5G低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應(yīng)用

目　　錄
第1章　5G的發(fā)展歷程\t（1）
1．1　人類的文明發(fā)展與通信\t（1）
1．2　移動(dòng)通信的起源與發(fā)展\t（1）
1．3　從1G到5G來看移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展\t（2）
1．3．1　1G：初試鋒芒的移動(dòng)通信系統(tǒng)\t（2）
1．3．2　2G：進(jìn)入數(shù)字通信時(shí)代的移動(dòng)通信系統(tǒng)\t（3）
1．3．3　3G：百花齊放的數(shù)據(jù)通信時(shí)代\t（4）
1．3．4　4G：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的全面爆發(fā)\t（5）
1．3．5　5G：萬物互聯(lián)時(shí)代的到來\t（7）
1．4　5G的應(yīng)用場景\t（10）
1．5　5G低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)\t（10）
1．6　基于Nordic的5G低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案\t（12）
第2章　基于nRF9160模塊的硬件設(shè)計(jì)\t（15）
2．1　nRF9160模塊簡介\t（15）
2．1．1　Arm Cotex-M33簡介\t（16）
2．1．2　支持LTE-M/NB-IoT的低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)\t（16）
2．1．3　支持GNSS\t（17）
2．1．4　nRF9160模塊的版本區(qū)別\t（18）
2．2　nRF9160模塊的主要特性\t（18）
2．2．1　nRF9160模塊的工作條件\t（18）
2．2．2　nRF9160模塊的引腳分布\t（19）
2．2．3　nRF9160模塊的硬件原理圖設(shè)計(jì)\t（19）
2．3 nRF9160模塊的天線和射頻接口\t（20）
2．3．1　天線的要求\t（20）
2．3．2　天線設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)\t（23）
2．3．3　GPS接口和天線\t（25）
2．3．4　射頻前端控制接口\t（30）
2．3．5　天線和射頻測試\t（31）
2．4　nRF9160模塊的引腳和接口使用建議\t（35）
2．4．1　VSS引腳\t（36）
2．4．2　GND_Shield引腳\t（36）
2．4．3　ENABLE引腳\t（36）
2．4．4　VDD1引腳和VDD2引腳\t（36）
2．4．5　VDD_GPIO引腳\t（38）
2．4．6　GPIO引腳\t（39）
2．4．7　DEC0引腳\t（40）
2．4．8　nRESET引腳\t（40）
2．4．9　SWD接口\t（40）
2．4．10　UICC接口\t（41）
2．4．11　MAGPIO引腳\t（42）
2．4．12　MIPI RFFE接口\t（42）
2．4．13　ANT引腳\t（43）
2．4．14　AUX引腳\t（43）
2．4．15　GPS引腳\t（44）
2．4．16　COEX引腳\t（45）
2．4．17　Reserved保留引腳\t（46）
2．5　nRF9160模塊的硬件應(yīng)用設(shè)計(jì)\t（46）
2．5．1　nRF9160模塊的組件布局\t（46）
2．5．2　關(guān)于天線的要求\t（47）
2．5．3　nRF9160模塊的放置\t（48）
2．5．4　nRF9160模塊的散熱建議\t（48）
2．5．5　PCB層疊的設(shè)計(jì)考慮\t（48）
2．6　小結(jié)\t（48）
第3章　NCS平臺(tái)的搭建\t（49）
3．1　NCS平臺(tái)和Zephyr\t（49）
3．1．1　NCS簡介\t（49）
3．1．2　Zephyr是什么\t（50）
3．1．3　NCS平臺(tái)和Zephyr的主要區(qū)別\t（51）
3．2　NCS平臺(tái)的搭建\t（51）
3．2．1　NCS平臺(tái)的下載安裝\t（52）
3．2．2　SES嵌入式集成開發(fā)環(huán)境的搭建\t（56）
3．2．3　west命令行工具的安裝\t（58）
3．2．4　工程示例\t（58）
3．3　NCS平臺(tái)的結(jié)構(gòu)\t（62）
3．3．1　文件目錄\t（62）
3．3．2　API函數(shù)的目錄\t（62）
3．3．3　工程編譯后的目錄\t（63）
3．4　NCS平臺(tái)的配置\t（63）
3．4．1　NCS平臺(tái)的配置工具\(yùn)t（63）
3．4．2　NCS平臺(tái)的工程配置\t（63）
3．5　nRF9160 DK開發(fā)板\t（69）
3．5．1　nRF9160 DK開發(fā)板的功能\t（70）
3．5．2　nRF9160 DK開發(fā)板的主要特性\t（70）
3．5．3　使用nRF9160 DK開發(fā)板連接到蜂窩網(wǎng)絡(luò)的注意事項(xiàng)\t（71）
3．5．4　nRF9160 DK開發(fā)板的使用向?qū)t（71）
3．6　LTE-BLE-DEV 評(píng)估板\t（76）
3．7　小結(jié)\t（77）
第4章　nRF9160模塊的雙核處理器\t（79）
4．1　nRF9160模塊的雙核處理器架構(gòu)\t（79）
4．1．1　網(wǎng)絡(luò)核處理器的使用\t（80）
4．1．2　應(yīng)用核處理器的使用\t（82）
4．2　鏡像管理\t（93）
4．3　小結(jié)\t（98）
