凭借核心技能规范5.0版别,Bluetooth®不再作为一个只用于个人局域网络(PAN)的无线协议存在。在这个技能规范中新添加了3个数据速率,其间两个是专门定制的,用来进步Bluetooth低能耗衔接的规模。经过杰出的室内和室外掩盖率,该进步可以使网络变得愈加快捷,而且十分适用于住所、楼宇和工业自动化中所运用的物联网(IoT)产品。
不过,Bluetooth 5无线链路的实践规模究竟是多少?经过运用全新的125kbps编码物理层 (PHYsical)格局,TI此前曾演示过依据两个SimpleLink™ Bluetooth低能耗CC2640R2F无线微控制器(MCU)LaunchPad™开发套件之间1.6km的室外规模,而这个规模实在是令人形象深入。那么,咱们为什么不在CC2640R2F无线MCU数据表中清晰提出1.6km规模的技能规范呢?
来之不易的微型芯片:CC2640R2F无线MCU供给数个封装选项,其间包括一个2.7mm x 2.7mm的芯片级封装(WCSP)
不巧的是,作业往往没那么简略。作为体系开发人员和RF规划人员,咱们可以清晰影响规模的参数,一起,咱们还可以运用牢靠且可重复的效果在受控环境中丈量这些参数。可是当在实在环境中运用RF器材时,这个由丈量得出的“终究效果”却会呈现明显的差异。在这个实在环境中,多重反射、障碍物以及对RF活动的搅扰将会构成两个随机变量,这两个变量将决议用户是否可以在为设备挑选的两个定位之间建立起一个链路。第一个变量是传输途径损耗,这一参数丈量的是接纳器所取得的发射功率;第二个变量是接纳器所在位置的实践灵敏度等级。后者取决于接纳器周围有多少搅扰RF功率。假如没有搅扰的存在,这个灵敏度等级则由热背景噪声决议,而且将与数据表中规则的灵敏度相对应。
一个用来描绘RF体系掩盖规模才能的常用术语是链路预算。链路预算是发射功率与灵敏度等级之间的比或比率。在一个正在运转的RF链路中,发射器将以一个指定的RF功率级进行发送,而这个RF功率的一部分(一般情况下十分细小)将被接纳天线接纳,而且馈入到接纳器傍边。假如这部分过于细小,那么接纳到的功率级将下降到接纳器灵敏度等级以下,这条链路也将呈现毛病。因而,链路预算被界说为发射功率与接纳器灵敏度等级之间的比率,或许用公式表达为
为了便利起见,链路预算一般以对数刻度(dB)为单位进行表明。输出功率和灵敏度一般被表明为相关于1mW(dBm)的一个对数刻度。这意味着
从上述等式中你可以清楚发现两种进步链路预算的办法:
· 添加输出功率
· 改善(削减)接纳器灵敏度等级
进步输出功率是十分简略又直接的办法,可是要为此而支付的价值是功耗的添加,有时这种价值会很大,而且终究会引起法律法规方面的问题。一切的监管区域均约束了RF发射能级和有害杂散发射,而这两者都会在发射功率进步时有所添加。
另一个挑选是在Bluetooth 5以供给4倍的RF规模被选用时,进步接纳器的灵敏度。这是蓝牙技能联盟(Bluetooth SIG)挑选的一条途径。咱们之前也选用过这种办法,以最低功耗来供给具有最长规模的Bluetooth低能耗解决方案。需求留意的一点是,蓝牙技能联盟或任何一家硬件厂商包括TI,都没有规则实践的规模。咱们规则的仅仅依据灵敏度方面切实可行的、对改善程度可丈量的一个理论上的比率。假如咱们可以在一个彻底受控的环境中来丈量这个规模,咱们就将在实践运用中看到准确改善后的作用。可是一个受控环境要么是一个消音天线室,要么是外部空间(没有其它的辐射源)。不幸的是,在测验规模方面,无论是千米长的天线室,仍是外部空间,在经济上都是不可行的。
