用(yòng)于 IIoT 连接的 Wi-Fi 5 + 蓝牙 5.2 组合无線(xiàn)模块

2021-07-05

用(yòng)于 IIoT 连接的 Wi-Fi 5 + 蓝牙 5.2 组合无線(xiàn)模块

工业物(wù)联网 (IIoT) 将传感器、设备和系统连接到互联网。此外，它将这些技术直接用(yòng)于制造車(chē)间，从云端收集数据以驱动人工智能(néng)和预测分(fēn)析。然而，智能(néng)医疗以及工厂和家庭自动化在实现强大可(kě)靠的无線(xiàn)连接时面临着各种问题。例如，软件集成、共存、天線(xiàn)设计和全球监管认证存在显着的复杂性。

Wi-Fi 和蓝牙的设计注意事项

Wi-Fi 和蓝牙都使用(yòng) 2.4GHz 频谱。IEEE 802.11 指导各种 Wi-Fi 标准，包括频谱。Wi-Fi 具有(yǒu)高带宽和更大范围（100 米）的特点，通常用(yòng)于连接互联网。蓝牙具有(yǒu)较低的带宽和较短的范围 (10m)，主要用(yòng)于连接设备和使用(yòng)移动应用(yòng)程序提供到 Wi-Fi 网络。由于用(yòng)户需要最佳功能(néng)，因此最好同时使用(yòng) Wi-Fi 和蓝牙。IIoT 用(yòng)户还希望最大限度地减少安全问题。这是使用(yòng) Wi-Fi 保护访问 (WPA) 和蓝牙实现的安全连接。从一开始就应考虑适当的天線(xiàn)性能(néng)。如果用(yòng)户希望他(tā)们的系统执行监管和认证批准，则必须注意实现这一点。预认证模块為(wèi)用(yòng)户节省了高昂的监管认证成本和时间。直接使用(yòng)（Wi-Fi/蓝牙）SoC 芯片组进行设计需要用(yòng)户了解极其复杂的 RF 硬件设计、各种监管和认证流程，并会带来大量上市时间风险。

IEEE 802.11ac

IEEE 802.11b (2.4GHz) g (2.4GHz) n (2.4GHz/5GHz) 是传统网络标准。802.11ac (Wi-Fi 5) 包含物(wù)联网 (IoT)。802.11ac (Wi-Fi 5) (2.4GHz/5GHz) 与传统 802.11b/g/n 相比具有(yǒu)四个关键优势。

第一个优势来自其波束成形。波束成形以比全向更集中的方向发送信号。波束成形的方向性有(yǒu)助于提供更好的覆盖范围并减少死点和干扰，从而避免对中继器的需求。接入点使用(yòng)波束成形，但需要站点支持该功能(néng)，提供必要的信息以将波束指向其方向。

第二个优势是每比特能(néng)量较低（图 1）。较低的每比特能(néng)量减少了活动无線(xiàn)電(diàn)时间，降低了发射和接收的功率。凭借更快的传输时间和更高效的数据有(yǒu)效负载传输，它使 802.11ac (Wi-Fi 5) 成為(wèi)低功耗物(wù)联网应用(yòng)的理(lǐ)想选择。

图 1： IEEE 802.11ac 较低的每位能(néng)量减少了活动无線(xiàn)電(diàn)时间，从而降低了发射和接收的功率。

第三个优势是通道间隔（图 2）。80MHz 和 40MHz 信道提供更好的频谱利用(yòng)率。更好的频谱利用(yòng)率可(kě)减少拥塞，从而实现密集节点部署。

图 2：IEEE 802.11ac 提供更密集的节点部署，因為(wèi)信道间隔的频谱利用(yòng)率更高。

最后，它的 5GHz 信道為(wèi)音频、视频和云服務(wù)提供了更干净的频谱。虽然不是 802.11ac (Wi-Fi 5) 独有(yǒu)的，但 5GHz 频谱的可(kě)用(yòng)性提供了一个更清洁、更不拥挤的射频环境。允许更高的带宽、更可(kě)靠和更节能(néng)的连接。

解决方案

Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi 和蓝牙模块以及Laird Connectivity Sterling LWB5+ 开发套件通过支持 Wi-Fi 5 (802.11ac) 和蓝牙（图 3）响应下一代无線(xiàn)物(wù)联网的需求。由英飞凌的 AIROC ™ CYW4373E 双频 802.11ac + 蓝牙 SoC 提供支持，提供 1x1 双频 (2.4/5 GHz) Wi-Fi 5 (802.11ac) 和蓝牙，Sterling-LWB5+ 通过安全、可(kě)靠和强大的功能(néng)集专為(wèi) IIoT 连接而构建。它从一开始就是物(wù)联网——经过全面认证、易于集成，并且是进入市场的最快途径。Sterling-LWB5+ 模块在制造时考虑到了可(kě)制造性，并针对多(duō)个监管领域进行了预认证，以降低进入壁垒。其集成功率放大器 (PA) 和具有(yǒu)天線(xiàn)分(fēn)集功能(néng)的低噪声放大器 (LNA) 可(kě)确保在恶劣的射频环境中实现可(kě)靠连接。它在工业温度范围（-40˚C 至 +85˚C）内可(kě)靠，其焊接模块适用(yòng)于工业振动和冲击需求，同时支持最新(xīn)的 WPA3 安全标准。

图 3： Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi 和蓝牙模块以及 USB 适配器。

Laird Connectivity 最近宣布為(wèi) LWB5+ 系列增加一个 USB 适配器。支持完整的工业温度范围，这為(wèi) Wi-Fi 和 BT 增加了简单的即插即用(yòng)集成。

物(wù)联网应用(yòng)的操作系统灵活性

Linux 是一种出色的操作系统 (OS)，适用(yòng)于基于微处理(lǐ)器的应用(yòng)程序，包括家庭医疗网关、测试和测量、重型机械、車(chē)辆遠(yuǎn)程信息处理(lǐ)和患者监护仪。Sterling-LWB5+ Linux backports 包支持许多(duō)支持向后兼容性的 Linux 内核。这种方法降低了旧内核版本风险编译问题的风险，减少了集成时间并缩短了上市时间。此外，它还為(wèi)客户提供了使用(yòng)其首选内核版本的灵活性，并标准化了格式以实现向后兼容性，无需手动為(wèi)特定内核版本应用(yòng)补丁。这种安排提供了处理(lǐ)器灵活性，可(kě)轻松与 NXP i.MX、Nvidia、Xilinx Zynq和其他(tā)流行平台集成。

未来版本将為(wèi)基于微控制器的应用(yòng)提供实时操作系统 (RTOS)，例如英飞凌超低功耗、灵活且安全的 PSoC ™ 6 MCU——支持使用(yòng)案例，例如包括太阳能(néng)逆变器、灌溉系统、電(diàn)动工具、家庭自动化和健康设备。