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Wi-Fi 6和BLE 5.2 IP就绪 Imagination加速创新应用

  • 吴冠仪/台北

Imagination产品管理资深总监Richard Edgar。

随著新一代Wi-Fi 6和蓝牙低功耗(BLE) 5.2版规范的底定,两大阵营均期望透过增强的新特性来进一步扩展应用市场,并推动新的使用案例。为满足业者想要在最短时间内,推出新产品以抢占市场的需求,Imagination近来已推出新的Wi-Fi 6和BLE 5.2 IP产品,其中均包含了开发相关芯片所需的必要组成,能以「一站购足」的完整IP解决方案,协助客户开发新产品,加速创新应用的实现。

低功耗音讯与共享功能 带来全新的音讯体验

Imagination产品营销资深经理Shewan Yitayew。

Imagination产品营销资深经理Shewan Yitayew表示,该公司推出的iEB110是支持BLE 5.2的最新产品。它包含了基频、射频、控制软件和主机堆叠,能以具高度集成的单一来源IP,协助业者缩短开发时程,并降低材料清单成本。

他解释说,BLE 5.2是蓝牙SIG联盟最新发布的规范,其中最重要的增强功能的LE Audio(低功耗音讯)。除了低功耗传输之外,新标准还可支持音讯共享、音讯广播、多重音讯串流等功能,可望带动更多样的使用案例,并改变未来数年我们聆听和共享音讯的方式。

首先,能以低功耗传输高质量音讯,意味著,可以延长装置的电池寿命,或是开发人员能够创建外形更精巧的音讯装置。这也能使助听器的设计更轻薄短小,尤其是随著真无线耳机(TWS)的流行,过去人们不乐意配戴助听器的疑虑也终将会消失。

至于多重串流音讯,Yitayew指出,传统蓝牙只支持单一点对点的音讯串流。因此,以最近热门的真无线耳机(TWS)为例,事实上是透过业者的专属技术,先把音讯传到一个耳机,再把讯号传到另一个耳机来实现的。

因此,运用新的LE Audio,便能以同步通道来处理装置之间的多重音讯串流。如此一来,不仅能降低TWS耳机的设计门槛,使其更为普及,而且还能提供更佳的音讯质量。

此外,LE Audio还支持广播功能,具备了在公共场所开启新使用案例的潜力。例如,在机场候机室,或是博物馆的语音导览,广播内容可以传送给所有连结的使用者。它的使用情境,就类似目前公共场所提供的开放Wi-Fi SSID一样,使用者可以连结到蓝牙音讯热点,听取广播讯息。

而LE Audio的共享功能,能让使用者手机中的音乐,更轻松地与周遭的朋友共享,也将颠覆过去我们利用蓝牙聆听音讯的体验。至于定位(location-based)音讯共享的应用,举例来说,在演讲厅等固定区域内,能把音讯以多种语言或是同步翻译的方式,传送给听众。

Yitayew强调,新规范可望推动的这些新使用案例,的确很让人振奋,也将开创更多商机。

iEB110兼具高集成度与优异效能

而iEB110除了具备高集成度优势之外,就效能来看,它在125kbps的接收灵敏度为-104 dBm,深度睡眠电流为0.5µA,这表示,能以低功耗提供非常清晰的音讯质量。此外,它还支持-40℃到+80℃的温度范围,也能够适用于严苛环境之中。

iEB110具备小晶粒面积的特性,它支持台积电40纳米低功耗制程,包含RF、LDO、逻辑和存储器的晶粒面积为1.46mm2

此外,iEB110亦支持BLE 5.1和BLE 5.0的选项特性,例如,利用到达角/出发角(AoA/AoD)实现1公尺以下的定位与追踪准确度,LE长距离操作模式可扩展室内和室外的涵盖范围、以及LE-2M PHY可提高数据传输量等。

至于软件方面,iEB110可支持多种常用的开放源堆叠,包括Zephyr、BlueZ和Packetcraft,让业者实现更佳的成本效益。对此,Imagination亦宣布已与Packetcraft建立合作伙伴关系, 藉由结合Imagination的iEB110硬件和Packetcraft的主机堆叠,建构完整的BLE 5.2解决方案。

Wi-Fi 6将开启穿戴式装置和低功耗IoT市场

在Wi-Fi解决方案方面,Imagination最新推出的是iEW 400 IP,可支持最新一代的Wi-Fi标准802.11ax,业界亦将其称为Wi-Fi 6。

Imagination产品管理资深总监Richard Edgar表示,最新的802.11ax具备了802.11n的所有功能,同时又增加了多项增强特性。主要包括,目标唤醒时间(TWT)、BBS着色(coloring)、以及OFDMA(正交分频多工存取)。

基于这些增强功能,Wi-Fi 6能以Wi-Fi 固有的数据率,但提供能与蓝牙和802.15.4竞争的功耗。因此,透过此新标准,将使Wi-Fi 跨入穿戴装置和低功耗IoT等新市场,这对Wi-Fi 的发展来说,是非常重要的。「以往因为考虑电池寿命,对于这类的低功耗应用来说,Wi-Fi 并不是一个选项,但现在许多担忧消失了,现在11ax已成为更可行的机会和技术了。」

iEW 400是一个完整的解决方案,包括集成的RF、基频和LMAC。 Edgar强调,「Imagination是市场上唯一一家能提供此高集成度的IP供应商,因此能实现最大的灵活性和最快的上市时间,并降低开发成本。事实上,只需要加上一个天线,解决方案就算完成了。」