在自由空间内,规模的加倍需求链路预算进步四倍,或许添加6dB。与2010年左右就已呈现的初代1M/s Bluetooth 4.0 LE接纳器比较,关于全新Bluetooth 5长间隔数据速率来说,规模进步四倍意味着将灵敏度进步12dB。
当蓝牙技能联盟对全新编码物理层进行界说和评论时,最好的Bluetooth低能耗接纳器的灵敏度等级大约为-93dBm。这从前被用作全新编码物理层的参阅基准,所以全新的调制和编码格局也将需求习惯实在环境中的灵敏度等级,也便是-105dBm。这也正是全新125kbps编码物理层所能完成的功用,而它是经过一个双向办法做到的。最大的改善仅仅是数据速率被削减至1/8,而这意味着关于恣意指定的功率级,每个位所带着的能量要比之前多八倍。理论上,这使得接纳器可以在功率级低9dB的情况下接纳信号,而且仍像之前相同,每一位积累相同多的能量。
关于咱们所需求的12dB,咱们依然有3dB的缺口。这最终的3dB可以经过选用的编码来完成。这个-93dBm比较级(关于1Mbps来说)假定了一个规范差解调器,依据与之前符号的比较,解调器中每一个接纳到的符号(每个位1个符号)被确定为“1”或“0”。这个编码物理层使半相干接纳器的运转愈加快捷,其间的8个符号组成1位,而相关器可以查找这些已知的符号序列。
现在,CC2640R2F无线MCU可以供给到达-103dBm的业界最佳灵敏度等级,只比-105dBm的方针少2dB。凭借CC2640R2F器材所供给的+5dBm输出功率,这款器材供给了高达108dBm的链路预算。TI不断扩展SimpleLink CC264x器材系列,使它们具有更多的存储器和更高的安全性,而凭借这些器材,咱们离蓝牙技能联盟在2017年设定的12dB的方针更进了一步。
以上便是在Bluetooth 5中将灵敏度进步12dB的办法,以及从理论上讲,相关于第一个Bluetooth低能耗接纳器,如安在不添加输出功率的情况下将它的规模进步四倍。与此一起,经过选用不同的技能工艺,这款全新的CC2640R2F无线MCU现已将1Mbps灵敏度等级从-93dBm进步至-97dBm,这就使得其在功能方面与相干接纳器的间隔又拉近了一点。
在TI坐落挪威奥斯陆办公室邻近的一个高度不受控的环境中,咱们现已运用包括125kbps PHY的全新SimpleLink CC2640R2F无线MCU进行了一个野外规模测验,在这个环境中,咱们可以坚持一个规模超越1.6km的衔接。
尽管实践规模会如之前所述,跟着环境和运用的改动而改动,但这个试验的首要效果在于,与Bluetooth 4.x比较,Bluetooth 5必定可以大幅进步规模,而这也使那些激动人心的全新运用成为可能。
最终,有必要说到的一点是,功耗依然是大多数Bluetooth低能耗运用所关怀的首要问题。咱们在演示中所运用的发射功率级只要+5dBm,发射时的峰值电流大约9mA,接纳时这个值到达6mA。与CC2640R2F器材的极低待机流耗组合在一起,关于Bluetooth低能耗运用来说,这可以完成巨大的室内和室外掩盖率,而且可以由一块扣子电池供电运转数年。
在运用由一个小扣子电池供电,而且可以与住所、楼宇或工厂的任何一个旮旯进行数据来往的Bluetooth低能耗衔接时,技能的立异是永无止境的。
估计在2017年第二和第三季度发行的软件开发套件(SDK),支撑针对SimpleLink CC2640R2F无线MCU的全新Bluetooth低能耗规范。而这款SimpleLink CC2640R2F无线MCU现已从2016年12月初就已投入大规模出产。
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