原標題：如何啟用NB-IoT和Cat-M的省電模式并評估預期能耗

NB-IoT（窄帶物聯網）和Cat-M（LTE-M）是專為低功耗廣域網（LPWAN）設計的蜂窩技術，其核心優勢在于超低功耗和長續航。省電模式（Power Saving Mode, PSM）和擴展不連續接收（eDRX）是兩種關鍵技術，可顯著延長設備電池壽命。以下是啟用方法和能耗評估指南：

一、省電模式的核心技術

1. PSM（Power Saving Mode）

• 原理：設備完成數據傳輸后進入深度睡眠狀態，關閉射頻和部分基帶功能，僅保留RTC（實時時鐘）計時。需預設活躍時間（TAU，Tracking Area Update）和休眠周期（PSM Timer）。

• 適用場景：傳感器數據定期上報（如每日1次），設備可休眠數小時至數年。

2. eDRX（Extended Discontinuous Reception）

• 原理：設備周期性喚醒監聽尋呼消息，而非持續監聽。通過延長尋呼時間窗口（PTW）和不連續接收周期（eDRX周期）降低功耗。

• 適用場景：需要低延遲響應的場景（如報警器），休眠周期通常為秒至小時級。

二、啟用省電模式的步驟

1. 硬件與模塊配置

• 選擇支持PSM/eDRX的模塊：如Quectel BC95（NB-IoT）、BG96（Cat-M），或移遠通信EC2x系列。

• 硬件連接：確保模塊通過UART/USB與MCU通信，并正確配置電源管理引腳（如PWRKEY、RESET）。

2. AT命令配置

以下為典型AT命令示例（以Quectel模塊為例）：

• 參數說明：

• TAU：設備主動上報數據后，保持活躍的時間（如1小時）。

• PSM Timer：設備進入休眠的時長（如24小時）。

• eDRX周期：尋呼監聽間隔（如5.12秒）。

3. 網絡側配置

• 運營商支持：需確保網絡（如中國移動、Vodafone）支持PSM/eDRX，并配置正確的核心網參數（如T3324、T3412定時器）。

• SIM卡設置：部分運營商需通過SIM卡配置文件（如EF_EPSLOCI）啟用省電功能。

三、預期能耗評估方法

1. 理論計算模型

• 公式：

平均電流（mA）=TAU+PSM周期活躍時間電流×TAU+休眠電流×PSM周期

• 示例：

• 活躍電流：50mA（持續10秒）

• 休眠電流：5μA（持續23小時59分50秒）

• 平均電流：

24×360050×10+0.005×(24×3600?10)≈0.015mA

• 電池壽命（假設2000mAh）：

0.0152000≈13.3年

2. 實際測試工具

• 電流監測設備：使用Keysight N6705C或TI的INA226模塊測量實時電流。

• 測試步驟：

1. 配置PSM/eDRX參數。

2. 記錄設備在不同狀態（活躍、休眠）的電流。

3. 持續監測至少一個完整周期（TAU + PSM周期）。

3. 關鍵影響因素

• 數據傳輸頻率：頻繁上報數據會縮短休眠時間，增加功耗。

• 信號強度：弱信號下模塊需增加發射功率（如+23dBm），功耗可能翻倍。

• 溫度：低溫環境（如-20℃）可能導致電池容量下降，影響續航。

四、優化建議

1. 動態調整PSM/eDRX參數：根據業務需求（如上報間隔、響應延遲）平衡功耗與實時性。

2. 優化數據包大小：減少每次傳輸的數據量（如壓縮、分包），降低射頻工作時間。

3. 選擇低功耗模塊：如Nordic nRF9160（集成NB-IoT/Cat-M和MCU），靜態電流可低至1μA。

五、典型場景能耗對比

通過合理配置PSM和eDRX，并結合實際測試驗證，可顯著延長NB-IoT/Cat-M設備的電池壽命，滿足物聯網應用對超長續航的需求。