5G低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)與應用

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　移動通信的起源與發(fā)展\t（1）
1．3　從1G到5G來看移動通信技術(shù)的發(fā)展\t（2）
1．3．1　1G：初試鋒芒的移動通信系統(tǒng)\t（2）
1．3．2　2G：進入數(shù)字通信時代的移動通信系統(tǒng)\t（3）
1．3．3　3G：百花齊放的數(shù)據(jù)通信時代\t（4）
1．3．4　4G：移動互聯(lián)網(wǎng)時代的全面爆發(fā)\t（5）
1．3．5　5G：萬物互聯(lián)時代的到來\t（7）
1．4　5G的應用場景\t（10）
1．5　5G低功耗蜂窩網(wǎng)絡的演進\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\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)絡標準\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\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)計的注意事項\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模塊的硬件應用設(shè)計\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)計考慮\t（48）
2．6　小結(jié)\t（48）
第3章　NCS平臺的搭建\t（49）
3．1　NCS平臺和Zephyr\t（49）
3．1．1　NCS簡介\t（49）
3．1．2　Zephyr是什么\t（50）
3．1．3　NCS平臺和Zephyr的主要區(qū)別\t（51）
3．2　NCS平臺的搭建\t（51）
3．2．1　NCS平臺的下載安裝\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平臺的配置\t（63）
3．4．1　NCS平臺的配置工具\t（63）
3．4．2　NCS平臺的工程配置\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)絡的注意事項\t（71）
3．5．4　nRF9160 DK開發(fā)板的使用向?qū)t（71）
3．6　LTE-BLE-DEV 評估板\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)絡核處理器的使用\t（80）
4．1．2　應用核處理器的使用\t（82）
4．2　鏡像管理\t（93）
4．3　小結(jié)\t（98）
第5章　nRF9160模塊的應用核處理器及外設(shè)\t（99）
5．1　概述\t（99）
5．1．1　nRF9160模塊應用核處理器的外設(shè)簡介\t（99）
5．1．2　nRF9160模塊應用核處理器的外設(shè)驅(qū)動庫\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)動庫\t（103）
5．2．3　Nordic的UARTE外設(shè)驅(qū)動庫\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Thingy：91\t（121）
6．1　背景知識\t（121）
6．2　實驗目標\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\t（124）
6．4　Thingy：91的固件更新\t（124）
6．4．1　準備工作\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的定位實現(xiàn)\t（133）
7．1　背景知識\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接收機的使用\t（134）
7．2．1　啟動GNSS接收機\t（134）
7．2．2　從GNSS接收機中讀取數(shù)據(jù)\t（134）
7．2．3　停止GNSS接收機\t（135）
7．2．4　刪除存儲在非易失性內(nèi)存中的GNSS數(shù)據(jù)\t（135）
7．3　GNSS接收機的配置\t（136）
7．3．1　GNSS接收機工作模式\t（136）
7．3．2　GNSS掩碼的設(shè)置\t（137）
7．3．3　GNSS接收機衛(wèi)星仰角閾值的設(shè)置\t（137）
7．3．4　GNSS接收機的配置示例\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)于時間庫的說明\t（146）
7．5．4　請求和處理P-GPS預測數(shù)據(jù)\t（146）
7．5．5　將P-GPS預測數(shù)據(jù)寫入LTE調(diào)制解調(diào)器\t（147）
7．5．6　應用程序與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)絡通信\t（153）
8．1　背景知識\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　應用協(xié)議\t（155）
8．1．5　云服務和云連接\t（158）
8．1．6　本地應用處理\t（159）
8．2　實驗目標\t（160）
8．3　實驗準備\t（160）
8．4　低功耗蜂窩網(wǎng)絡通信例程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的應用\t（181）
8．5．1　背景知識\t（181）
8．5．2　例程udp的構(gòu)建\t（181）
8．5．3　UDP應用的代碼詳解\t（183）
8．5．4　例程udp的驗證\t（187）
8．6　HTTP/HTTPS協(xié)議的應用\t（188）
8．6．1　背景知識\t（188）
8．6．2　例程download的構(gòu)建\t（188）
8．6．3　HTTP/HTTPS協(xié)議應用的代碼詳解\t（189）
8．6．4　例程download的驗證\t（192）
8．7　MQTT協(xié)議的應用\t（193）
8．7．1　背景知識\t（193）
8．7．2　例程mqtt_simple的構(gòu)建\t（193）
8．7．3　MQTT協(xié)議應用的代碼詳解\t（193）
8．7．4　例程mqtt_simple的驗證\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云通信例程的驗證\t（209）
9．5　小結(jié)\t（210）
第10章　低功耗蜂窩網(wǎng)絡透傳模塊應用例程\t（211）
10．1　背景知識\t（211）
10．2　實驗目標\t（212）
10．3　實驗準備\t（213）
10．4　低功耗蜂窩網(wǎng)絡透傳例程的構(gòu)建\t（213）
10．5　低功耗蜂窩網(wǎng)絡透傳例程的代碼詳解\t（213）
10．5．1　低功耗蜂窩網(wǎng)絡透傳例程的初始化\t（213）
10．5．2　擴展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)絡透傳例程中包含的擴展AT命令\t（216）
10．6　低功耗蜂窩網(wǎng)絡透傳例程的驗證\t（218）
10．7　小結(jié)\t（219）
第11章　Tracker的低功耗蜂窩網(wǎng)絡應用例程\t（221）
11．1　背景知識\t（221）
11．2　實驗目標\t（222）
11．3　實驗準備\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\t（232）
11．6　Tracker例程asset_tracker_v2的驗證\t（233）
11．7　小結(jié)\t（234）
第12章　低功耗蜂窩網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)應用例程\t（235）
12．1　背景知識\t（235）
12．2　實驗目標\t（236）
12．3　實驗準備\t（236）
12．4　低功耗蜂窩網(wǎng)絡網(wǎng)關(guān)例程構(gòu)建\t（237）
12．5　低功耗蜂窩網(wǎng)絡網(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　例程實驗驗證\t（247）
12．7　小結(jié)\t（247）
第13章　固件云端空中升級\t（249）
13．1　背景知識\t（249）
13．2　實驗目標\t（250）
13．3　實驗準備\t（250）
13．4　應用固件云端空中升級例程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的驗證\t（258）
13．5　調(diào)制解調(diào)器差分固件云端空中升級例程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的驗證\t（265）
13．6　調(diào)制解調(diào)器整包固件云端空中升級例程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\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)卡的計費方式\t（278）
14．3．4　機卡綁定的注意事項\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\t（281）
15．1　背景知識\t（281）
15．2　實驗目標\t（283）
15．3　實驗準備\t（283）
15．4　nRF9160模塊的在線燒錄工具\t（283）
15．4．1　使用nrfjprog進行在線燒錄\t（283）
15．4．2　使用west進行在線燒錄\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\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)境準備\t（284）
15．5．3　軟件環(huán)境準備\t（285）
15．5．4　上位機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\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\t（299）