Wi-Fi 6和BLE 5.2 IP就緒 Imagination加速創新應用
- 吳冠儀/台北
隨著新一代Wi-Fi 6和藍牙低功耗(BLE) 5.2版規範的底定,兩大陣營均期望透過增強的新特性來進一步擴展應用市場,並推動新的使用案例。為滿足業者想要在最短時間內,推出新產品以搶佔市場的需求,Imagination近來已推出新的Wi-Fi 6和BLE 5.2 IP產品,其中均包含了開發相關晶片所需的必要組成,能以「一站購足」的完整IP解決方案,協助客戶開發新產品,加速創新應用的實現。
Imagination產品行銷資深經理Shewan Yitayew表示,該公司推出的iEB110是支援BLE 5.2的最新產品。它包含了基頻、射頻、控制軟體和主機堆疊,能以具高度整合的單一來源IP,協助業者縮短開發時程,並降低材料清單成本。
他解釋說,BLE 5.2是藍牙SIG聯盟最新發布的規範,其中最重要的增強功能的LE Audio(低功耗音訊)。除了低功耗傳輸之外,新標準還可支援音訊共享、音訊廣播、多重音訊串流等功能,可望帶動更多樣的使用案例,並改變未來數年我們聆聽和共享音訊的方式。
首先,能以低功耗傳輸高品質音訊,意味著,可以延長裝置的電池壽命,或是開發人員能夠創建外形更精巧的音訊裝置。這也能使助聽器的設計更輕薄短小,尤其是隨著真無線耳機(TWS)的流行,過去人們不樂意配戴助聽器的疑慮也終將會消失。
至於多重串流音訊,Yitayew指出,傳統藍牙只支援單一點對點的音訊串流。因此,以最近熱門的真無線耳機(TWS)為例,事實上是透過業者的專屬技術,先把音訊傳到一個耳機,再把訊號傳到另一個耳機來實現的。
因此,運用新的LE Audio,便能以同步通道來處理裝置之間的多重音訊串流。如此一來,不僅能降低TWS耳機的設計門檻,使其更為普及,而且還能提供更佳的音訊品質。
此外,LE Audio還支援廣播功能,具備了在公共場所開啟新使用案例的潛力。例如,在機場候機室,或是博物館的語音導覽,廣播內容可以傳送給所有連結的使用者。它的使用情境,就類似目前公共場所提供的開放Wi-Fi SSID一樣,使用者可以連結到藍牙音訊熱點,聽取廣播訊息。
而LE Audio的共享功能,能讓使用者手機中的音樂,更輕鬆地與周遭的朋友共享,也將顛覆過去我們利用藍牙聆聽音訊的體驗。至於定位(location-based)音訊共享的應用,舉例來說,在演講廳等固定區域內,能把音訊以多種語言或是同步翻譯的方式,傳送給聽眾。
Yitayew強調,新規範可望推動的這些新使用案例,的確很讓人振奮,也將開創更多商機。
iEB110兼具高整合度與優異效能
而iEB110除了具備高整合度優勢之外,就效能來看,它在125kbps的接收靈敏度為-104 dBm,深度睡眠電流為0.5µA,這表示,能以低功耗提供非常清晰的音訊品質。此外,它還支援-40℃到+80℃的溫度範圍,也能夠適用於嚴苛環境之中。
iEB110具備小晶粒面積的特性,它支援台積電40奈米低功耗製程,包含RF、LDO、邏輯和記憶體的晶粒面積為1.46mm2。
此外,iEB110亦支援BLE 5.1和BLE 5.0的選項特性,例如,利用到達角/出發角(AoA/AoD)實現1公尺以下的定位與追蹤準確度,LE長距離操作模式可擴展室內和室外的涵蓋範圍、以及LE-2M PHY可提高數據傳輸量等。
至於軟體方面,iEB110可支援多種常用的開放源堆疊,包括Zephyr、BlueZ和Packetcraft,讓業者實現更佳的成本效益。對此,Imagination亦宣布已與Packetcraft建立合作夥伴關係, 藉由結合Imagination的iEB110硬體和Packetcraft的主機堆疊,建構完整的BLE 5.2解決方案。
Wi-Fi 6將開啟穿戴式裝置和低功耗IoT市場
在Wi-Fi解決方案方面,Imagination最新推出的是iEW 400 IP,可支援最新一代的Wi-Fi標準802.11ax,業界亦將其稱為Wi-Fi 6。
Imagination產品管理資深總監Richard Edgar表示,最新的802.11ax具備了802.11n的所有功能,同時又增加了多項增強特性。主要包括,目標喚醒時間(TWT)、BBS著色(coloring)、以及OFDMA(正交分頻多工存取)。
基於這些增強功能,Wi-Fi 6能以Wi-Fi 固有的數據率,但提供能與藍牙和802.15.4競爭的功耗。因此,透過此新標準,將使Wi-Fi 跨入穿戴裝置和低功耗IoT等新市場,這對Wi-Fi 的發展來說,是非常重要的。「以往因為考慮電池壽命,對於這類的低功耗應用來說,Wi-Fi 並不是一個選項,但現在許多擔憂消失了,現在11ax已成為更可行的機會和技術了。」