此外,它具有可选的电源管理单元,还有可选的UMAC,能把UMAC从主机中取出,并将其集成到IP中,以降低主机对系统效能的要求。同时, 它还提供了数码预失真(Digital Pre-distortion)的功能,能够取得更佳的发射功率路径,实现更高的发射功率。在成本方面,iEW400已把面积尽可能缩小,以实现高度最佳化的设计以及最小的eBOM 成本。

Richard Edgar分别解释了iEW 400具备的多项重要特性。首先是,「20MHz Only STA」,可用来支持低功耗、低复杂度的装置。「标准的802.11ax需支持80MHz带宽,但是透过在802.11ax中定义的特殊模式,能使其支持20MHz带宽。」

「仅使用20MHz带宽,就是您今天使用11n获得的带宽。许多IoT装置都是支持20MHz的。因此,此特性可适用于频谱有限的地方,又能与其它的802.11ax装置完全互通。而且,若使用标准的802.11ax,就能拥有更多的通道来进行传输。」

Wi-Fi 6的多项新增特性

目标唤醒时间(TWT)则是另一个有助于降低功耗的重要特性。Wi-Fi的工作原理是根据以太网络标准制定的,也就是说,存取点需先发送讯息,并广播给与该存取点连结的装置。因此,终端装置需常常醒来,检查是否有任何讯息,接收之后,又再进入睡眠状态。这整个过程,每100毫秒就要执行一次,这是造成Wi-Fi装置功率消耗的主要原因,最高会消耗80%的电池电量。

现在,透过TWT,可由装置和存取点协商并定义唤醒时间,如此一来,可减少装置间的竞争,让装置的睡眠时间延长,无须再每100毫秒醒来一次,唤醒时间可以是一个小时,或甚至长达17年,这将能大幅延长电池寿命。

另一个重要特性是BBS着色,它的主要功能是提升拥挤环境中的数据传输效率与效能。Richard Edgar以2012年伦敦奥运为例,当时体育馆挤满了8万名观众,尽管广设Wi-Fi热点,但还是造成网络大塞车,平均每个人的数据传输量非常低。

他解释说,这是因为Wi-Fi的设计方式是, 当装置想要传送到AP时,它必须先聆听,以查看目前是否有另一台装置正在发送。若有,它就会退到一旁,等待一段时间后,再尝试传输,此过程会不断重复,直到装置可以传输为止。因此,在非常密集的环境中,装置很难与存取点对话,所以会严重降低Wi-Fi装置在拥挤环境的资料传输量。

另一种情况是,如果在家里,同时邻居也正在传输到他们的存取点。这时,自身的装置在要传输之前唤醒并聆听,那么可能会发现,它可以听到邻居的装置,因此认为环境壅塞,所以它无法传输。如此,它便会退回并再度尝试。因此,即使在较不拥挤的环境中,也可能会受到干扰。

为了解决此一问题,802.11ax导入了BBS着色机制,使每台存取点都具备一种已知的颜色,装置仅需聆听它所属颜色的存取点是否在传输数据就好,可显著减少干扰现象。

因此,BSS着色可获得更好的强韧性,而更好的强韧性会带来更好的资料传输量和更好的效能。如果把此情况带到大型会议厅或大型运动馆中,有很多人聚集在一起,其中许多人使用同一个存取点,那么他们较不会受到会议厅或体育馆中其它Wi-Fi装置的干扰,能更有效地进行传输。

至于OFDMA(正交分频多工存取),则是可以把传输通道切割为多个通道,而支持11ax的Wi-Fi,我们可以把将通道切割为2MHz通道。

传统以来,采用Wi-Fi,是利用个20MHz的通道,但现在,可以有多个2MHz的通道。透过2MHz通道,更多的装置可以同时传输。因此,如果装置只需要发送少量数据,可以使用部分带宽。如果装置需要发送大量数据,可以用较大的带宽。藉由OFDMA,可提高资料传输量,以获得更好的效能,而且装置的传输量也更多。它还有助于减少延迟,提高效率。

基于这些特性,Richard Edgar乐观看待Wi-Fi 6能够开启新的低功耗IoT应用,并提供更优异的效能。虽然目前多种无线通讯标准均在竞逐IoT商机,但他认为,Wi-Fi 6并不是要与某种特定无线通讯标准竞争,而是因应了市场对于低功耗、强韧性、以及传输率的需求,能够找到特定的使用案例。

例如,目前普遍以蓝牙设计的无线门铃,若要进一步搭配影像对讲机功能,那就势必采用Wi-Fi 的数据传输率才有可能。

此外,随著无线MCU市场快速成长,内建Wi-Fi功能的MCU也将越来越普及,这些都是iEW400的目标市场。目前提供的方案支持台积电40纳米低功耗制程,并正在评估移转至更先进的制程节点。



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