第5章　nRF9160模塊的應(yīng)用核處理器及外設(shè)\t（99）
5．1　概述\t（99）
5．1．1　nRF9160模塊應(yīng)用核處理器的外設(shè)簡介\t（99）
5．1．2　nRF9160模塊應(yīng)用核處理器的外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫\t（99）
5．2　UART外設(shè)及其使用\t（103）
5．2．1　nRF9160模塊的UART簡介\t（103）
5．2．2　Zephyr的UART外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫\t（103）
5．2．3　Nordic的UARTE外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫\t（109）
5．3　ADC外設(shè)及其使用\t（112）
5．3．1　nRF9160模塊的SAADC簡介\t（112）
5．3．2　nRF9160模塊的SAADC外設(shè)驅(qū)動(dòng)庫\t（113）
5．4　小結(jié)\t（119）
第6章　低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)原型開發(fā)平臺(tái)Thingy：91\t（121）
6．1　背景知識(shí)\t（121）
6．2　實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)\t（122）
6．3　Thingy：91簡介\t（122）
6．3．1　Thingy：91的主要特性\t（122）
6．3．2　Thingy：91的應(yīng)用場景\t（123）
6．3．3　Thingy：91的硬件組成\t（123）
6．3．4　Thingy：91的軟件工具\(yùn)t（124）
6．4　Thingy：91的固件更新\t（124）
6．4．1　準(zhǔn)備工作\t（124）
6．4．2　通過USB更新Thingy：91固件\t（124）
6．4．3　通過燒錄器更新Thingy：91的固件\t（128）
6．5　小結(jié)\t（131）
第7章　基于nRF9160模塊和GNSS的定位實(shí)現(xiàn)\t（133）
7．1　背景知識(shí)\t（133）
7．1．1　GNSS簡介\t（133）
7．1．2　nRF9160模塊的定位方式\t（133）
7．2　GNSS接收機(jī)的使用\t（134）
7．2．1　啟動(dòng)GNSS接收機(jī)\t（134）
7．2．2　從GNSS接收機(jī)中讀取數(shù)據(jù)\t（134）
7．2．3　停止GNSS接收機(jī)\t（135）
7．2．4　刪除存儲(chǔ)在非易失性內(nèi)存中的GNSS數(shù)據(jù)\t（135）
7．3　GNSS接收機(jī)的配置\t（136）
7．3．1　GNSS接收機(jī)工作模式\t（136）
7．3．2　GNSS掩碼的設(shè)置\t（137）
7．3．3　GNSS接收機(jī)衛(wèi)星仰角閾值的設(shè)置\t（137）
7．3．4　GNSS接收機(jī)的配置示例\t（137）
7．4　基于nRF Cloud的A-GPS庫的輔助定位\t（142）
7．4．1　A-GPS庫的配置\t（143）
7．4．2　請求和處理A-GPS數(shù)據(jù)\t（143）
7．4．3　nRF Cloud數(shù)據(jù)下載的優(yōu)化方法\t（143）
7．4．4　使用輔助數(shù)據(jù)時(shí)考慮的因素\t（143）
7．4．5　A-GPS數(shù)據(jù)的局限性\t（144）
7．4．6　A-GPS庫的API函數(shù)\t（144）
7．5　基于nRF Cloud的P-GPS庫的輔助定位\t（144）
7．5．1　P-GPS庫的配置\t（145）
7．5．2　P-GPS庫的初始化\t（146）
7．5．3　關(guān)于時(shí)間庫的說明\t（146）
7．5．4　請求和處理P-GPS預(yù)測數(shù)據(jù)\t（146）
7．5．5　將P-GPS預(yù)測數(shù)據(jù)寫入LTE調(diào)制解調(diào)器\t（147）
7．5．6　應(yīng)用程序與GNSS模塊接口的交互\t（147）
7．5．7　P-GPS庫的API函數(shù)和結(jié)構(gòu)體\t（148）
7．6　小結(jié)\t（152）
第8章　基于nRF9160模塊的低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信\t（153）
8．1　背景知識(shí)\t（153）
8．1．1　LTE-M和NB-IoT簡介\t（153）
8．1．2　數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議\t（154）
8．1．3　安全協(xié)議\t（155）
8．1．4　應(yīng)用協(xié)議\t（155）
8．1．5　云服務(wù)和云連接\t（158）
8．1．6　本地應(yīng)用處理\t（159）
8．2　實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)\t（160）
8．3　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備\t（160）
8．4　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信例程at_client\t（160）
8．4．1　例程at_client的功能介紹\t（160）
8．4．2　調(diào)制解調(diào)器庫\t（161）
8．4．3　例程at_client的構(gòu)建\t（161）
