡解决方案；一旦关闭电表，就无法再打开。

智慧农业

提高效率和更好地利用资源

农业部门面临着新的挑战，包括饮食偏好的改变、劳动力和能源成本的上升以及因气候变化而加剧的环境变化。解决之道在于智慧农业，它利用数据和连接性，使农民能够做出精确的决策，并以最少的资源获得最大的产量。智慧农业提供了许多不同的使用案例，包括：

• 灌溉监控： 无线监控使农民能够检测到灌溉系统中潜在的泄漏，并远程关闭供水，从而减少水的浪费和损失。
• 智能作物监测： 无线传感器监测土壤、天气、湿度和温度 。
• 牲畜监控： 通过传感器监控牲畜的位置和健康状况。

蜂窝物联网在智慧农业方面的优势：

• 直接到云通信： 利用蜂窝物联网，每台设备都能直接与云通信，因此非常适合设备之间相距甚远的用例。
• 可扩展性： 蜂窝物联网具有很强的可扩展性，可以从少量设备开始，然后逐步扩大。

工业4.0

下一场革命

第四次工业革命推动了各行各业的变革，包括蜂窝物联网应用。智能电网正在彻底改变各行业管理电力资源的方式。它促进了联网设备和硬件之间的高效通信，能够实时检测能源峰值、设备故障和停电。预测性维护是工业 4.0 的另一个基石，使各行业能够监控设备性能。通过收集和分析数据，它可以预测潜在的结果，最大限度地减少停机时间并优化生产率。

蜂窝物联网在工业 4.0 方面的优势：

• 全球覆盖： 在其他连接方式无法使用或不可靠的偏远或难以到达的地点监控设备和收集数据。
• 可靠、安全的连接： 确保数据传输和接收不受干扰或影响。这一点对于预测性维护解决方案尤为重要，因为数据传输的任何中断都可能导致错过警报或延迟维护，从而可能导致设备故障和停机。
• 可扩展性： 它可以实时发送大量数据到云端进行分析。这对预测性维护解决方案至关重要，因为它们需要持续监控和分析来自多个来源的数据。
• 成本效益高： 它不需要昂贵的定制连接解决方案或专用网络。蜂窝连接正在更好地适应物联网需求，成本也在不断降低。

SEP 许可协议

知识产权和无线电标准许可

Nordic Semiconductor 是开放式无线电标准的长期坚定支持者。我们的产品支持当今三大成熟的无线电标准，即蓝牙® 低功耗、Wi-Fi 6 和蜂窝。

我们坚信，只有采用开放式标准，才能实现无线通信的未来潜力。

遵守开放式无线电标准会促进竞争和创新，从而带来质量更好、价格更合理的解决方案。它还能确保通信技术在国际范围内运行，促进全球连接与合作。开放式标准更易于更新和适应新的进步，有助于未来的技术投资。

什么是标准必要专利 (Standard Essential Patents, SEP)

为了加快技术的应用并确保产品的兼容性，大多数行业都会合作制定有关技术工作方式的全球标准。无线电技术行业有多个标准，包括蓝牙® 低功耗、Wi-Fi 6 和 LTE-M / NB-IoT（均为 4G 和 5G 的子集）。这些无线电技术标准由不同的标准机构制定，并由参与成员开发，这些成员为新的创造性技术提交专利申请，如果这些技术被采纳为标准，并因此成为标准运行所必需的，则被称为 "标准必要专利 "或 "SEP"。制定新的全球蜂窝无线电标准非常复杂，需要大量资源，而被宣布为必要专利的专利数以千计。作为回报，我们获得了从 2G 到 5G 的无与伦比的创新速度，以及可靠、面向未来和安全的基础设施，可在全球范围内接入各种消费、汽车和工业用例。

专利所有人和标准制定组织的参与者通常承诺按照公平、合理和非歧视（"FRAND"）条款和条件许可其专利。

蜂窝的 SEP 许可

蜂窝 SEP 的授权一直被认为很复杂，因为它不像蓝牙特殊兴趣小组 (SIG) 那样有组织。有许多个人许可证所有者，直到最近才组织起来，专注于手持设备市场的许可证发放。

许多人将蜂窝无线电标准用于其他用例，但他们现在还没有获得许可。造成这种情况有多种原因，如缺乏关于什么是公平、什么是合理的指导，整体意识和透明度较低，以及没有切实可行、简便易行的方式签署许可协议。另一个原因是关于专利许可应在价值链的哪个环节授予和支付的讨论话题。Nordic很早就公开表示，许可证应授予元件制造商，因为元件制造商（尤其是在物联网领域）比其客户更接近无线电技术。然而，一些 SEP 所有者更倾向于根据终端产品的使用情况，直接向终端产品制造商授予许可。

为什么Nordic现在才与 Sisvel 签订协议？

从法律和合规的角度来看，毫无疑问，制定标准的专利所有人有权就各种产品或设备对标准的使用获得 "公平合理 "的补偿。近年来，专利池许可计划加入了传统的手持设备市场许可计划，使汽车和其他特定使用案例的许可成为可能。

现在，是时候为快速发展、更加多样化的蜂窝物联网市场寻找一种解决方案了。为此，Nordic选择积极参与解决方案的制定。此外，Nordic 还通过可选协议获得 Sisvel 蜂窝物联网专利池的许可，使客户获得许可变得非常简单。

Sisvel 蜂窝物联网专利池

2022 年，Sisvel 与包括爱立信在内的少数专利所有人共同启动了蜂窝物联网标准 LTE-M 和 NB-IoT 的专利池。从那时起，专利池不断扩大，如今已包括 31 位个人专利所有人，估计 SEP 所占份额超过 50%。

自推出以来，Nordic 一直与 Sisvel 保持对话，支持他们建立一个考虑到物联网行业实际情况的专利池，并认为该专利池对所有相关方都是合理的。Nordic 担心，如果没有可行的解决方案，大量部署蜂窝设备的项目将面临风险。Nordic为使用 LTE-M 或 NB-IoT 无线电标准部署蜂窝设备的成本提供了更好的透明度和可预测性。该协议还具有重要意义，因为它有助于设定一个重要的可比标准，即 31 个专利所有人认为在低功耗物联网设备中使用这些标准的总专利使用费是多少。

通过这项协议，我们的客户现在可以选择以透明的价格购买 31 个专利所有人的专利许可。Nordic将获得的许可转交给客户，客户如果接受许可条款，将直接向Nordic报告并付款。 费用按设备计算，取决于 Nordic 客户出售设备的价格。这是一个非常简单有效的解决方案。

Product Category	Selling Price	LTE-M (Inc. NB-IoT)	NB-IoT
IoT Sensor Device	<= $US6	$0.08 (- 1.3%)	$0.08
	$US6.01 - 20	$0.35 (1.7 - 5.8%)	$0.35
	$US20.01 - 60	$0.66 (1.1 - 3.3%)	$0.66
	$US60.01 - 130	$1.33 (1 - 2.2%)	$0.66
	> $US130.01		$0.66
Smart Meter Device		$2.00

费率不会因更多的SEP拥有者加入而增加。

许可证的好处：

• 遵守法律法规
• 提高法律和财务能见度
• 获得最新的蜂窝技术
• 被动参与蜂窝通信标准的不断发展
• 被视为 "自愿的许可证持有者"，而不是 "坚持己见 "的人

如果您有任何疑问或希望了解更多详情，请与 Nordic 联系。