用于 IIoT 连接的 Wi-Fi 5 + 蓝牙 5.2 组合无线模块

2021-07-05

用于 IIoT 连接的 Wi-Fi 5 + 蓝牙 5.2 组合无线模块

工业物联网 (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于制造车间，从云端收集数据以驱动人工智能和预测分析。然而，智能医疗以及工厂和家庭自动化在实现强大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 2.4GHz 频谱。IEEE 802.11 指导各种 Wi-Fi 标准，包括频谱。Wi-Fi 具有高带宽和更大范围（100 米）的特点，通常用于连接互联网。蓝牙具有较低的带宽和较短的范围 (10m)，主要用于连接设备和使用移动应用程序提供到 Wi-Fi 网络。由于用户需要最佳功能，因此最好同时使用 Wi-Fi 和蓝牙。IIoT 用户还希望最大限度地减少安全问题。这是使用 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线性能。如果用户希望他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 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) 包含物联网 (IoT)。802.11ac (Wi-Fi 5) (2.4GHz/5GHz) 与传统 802.11b/g/n 相比具有四个关键优势。

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。接入点使用波束成形，但需要站点支持该功能，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量较低（图 1）。较低的每比特能量减少了活动无线电时间，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效负载传输，它使 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 较低的每位能量减少了活动无线电时间，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率。更好的频谱利用率可减少拥塞，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，因为信道间隔的频谱利用率更高。

最后，它的 5GHz 信道为音频、视频和云服务提供了更干净的频谱。虽然不是 802.11ac (Wi-Fi 5) 独有的，但 5GHz 频谱的可用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+ 开发套件通过支持 Wi-Fi 5 (802.11ac) 和蓝牙（图 3）响应下一代无线物联网的需求。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、可靠和强大的功能集专为 IIoT 连接而构建。它从一开始就是物联网——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制造性，并针对多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) 和具有天线分集功能的低噪声放大器 (LNA) 可确保在恶劣的射频环境中实现可靠连接。它在工业温度范围（-40˚C 至 +85˚C）内可靠，其焊接模块适用于工业振动和冲击需求，同时支持最新的 WPA3 安全标准。

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

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

物联网应用的操作系统灵活性

Linux 是一种出色的操作系统 (OS)，适用于基于微处理器的应用程序，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护仪。Sterling-LWB5+ Linux backports 包支持许多支持向后兼容性的 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，它还为客户提供了使用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，无需手动为特定内核版本应用补丁。这种安排提供了处理器灵活性，可轻松与 NXP i.MX、Nvidia、Xilinx Zynq和其他流行平台集成。

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