8．4．4　例程at_client的代碼詳解\t（162）
8．4．5　通過例程at_client連接NB-IoT\t（170）
8．4．6　蜂窩網(wǎng)絡(luò)鏈路的監(jiān)聽\t（172）
8．4．7　NB-IoT的工作模式\t（175）
8．4．8　密鑰管理\t（180）
8．5　UDP的應(yīng)用\t（181）
8．5．1　背景知識(shí)\t（181）
8．5．2　例程udp的構(gòu)建\t（181）
8．5．3　UDP應(yīng)用的代碼詳解\t（183）
8．5．4　例程udp的驗(yàn)證\t（187）
8．6　HTTP/HTTPS協(xié)議的應(yīng)用\t（188）
8．6．1　背景知識(shí)\t（188）
8．6．2　例程download的構(gòu)建\t（188）
8．6．3　HTTP/HTTPS協(xié)議應(yīng)用的代碼詳解\t（189）
8．6．4　例程download的驗(yàn)證\t（192）
8．7　MQTT協(xié)議的應(yīng)用\t（193）
8．7．1　背景知識(shí)\t（193）
8．7．2　例程mqtt_simple的構(gòu)建\t（193）
8．7．3　MQTT協(xié)議應(yīng)用的代碼詳解\t（193）
8．7．4　例程mqtt_simple的驗(yàn)證\t（197）
8．8　小結(jié)\t（197）
第9章　nRF Cloud及其與nRF9160模塊的云通信\t（199）
9．1　Nordic Cloud簡介\t（199）
9．2　nRF Cloud的使用\t（200）
9．2．1　注冊賬戶\t（200）
9．2．2　獲取數(shù)字證書\t（200）
9．2．3　下載數(shù)字證書\t（202）
9．2．4　添加LTE設(shè)備\t（204）
9．3　nRF9160模塊與nRF Cloud的云通信例程\t（206）
9．3．1　nRF9160模塊與nRF Cloud云通信例程的構(gòu)建\t（206）
9．3．2　nRF9160模塊與nRF Cloud云通信例程的代碼詳解\t（206）
9．4　nRF9160模塊與nRF Cloud云通信例程的驗(yàn)證\t（209）
9．5　小結(jié)\t（210）
第10章　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)透傳模塊應(yīng)用例程\t（211）
10．1　背景知識(shí)\t（211）
10．2　實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)\t（212）
10．3　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備\t（213）
10．4　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)透傳例程的構(gòu)建\t（213）
10．5　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)透傳例程的代碼詳解\t（213）
10．5．1　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)透傳例程的初始化\t（213）
10．5．2　擴(kuò)展AT命令的解析\t（214）
10．5．3　在SLM中添加自定義的AT命令\t（216）
10．5．4　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)透傳例程中包含的擴(kuò)展AT命令\t（216）
10．6　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)透傳例程的驗(yàn)證\t（218）
10．7　小結(jié)\t（219）
第11章　Tracker的低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用例程\t（221）
11．1　背景知識(shí)\t（221）
11．2　實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)\t（222）
11．3　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備\t（222）
11．4　Tracker例程的構(gòu)建\t（223）
11．5　Tracker例程的代碼詳解\t（224）
11．5．1　Tracker例程asset_tracker_v2的代碼架構(gòu)\t（224）
11．5．2　建立MQTT與云服務(wù)器的通信\t（227）
11．5．3　開啟周期性定位模式\t（229）
11．5．4　基站定位的實(shí)現(xiàn)\t（230）
11．5．5　傳感器的使用\t（231）
11．5．6　Tracker的固件云端空中（FOTA）升級(jí)\t（232）
11．6　Tracker例程asset_tracker_v2的驗(yàn)證\t（233）
11．7　小結(jié)\t（234）
第12章　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)應(yīng)用例程\t（235）
12．1　背景知識(shí)\t（235）
12．2　實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)\t（236）
12．3　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備\t（236）
12．4　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)例程構(gòu)建\t（237）
