用于 IIoT 連接的 Wi-Fi 5 + 藍牙 5.2 組合無線模塊

2021-07-05

用于 IIoT 連接的 Wi-Fi 5 + 藍牙 5.2 組合無線模塊

工業物聯網 (IIoT) 將傳感器、設備和系統連接到互聯網。此外，它將這些技術直接用于制造車間，從云端收集數據以驅動人工智能和預測分析。然而，智能醫療以及工廠和家庭自動化在實現強大可靠的無線連接時面臨著各種問題。例如，軟件集成、共存、天線設計和全球監管認證存在顯著的復雜性。

Wi-Fi 和藍牙的設計注意事項

Wi-Fi 和藍牙都使用 2.4GHz 頻譜。IEEE 802.11 指導各種 Wi-Fi 標準，包括頻譜。Wi-Fi 具有高帶寬和更大范圍（100 米）的特點，通常用于連接互聯網。藍牙具有較低的帶寬和較短的范圍 (10m)，主要用于連接設備和使用移動應用程序提供到 Wi-Fi 網絡。由于用戶需要最佳功能，因此最好同時使用 Wi-Fi 和藍牙。IIoT 用戶還希望最大限度地減少安全問題。這是使用 Wi-Fi 保護訪問 (WPA) 和藍牙實現的安全連接。從一開始就應考慮適當的天線性能。如果用戶希望他們的系統執行監管和認證批準，則必須注意實現這一點。預認證模塊為用戶節省了高昂的監管認證成本和時間。直接使用（Wi-Fi/藍牙）SoC 芯片組進行設計需要用戶了解極其復雜的 RF 硬件設計、各種監管和認證流程，并會帶來大量上市時間風險。

IEEE 802.11ac

IEEE 802.11b (2.4GHz) g (2.4GHz) n (2.4GHz/5GHz) 是傳統網絡標準。802.11ac (Wi-Fi 5) 包含物聯網 (IoT)。802.11ac (Wi-Fi 5) (2.4GHz/5GHz) 與傳統 802.11b/g/n 相比具有四個關鍵優勢。

第一個優勢來自其波束成形。波束成形以比全向更集中的方向發送信號。波束成形的方向性有助于提供更好的覆蓋范圍并減少死點和干擾，從而避免對中繼器的需求。接入點使用波束成形，但需要站點支持該功能，提供必要的信息以將波束指向其方向。

第二個優勢是每比特能量較低（圖 1）。較低的每比特能量減少了活動無線電時間，降低了發射和接收的功率。憑借更快的傳輸時間和更高效的數據有效負載傳輸，它使 802.11ac (Wi-Fi 5) 成為低功耗物聯網應用的理想選擇。

圖 1： IEEE 802.11ac 較低的每位能量減少了活動無線電時間，從而降低了發射和接收的功率。

第三個優勢是通道間隔（圖 2）。80MHz 和 40MHz 信道提供更好的頻譜利用率。更好的頻譜利用率可減少擁塞，從而實現密集節點部署。

圖 2：IEEE 802.11ac 提供更密集的節點部署，因為信道間隔的頻譜利用率更高。

最后，它的 5GHz 信道為音頻、視頻和云服務提供了更干凈的頻譜。雖然不是 802.11ac (Wi-Fi 5) 獨有的，但 5GHz 頻譜的可用性提供了一個更清潔、更不擁擠的射頻環境。允許更高的帶寬、更可靠和更節能的連接。

解決方案

Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi 和藍牙模塊以及Laird Connectivity Sterling LWB5+ 開發套件通過支持 Wi-Fi 5 (802.11ac) 和藍牙（圖 3）響應下一代無線物聯網的需求。由英飛凌的 AIROC ? CYW4373E 雙頻 802.11ac + 藍牙 SoC 提供支持，提供 1x1 雙頻 (2.4/5 GHz) Wi-Fi 5 (802.11ac) 和藍牙，Sterling-LWB5+ 通過安全、可靠和強大的功能集專為 IIoT 連接而構建。它從一開始就是物聯網——經過全面認證、易于集成，并且是進入市場的最快途徑。Sterling-LWB5+ 模塊在制造時考慮到了可制造性，并針對多個監管領域進行了預認證，以降低進入壁壘。其集成功率放大器 (PA) 和具有天線分集功能的低噪聲放大器 (LNA) 可確保在惡劣的射頻環境中實現可靠連接。它在工業溫度范圍（-40?C 至 +85?C）內可靠，其焊接模塊適用于工業振動和沖擊需求，同時支持最新的 WPA3 安全標準。

圖 3： Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi 和藍牙模塊以及 USB 適配器。

Laird Connectivity 最近宣布為 LWB5+ 系列增加一個 USB 適配器。支持完整的工業溫度范圍，這為 Wi-Fi 和 BT 增加了簡單的即插即用集成。

物聯網應用的操作系統靈活性

Linux 是一種出色的操作系統 (OS)，適用于基于微處理器的應用程序，包括家庭醫療網關、測試和測量、重型機械、車輛遠程信息處理和患者監護儀。Sterling-LWB5+ Linux backports 包支持許多支持向后兼容性的 Linux 內核。這種方法降低了舊內核版本風險編譯問題的風險，減少了集成時間并縮短了上市時間。此外，它還為客戶提供了使用其首選內核版本的靈活性，并標準化了格式以實現向后兼容性，無需手動為特定內核版本應用補丁。這種安排提供了處理器靈活性，可輕松與 NXP i.MX、Nvidia、Xilinx Zynq和其他流行平臺集成。

未來版本將為基于微控制器的應用提供實時操作系統 (RTOS)，例如英飛凌超低功耗、靈活且安全的 PSoC ? 6 MCU——支持使用案例，例如包括太陽能逆變器、灌溉系統、電動工具、家庭自動化和健康設備。