低功耗蜂窝物联网

一站式蜂窝解决方案

Nordic的目标是简化蜂窝产品开发并支持整个产品生命周期，为此，我们将所有蜂窝产品及服务整合成了一个完整的解决方案。这个由Nordic提供和支持的解决方案包括硬件、软件、开发工具、云服务以及领先的技术支持。

在下面探索我们的一站式蜂窝物联网解决方案!

LTE-M

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

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

能效

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。

服务质量(QoS)

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

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

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，Nordic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，与nRF Cloud一起使用。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。

关于Nordic如何推动安全标准的更多信息可以在我们的安全页面 中获取。

针对低功耗进行优化的蜂窝物联网

• 革命性的蜂窝解决方案： 无与伦比的电源效率

  要打造卓越的蜂窝物联网产品，低功耗是一个不可或缺的因素。凭借我们在制造屡获殊荣的超低功耗设备方面的丰富专业知识和经验，我们从头开始设计 nRF91 系列，使其成为当今市场上最省电、最完整的蜂窝解决方案。

• 针对所有网络条件的功率优化

  鉴于蜂窝设备的功耗在很大程度上取决于网络参数，我们对 nRF91 系列进行了精心优化，使其在各种条件下都能发挥出色的性能。由于我们坚持不懈地增强调制解调器固件功能和更新 nRF Connect SDK，我们的解决方案实现了无与伦比的能效，无论网络环境如何，都能确保最佳性能。

• 开启新的可能性

  nRF91 系列不仅具有超长的电池寿命，还为完全依靠能量收集的小型产品开辟了一个充满可能性的世界。有了我们的开创性技术，您现在就可以放心地部署，创造出通过能量收集无缝运行的紧凑型设备，为我们的地球创造一个更加可持续的未来。

蜂窝是复杂的

nRF91 系列让它变得简单

优化总平均电流消耗： 超过 PSM 底限电流

在评估蜂窝解决方案时，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）底层电流而言，仅根据这一指标得出结论可能会导致对设备电源效率的错误评估。要准确衡量设备的总体平均电流消耗，必须考虑 "唤醒电流 "等其他关键因素。

让我们比较一下 2.7µA PSM 基底电流的 nRF9160 SiP 与 1.8µA PSM 基底电流的模块 X：

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

该图比较了模块 X PSM、nRF9160 PSM 和 nRF9160 关闭调制解调器（而不是进入 PSM）并每隔 n 小时唤醒以发送数据的平均电流。即使模块 X 的 PSM 底限电流比 nRF9160 低近 1µA，它在 PSM 周期的功耗效率也永远比不上 nRF9160。此外，如果在发送数据的间隙关闭 nRF9160 调制解调器，则 nRF9160 在这些长睡眠周期（超过 60 小时）中最省电。这是因为 nRF9160 从设计之初就考虑到了超低功耗。此外，我们还通过新的固件更新不断改进。

由于大多数网络都要求设备在 PSM 状态下（例如每隔 3 小时进行一次 TAU）以特定间隔连接以进行跟踪区域更新（TAU），因此无论如何，设备都很少能达到 PSM 睡眠的天数。网络控制着设备，而 nRF91 系列是唯一考虑到这一点的设备。

独特的调制解调器功能

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。以下是这些改变游戏规则、带来卓越效果的功能的几个示例。

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、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，您的应用可以决定是否发送数据，以确保数据传输的能效。该功能可通过 LTE 链路控制器库或 AT 命令 %CONEVAL实现，有关如何使用该功能的更多详情，请参阅 "能量估算 "指南。

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。我们的调制解调器在优先列表中存储了移动国家代码、频段、无线电频率信道号和 LTE-M/NB-IoT 等基本信息，从而加快了网络选择速度。

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进行全面搜索，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。

支持SoftSIM 

nRF91 系列支持 SoftSIM，这是 Onomondo 提供的基于软件的 SIM 解决方案，可在应用处理器上安全运行。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，请参阅与此次合作相关的新闻稿。

nRF91系列在蜂窝物联网中的优势

nRF91系列在超低功耗的基础上构建。我们易用且全球认证的解决方案将帮您大大缩短的产品上市时间。我们出色的开发文档、全面的软件开发工具包、灵活的硬件和协同工具将让您的产品开发变得非常容易。

最后，在nRF9160和nRF9161的10x16mm的微型SiP以及nRF9131的7x11mm的微型SiP中，我们实现了完整的通信和应用模块，这是前所未有的集成度。

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。

• 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。

• 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。

• 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。

nRF9160的认证

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。

在这里进一步了解nRF9160的认证信息。

下面是nRF9160的认证。这些认证主要分为四类：

• 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。

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。