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适合IIoT连接的Wi-Fi® 5和蓝牙5.2组合无线模块

Published Date
Author Fanny Hu

发布于2022-03-16

工业物联网 (IIoT) 将传感器、设备和系统连接到互联网， 并将这些技术直接应用到生产车间，从云端收集数据以推动人工智能和预测分析的发展。然而，智能医疗、工厂和家居自动化在实现稳定可靠的无线连接时面临着各种问题。例如，软件集成、共存、天线设计和全球监管认证等复杂的问题。本文将介绍英飞凌全球生态系统合作伙伴Laird Connectivity如何利用英飞凌的Wi-Fi®/蓝牙组合SoC提供全球认证的模块，以及出色的设计服务、生产和客户支持。

Wi-Fi和蓝牙设计注意事项

Wi-Fi和蓝牙均使用2.4GHz波段。IEEE 802.11是各种Wi-Fi标准的基础，并对可用频谱范围进行了规定。Wi-Fi具有更高的带宽和更大的范围（100米），通常用于连接互联网。蓝牙具有较低的带宽和更小的范围（10米），主要用于设备之间的连接，以及使用移动应用程序接入Wi-Fi网络。用户想要获得出色的功能，所以理想情况是同时使用Wi-Fi和蓝牙两种技术。通过Wi-Fi保护接入（WPA）和蓝牙LE安全连接， IIoT用户还可以尽可能地降低安全风险。 因此，从一开始就应该考虑天线的性能。如果用户希望他们的系统能够获得监管和认证批准，则必须考虑到这一点。预认证模块为用户节省了高昂的监管认证成本和时间。直接使用（Wi-Fi/蓝牙）SoC芯片组进行设计需要用户了解极其复杂的射频硬件设计、各种监管和认证流程，并会给产品上市带来各种风险。

IEEE 802.11ac

IEEE 802.11b (2.4GHz) g (2.4GHz) n (2.4GHz/5GHz) 是传统的网络标准，而802.11ac (Wi-Fi 5) 则可支持物联网 (IoT)。与传统的802.11b/g/n相比，802.11ac (2.4GHz/5GHz) 拥有四大关键优势。

  • 首先是波束成形技术。波束成形以比全方位更聚焦的方向发送信号。波束成形的方向性有助于提供更好的覆盖范围，减少覆盖死区，降低干扰，避免对中继器的需求。支持波束成形的接入点通过波束成形技术提供必要的信息，以将波束指向相应的工作站。
  • 其次是每比特的能量更低（图1）。较低的每比特能量会减少有效的无线电传输时间，从而降低发射和接收功率。更快的传输速度和更高效的有效负载数据传输，使得802.11ac (Wi-Fi 5) 成为低功耗物联网应用的理想选择。

图1：IEEE 802.11ac较低的每比特能量会减少有效的无线电传输时间，从而降低发射和接收功率。（图源：Laird Connectivity/Infineon Technologies）

  • 第三是信道间隔（图2）。80MHz和40MHz信道拥有更好的频谱利用率， 减少网络拥堵，实现密集节点部署。

图2: 越来越多的物联网设备需要部署IEEE 802.11ac密集节点。因为802.11ac的信道间隔可以更好地利用频谱，因此可提供更密集的节点部署。（图源：Laird Connectivity/Infineon Technologies）

  • 最后，5GHz信道为音频、视频和云服务提供了更清晰的频谱。 虽然并非802.11ac (Wi-Fi 5) 独有，但5GHz频谱的可用性提供了一个更清洁、更顺畅的射频环境， 因此可以支持更高带宽、更可靠和更节能的连接。

解决方案

Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi和蓝牙模块以及Laird Connectivity Sterling LWB5+开发套件均支持Wi-Fi 5 (802.11ac)和蓝牙技术，可满足新一代无线物联网开发需求（图3）。Sterling-LWB5+采用英飞凌的AIROC™ CYW4373E双频802.11ac + 蓝牙5.2 SoC, 可提供1x1双频 (2.4/5 GHz) Wi-Fi 5 (802.11ac) 和蓝牙功能，并通过安全、可靠和强大的功能集为IIoT连接提供支持。它专为物联网设计，完全经过认证，易于集成，并能加快产品上市。Sterling-LWB5+模块在生产时考虑到了可制造性，并针对多个监管领域进行了预认证，以减少进入壁垒。其集成功率放大器 (PA)、低噪声放大器 (LNA) 和天线分集技术确保了在恶劣射频环境下的可靠连接。此SoC在整个工业温度范围（-40°C至+85°C）内都是可靠的，其焊入式模块外形可满足工业振动和冲击要求，同时支持新的WPA3安全标准。

图3：Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi和蓝牙模块以及USB适配器。（图源：贸泽电子）

Laird Connectivity最近宣布引入USB适配器，进一步扩展了LWB5+系列。此适配器能够支持整个工业温度范围，添加了简单的Wi-Fi和蓝牙即插即用集成功能。

物联网应用的操作系统灵活性

Linux是一款出色的操作系统，适用于基于微处理器的应用，包括家庭医疗网关、测试和测量、重型机械、车辆远程信息处理和患者监视器。Sterling-LWB5+ Linux backports包支持多种Linux内核，可实现向后兼容。这种方法降低了旧内核版本出现编译问题的风险，缩短了集成时间，可加快产品上市。此外，还可以让客户灵活选择使用首选内核版本和标准化格式以实现向后兼容，无需手动为特定内核版本应用补丁。这种安排提升了处理器灵活性，便于与NXP i.MX、Nvidia、Xilinx Zynq和其他流行平台集成。

未来还将为基于微控制器的应用提供实时操作系统 (RTOS)，如支持英飞凌超低功耗、灵活安全的PSoC™ PSoC™ 6 MCU的太阳能逆变器、灌溉系统、电动工具、家居自动化和健康设备等应用。

结语

您是否希望避免出现阻碍实现IIoT连接的常见挑战和陷阱？ Laird Connectivity与英飞凌强强联手，让您的新一代无线产品拥有Wi-Fi 5 (802.11ac) + 蓝牙功能。Laird Connectivity的Sterling-LWB5+无线模块承载AIROC™ CYW4373E双频段802.11ac+ 蓝牙5.2 SoC ，为客户的生产提供了一条便捷的途径。Sterling-LWB5+是一款外形小巧、坚固耐用、经过全球认证的Wi-Fi/B蓝牙模块，可支持采用Linux/Android和RTOS设计的多种软件。此外，工程师还可以通过他们的一系列开发工具套件、模块、M.2卡和软件示例项目来提供支持，从而加快设计和生产进度，加快产品上市。

作者简介

Paul Golata于2011年加入贸泽电子。作为高级技术专家，Paul通过推动战略领导、战术执行以及先进技术相关产品的整体产品线和营销指导，为贸泽的成功做出了突出贡献。他通过撰写独特而富有价值的技术内容为设计工程师提供最新的电气工程信息和趋势，帮助贸泽电子成为大家最青睐的电子元器件分销商。在加入贸泽电子之前，Paul曾在Hughes Aircraft Company、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、DSU和Arrow Electronics的制造、营销和销售相关部门担任过多种职务。他拥有伊利诺伊州芝加哥市德锐理工学院 (DeVry Institute of Technology) 的电机工程学士学位；加利福尼亚州马里布市佩珀代因大学 (Pepperdine University) 的工商管理硕士学位；德克萨斯州沃思堡市西南浸信会神学院（Southwestern Baptist Theological Seminary）的神学和商业领导力双硕士学位以及西南浸信会神学院的博士学位。