為什么藍(lán)牙低功耗長距離連接如此重要？

如今，藍(lán)牙設(shè)備和應(yīng)用的數(shù)量正在不斷增長。如倉庫資產(chǎn)跟蹤、智能家居設(shè)備、禽畜跟蹤和遠(yuǎn)程控制設(shè)備等應(yīng)用，在功能需求和用戶體驗上都需要長距離連接功能。隨著藍(lán)牙設(shè)備日益增多，我們需要一種在2.4 GHz頻段內(nèi)的其他Wi-Fi和藍(lán)牙應(yīng)用產(chǎn)生的干擾下，依然能保持所有設(shè)備處于連接狀態(tài)的解決方案。

英飛凌的CYW20829芯片具有高水平的連接距離，高達(dá)116 dB的最大鏈路預(yù)算，以及集合多代開發(fā)成果的強大IP，可以解決藍(lán)牙連接距離短和環(huán)境噪聲問題。

一個生活中發(fā)生的場景是我經(jīng)常把鑰匙放錯地方，有時可能要花好幾個小時才找到。我之前嘗試過使用各種藍(lán)牙追蹤器來追蹤鑰匙，但那些產(chǎn)品的覆蓋范圍僅限于我家。最近我用了英飛凌CYW20829芯片來解決這個小煩惱。該芯片通過編碼PHY層實現(xiàn)藍(lán)牙低功耗長距離連接功能，其卓越的射頻性能可以解決連接距離短的問題，同時支持在更大鏈路預(yù)算下實現(xiàn)穩(wěn)定連接，可以解決我面臨的問題。

在本篇文章中，我們將探索借助AIROC CYW20829 BluetoothLE芯片，利用藍(lán)牙低功耗長距離編碼PHY層技術(shù)實現(xiàn)超過2300米的連接距離。

解決方案

噪聲是指射頻環(huán)境中的任何干擾性射頻能量，而信噪比（SNR）是指期望信號與干擾性噪聲的比率。高信噪比是理想情況。英飛凌的CYW20829芯片信噪比是S級，具有輸出功率約為10 dBm信號強度，以及約-106 dBm的低靈敏度。通過降低真實環(huán)境中的噪聲，同時考慮CYW920829M2EVK-02的輻射模式，英飛凌最大限度地提高了系統(tǒng)的信噪比，實現(xiàn)了2300米的連接距離。

通過使用配置S8編碼PHY層的CYW20829芯片，我可以在更大的范圍內(nèi)跟蹤我的鑰匙。

噪聲環(huán)境

在長距離測試環(huán)境中，噪聲和干擾是導(dǎo)致連接距離短的最主要原因。在真實環(huán)境中，噪聲增加意味著您的藍(lán)牙設(shè)備可能會在遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于宣傳距離的范圍內(nèi)斷開連接。為了提高信噪比，我們必須在測試中降低噪聲和干擾。

我們在游人如織的海灘進行了一次測試，大家都攜帶著多個在2.4 GHz頻段工作的設(shè)備，比如智能手機、智能手表和無線耳機。為了減少干擾，我們在早上進行測試，這樣可以盡可能避開人群。當(dāng)我們不得不靠近人群時，我們會繞著人群走，盡可能減少噪聲的影響。

除了避開人群之外，我們還始終確保外圍設(shè)備與中心設(shè)備之間保持視距（LoS）連接。就像建筑物內(nèi)的墻壁可能限制藍(lán)牙連接距離一樣，其他設(shè)施（比如，沙灘傘或救生員瞭望塔）也會造成多徑傳播，并可能吸收射頻能量。當(dāng)無線電信號通過多個路徑在兩個天線之間傳播時，就會發(fā)生多徑傳播。多徑傳播是一種不良情況，因為它會導(dǎo)致干擾和期望信號失真。在真實環(huán)境中，設(shè)備之間的LoS連接可能并非總是可靠；然而即使在噪聲環(huán)境中，我們的CYW20829 芯片也可以有很好的表現(xiàn)。

我們積極監(jiān)測接收器的接收信號強度指標(biāo)（RSSI），并在測試期間調(diào)整我們沿著海灘行走的位置，以保證RSSI高于S8編碼PHY層的最大靈敏度。

CYW20829芯片使用內(nèi)部功率放大器可以實現(xiàn)最大輸出功率10 dBm，編碼PHY層支持我們將CYW20829芯片的最大靈敏度提高到-106 dBm。鏈路預(yù)算是指射頻系統(tǒng)所有增益和損耗的絕對值之和，以分貝為單位。在理想的環(huán)境中，我們的最大鏈路預(yù)算是|10 dBm|輸出功率+ |-106 dBm|靈敏度= 116 dB。

輻射方向圖

天線指向性是測量有多少輻射能量指向到某個特定方向的指標(biāo)，而天線增益是指天線的指向性和效率。天線并非在所有方向都有相同的輻射功率。

如圖1所示，我們測量了CYW920829M2EVK-02套件的天線增益，并確定了該套件在哪個方向上輻射強度最大。不同的藍(lán)牙天線的最佳輻射方向不同，這影響了我們在測試低功耗長距離性能時選擇評估板的朝向。由于天線發(fā)射時的指向性與接收時的指向性相同，考慮到天線的最大增益，我們將兩塊評估板放置在面對面方向。

我們的套件可以視作一個“定向”天線，因為輻射方向圖在一個特定的角方向上最強。

我們將評估板放置在面對面方向，如圖2所示。

圖1：CYW920829M2EVK-02輻射方向圖

圖2：CYW920829M2EVK-02評估板設(shè)置

審核編輯：劉清