iEW 400是一個完整的解決方案,包括整合的RF、基頻和LMAC。 Edgar強調,「Imagination是市場上唯一一家能提供此高整合度的IP供應商,因此能實現最大的靈活性和最快的上市時間,並降低開發成本。事實上,只需要加上一個天線,解決方案就算完成了。」
此外,它具有可選的電源管理單元,還有可選的UMAC,能把UMAC從主機中取出,並將其整合到IP中,以降低主機對系統效能的要求。同時, 它還提供了數位預失真(Digital Pre-distortion)的功能,能夠取得更佳的發射功率路徑,實現更高的發射功率。在成本方面,iEW400已把面積盡可能縮小,以實現高度最佳化的設計以及最小的eBOM 成本。
Richard Edgar分別解釋了iEW 400具備的多項重要特性。首先是,「20MHz Only STA」,可用來支援低功耗、低複雜度的裝置。「標準的802.11ax需支援80MHz頻寬,但是透過在802.11ax中定義的特殊模式,能使其支援20MHz頻寬。」
「僅使用20MHz頻寬,就是您今天使用11n獲得的頻寬。許多IoT裝置都是支援20MHz的。因此,此特性可適用於頻譜有限的地方,又能與其他的802.11ax裝置完全互通。而且,若使用標準的802.11ax,就能擁有更多的通道來進行傳輸。」
Wi-Fi 6的多項新增特性
目標喚醒時間(TWT)則是另一個有助於降低功耗的重要特性。Wi-Fi的工作原理是根據乙太網路標準制定的,也就是說,存取點需先發送訊息,並廣播給與該存取點連結的裝置。因此,終端裝置需常常醒來,檢查是否有任何訊息,接收之後,又再進入睡眠狀態。這整個過程,每100毫秒就要執行一次,這是造成Wi-Fi裝置功率消耗的主要原因,最高會消耗80%的電池電量。
現在,透過TWT,可由裝置和存取點協商並定義喚醒時間,如此一來,可減少裝置間的競爭,讓裝置的睡眠時間延長,無須再每100毫秒醒來一次,喚醒時間可以是一個小時,或甚至長達17年,這將能大幅延長電池壽命。
另一個重要特性是BBS著色,它的主要功能是提升擁擠環境中的數據傳輸效率與效能。Richard Edgar以2012年倫敦奧運為例,當時體育館擠滿了8萬名觀眾,儘管廣設Wi-Fi熱點,但還是造成網路大塞車,平均每個人的數據傳輸量非常低。
他解釋說,這是因為Wi-Fi的設計方式是, 當裝置想要傳送到AP時,它必須先聆聽,以查看目前是否有另一台裝置正在發送。若有,它就會退到一旁,等待一段時間後,再嘗試傳輸,此過程會不斷重複,直到裝置可以傳輸為止。因此,在非常密集的環境中,裝置很難與存取點對話,所以會嚴重降低Wi-Fi裝置在擁擠環境的資料傳輸量。
另一種情況是,如果在家裡,同時鄰居也正在傳輸到他們的存取點。這時,自身的裝置在要傳輸之前喚醒並聆聽,那麼可能會發現,它可以聽到鄰居的裝置,因此認為環境壅塞,所以它無法傳輸。如此,它便會退回並再度嘗試。因此,即使在較不擁擠的環境中,也可能會受到干擾。
為了解決此一問題,802.11ax導入了BBS著色機制,使每台存取點都具備一種已知的顏色,裝置僅需聆聽它所屬顏色的存取點是否在傳輸數據就好,可顯著減少干擾現象。
因此,BSS著色可獲得更好的強韌性,而更好的強韌性會帶來更好的資料傳輸量和更好的效能。如果把此情況帶到大型會議廳或大型運動館中,有很多人聚集在一起,其中許多人使用同一個存取點,那麼他們較不會受到會議廳或體育館中其他Wi-Fi裝置的干擾,能更有效地進行傳輸。
至於OFDMA(正交分頻多工存取),則是可以把傳輸通道切割為多個通道,而支援11ax的Wi-Fi,我們可以把將通道切割為2MHz通道。
傳統以來,採用Wi-Fi,是利用個20MHz的通道,但現在,可以有多個2MHz的通道。透過2MHz通道,更多的裝置可以同時傳輸。因此,如果裝置只需要發送少量數據,可以使用部分頻寬。如果裝置需要發送大量數據,可以用較大的頻寬。藉由OFDMA,可提高資料傳輸量,以獲得更好的效能,而且裝置的傳輸量也更多。它還有助於減少延遲,提高效率。
基於這些特性,Richard Edgar樂觀看待Wi-Fi 6能夠開啟新的低功耗IoT應用,並提供更優異的效能。雖然目前多種無線通訊標準均在競逐IoT商機,但他認為,Wi-Fi 6並不是要與某種特定無線通訊標準競爭,而是因應了市場對於低功耗、強韌性、以及傳輸率的需求,能夠找到特定的使用案例。
例如,目前普遍以藍牙設計的無線門鈴,若要進一步搭配影像對講機功能,那就勢必採用Wi-Fi 的數據傳輸率才有可能。
此外,隨著無線MCU市場快速成長,內建Wi-Fi功能的MCU也將越來越普及,這些都是iEW400的目標市場。目前提供的方案支援台積電40奈米低功耗製程,並正在評估移轉至更先進的製程節點。
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