12．5　低功耗蜂窩網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)例程的代碼詳解\t（238）
12．5．1　例程peripheral_uart解析\t（238）
12．5．2　例程hci_lpuart解析\t（239）
12．5．3　例程lte_ble_gateway_nus解析\t（240）
12．6　例程實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證\t（247）
12．7　小結(jié)\t（247）
第13章　固件云端空中升級(jí)\t（249）
13．1　背景知識(shí)\t（249）
13．2　實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)\t（250）
13．3　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備\t（250）
13．4　應(yīng)用固件云端空中升級(jí)例程application_update\t（250）
13．4．1　例程application_update簡介\t（250）
13．4．2　例程application_update的構(gòu)建\t（252）
13．4．3　例程application_update的代碼詳解\t（252）
13．4．4　例程application_update的驗(yàn)證\t（258）
13．5　調(diào)制解調(diào)器差分固件云端空中升級(jí)例程modem_delta_update\t（259）
13．5．1　例程modem_delta_update簡介\t（259）
13．5．2　例程modem_delta_update的構(gòu)建\t（260）
13．5．3　例程modem_delta_update的代碼詳解\t（260）
13．5．4　例程modem_delta_update的驗(yàn)證\t（265）
13．6　調(diào)制解調(diào)器整包固件云端空中升級(jí)例程full_modem_update\t（266）
13．6．1　例程full_modem_update簡介\t（266）
13．6．2　例程full_modem_update的構(gòu)建\t（266）
13．6．3　例程full_modem_update的代碼詳解\t（267）
13．6．4　例程full_modem_update的驗(yàn)證\t（273）
13．7　小結(jié)\t（273）
第14章　物聯(lián)網(wǎng)卡的簡介及使用\t（275）
14．1　背景知識(shí)\t（275）
14．1．1　什么是物聯(lián)網(wǎng)卡\t（275）
14．1．2　物聯(lián)網(wǎng)卡的主要形態(tài)\t（275）
14．1．3　物聯(lián)網(wǎng)卡的應(yīng)用\t（276）
14．2　物聯(lián)網(wǎng)卡的主要功能\t（276）
14．3　物聯(lián)網(wǎng)卡的使用\t（277）
14．3．1　物聯(lián)網(wǎng)卡的開卡\t（277）
14．3．2　物聯(lián)網(wǎng)卡如何在開卡后激活\t（278）
14．3．3　物聯(lián)網(wǎng)卡的計(jì)費(fèi)方式\t（278）
14．3．4　機(jī)卡綁定的注意事項(xiàng)\t（278）
14．4　nRF9160模塊的工作模式及物聯(lián)網(wǎng)卡的使用\t（279）
14．4．1　nRF9160模塊的工作模式\t（279）
14．4．2　在nRF9160模塊上使用物聯(lián)網(wǎng)卡\t（280）
14．5　小結(jié)\t（280）
第15章　nRF9160模塊的編程燒錄工具\(yùn)t（281）
15．1　背景知識(shí)\t（281）
15．2　實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)\t（283）
15．3　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備\t（283）
15．4　nRF9160模塊的在線燒錄工具\(yùn)t（283）
15．4．1　使用nrfjprog進(jìn)行在線燒錄\t（283）
15．4．2　使用west進(jìn)行在線燒錄\t（283）
15．4．3　nRF9160模塊的命令行批處理燒錄\t（284）
15．5　nRF9160模塊的量產(chǎn)燒錄工具\(yùn)t（284）
15．5．1　nRF91高速多通道燒錄器簡介\t（284）
15．5．2　硬件環(huán)境準(zhǔn)備\t（284）
15．5．3　軟件環(huán)境準(zhǔn)備\t（285）
15．5．4　上位機(jī)燒錄軟件的使用說明\t（285）
15．6　小結(jié)\t（288）
第16章　基于CMW500的nRF9160模塊測試\t（289）
16．1　背景知識(shí)\t（289）
16．2　CMW500簡介\t（289）
16．2．1　CMW500的常用按鍵\t（290）
16．2．2　CMW500工作參數(shù)的設(shè)置\t（290）
16．3　nRF9160 DK開發(fā)板和CMW500的連接\t（291）
16．4　燒錄測試程序\t（291）
16．5　測試LTE-M的設(shè)置\t（293）
16．6　測試命令\t（294）
16．7　NB-IoT信令測試的流程\t（294）
16．7．1　添加NB-IoT信令小區(qū)\t（294）
16．7．2　NB-IoT小區(qū)的參數(shù)設(shè)置\t（294）
16．7．3　CMW500與測試模塊的連接\t（295）
16．7．4　發(fā)射功率的測試\t（296）
16．8　小結(jié)\t（297）
參考文獻(xiàn)\t（299）