【導(dǎo)讀】許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都由電池供電，而其中一項重要運作因素，就是正常使用情況下的電池壽命。延長電池壽命可以改善用戶體驗、降低維護(hù)成本并減少浪費。
許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都由電池供電，而其中一項重要運作因素，就是正常使用情況下的電池壽命。延長電池壽命可以改善用戶體驗、降低維護(hù)成本并減少浪費。
工程師可以選擇容量更大的電池來延長電池壽命，但這會增加成本、體積和重量。更好的辦法是在設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時采用系統(tǒng)化的方法，確保在運行過程中不會浪費一點一滴的能量。
蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用 LTE-M 或 NB-IoT 協(xié)議，這兩種協(xié)議都是為低功耗運行而設(shè)計的。除此以外，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的總體能耗取決于其關(guān)鍵組件的效率和應(yīng)用。
為蜂窩物聯(lián)網(wǎng)省電的技術(shù)
雖然無線電傳輸不是影響電池壽命的唯一因素，但卻是造成電流消耗的最主要因素。LTE-M/NB-IoT 開動無線電、發(fā)送數(shù)據(jù)和進(jìn)入休眠的速度越快，或者 GNSS 無線電固定一組衛(wèi)星、確定位置和休眠的速度越快，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的效率就越高。
為了確保蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備一直保持登入和連接網(wǎng)絡(luò)，以便在需要時能夠即時發(fā)送數(shù)據(jù)，一些無線電運作是必要的。不過，有幾種省電技術(shù)可減少無線電傳輸時間，同時確保可靠的網(wǎng)絡(luò)連接。
第一種技術(shù)稱為 “擴(kuò)展不連續(xù)接收(eDRX)”。使用 eDRX 時，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)的頻率較低，因此無需頻繁開動無線電，從而節(jié)省了電量。這需要權(quán)衡利弊：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備處于休眠狀態(tài)時，無法訪問網(wǎng)絡(luò)，因此會帶來延遲。開發(fā)人員必須確定合適的 eDRX 間隔，從而在功耗和延遲之間取得平衡，以滿足應(yīng)用需求。
第二種節(jié)能技術(shù)稱為 “省電模式”(Power Saving Mode, PSM)，使得蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)入更深的睡眠狀態(tài)。它可以關(guān)閉調(diào)制解調(diào)器，但設(shè)備仍然保持登入網(wǎng)絡(luò)。設(shè)備在預(yù)先設(shè)定的時間內(nèi)無法連接，但可以在需要時隨時喚醒(例如，響應(yīng)警報)。
nRF9151 采用 Nordic 自主研發(fā)的省電技術(shù)
eDRX 和 PSM 是任何蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商都可采用的標(biāo)準(zhǔn)省電技術(shù)。Nordic 具備知名的超低功耗專業(yè)技術(shù)，其最新的低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案 nRF9151 SiP 大大提高了節(jié)能效果。nRF9151的設(shè)計重點是降低功耗，除了Nordic自主研發(fā)的多種省電功能之外，還完全支持 eDRX 和 PSM。
Nordic 的其中一種省電技術(shù)是“降低移動性”，它限制了蜂窩之間的交換，為大部分時間處于靜止?fàn)顟B(tài)的設(shè)備減少調(diào)制解調(diào)器活動。另一項技術(shù)是“特定國家搜索優(yōu)化(country-specific search optimization)”，可預(yù)先加載 70 個國家的網(wǎng)絡(luò)搜索參數(shù)，在新地點搜索網(wǎng)絡(luò)時可節(jié)省耗電量。第三種技術(shù)是 “提前中止網(wǎng)絡(luò)搜索(abort network search early)”，在無線電連接質(zhì)量較差的情況下，可以指示調(diào)制解調(diào)器暫時中止連接網(wǎng)絡(luò)的初步嘗試，稍后再試，以免因為長時間搜索網(wǎng)絡(luò)而消耗能量。
Nordic 的 nRF9151 調(diào)制解調(diào)器還提供 “連接預(yù)評估(pre-evaluation of a connection) ”功能。在連接和傳輸數(shù)據(jù)之前，調(diào)制解調(diào)器會評估發(fā)送數(shù)據(jù)時的估計功耗，并提供估計值(“優(yōu)”、“良”、“正?！?、“差 ”或 “壞”)以及無線電鏈路質(zhì)量、信噪比 (SNR)、發(fā)射功率和路徑損耗等原始參數(shù)信息。分析蜂窩下行鏈路的無線電環(huán)境后，應(yīng)用程序便可根據(jù)其能效要求決定是否發(fā)送數(shù)據(jù)。
補(bǔ)助電池電量
設(shè)計 nRF9151 時，Nordic考慮到某些應(yīng)用僅利用采集的能量(如光伏 (PV) 能量)為 SiP 供電。然而，無論蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品本身的效率如何，能量采集都將大大延長其電池壽命。就 nRF9151 SiP 而言，能量采集不會削弱芯片連接或計算能力。
然而，能量采集可能會限制應(yīng)用的占空比。幸好靈活的Nordic 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)解決方案可以輕松優(yōu)化占空比，以滿足蜂窩物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品電池的預(yù)期能量儲備。
nRF9151 支持Class 5輸出
nRF9151 的另一項增強(qiáng)功能是支持Power Class 5 20 dBm輸出功率，它與現(xiàn)有 nRF91 系列Power Class 3 23 dBm輸出功率相輔相成，有助于延長某些應(yīng)用中的電池壽命。如果Class 5輸出功率與應(yīng)用需求相匹配，則額外的輸出功率支持可節(jié)省發(fā)射功率，幫助節(jié)省電池能量。這項增強(qiáng)功能為開發(fā)人員提供了更大的靈活性，擴(kuò)大了這款SiP 的部署使用范圍。
例如，高效的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)SiP使資產(chǎn)跟蹤器制造商能夠制造出重量輕、體積小、具有強(qiáng)大處理能力的設(shè)備，充電后能運行數(shù)年時間，從而降低了維護(hù)要求。同時，大幅減少電池的生產(chǎn)和處理也對環(huán)境有益。
（來源：Nordic Semiconductor公司Martin Lesund）
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