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

Imagination产品管理资深总监Richard Edgar。

随着新一代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产品行销资深经理Shewan Yitayew表示，该公司推出的iEB110是支持BLE 5.2的最新产品。它包含了基带、射频、控制软件和主机堆叠，能以具高度整合的单一来源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，能以低功耗传输高品质音讯，意味着，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，尤其是随着真无线耳机(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，再把信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品质。

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，听取广播信息。

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兼具高整合度与优异效能

而iEB110除了具备高整合度优势之外，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品质。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米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建立合作夥伴关系， 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，包括整合的RF、基带和LMAC。 Edgar强调，「Imagination是市场上唯一一家能提供此高整合度的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，并将其整合到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，又能与其他的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，存取点需先发送信息，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，检查是否有任何信息，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装置在拥挤环境的数据传输量。

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，那麽可能会发现，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，可显着减少干扰现象。

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数据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，那麽他们较不会受到会议厅或体育馆中其他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，可提高数据传输量，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，随着无线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。