长达2300米的蓝牙®低功耗长距离连接解决方案

只看该作者 · 2024-3-11 10:34

本帖最后由 IFX_Lingling 于 2024-3-11 10:35 编辑

为什么蓝牙®低功耗长距离连接如此重要？

如今，蓝牙设备和应用的数量正在不断增长。如仓库资产跟踪、智能家居设备、禽畜跟踪和远程控制设备等应用，在功能需求和用户体验上都需要长距离连接功能。随着蓝牙设备日益增多，我们需要一种在2.4 GHz频段内的其他Wi-Fi和蓝牙应用产生的干扰下，依然能保持所有设备处于连接状态的解决方案。

我们的CYW20829芯片具有高水平的连接距离，高达116 dB的最大链路预算，以及集合多代开发成果的强大IP，可以解决蓝牙连接距离短和环境噪声问题。

一个生活中发生的场景是我经常把钥匙放错地方，有时可能要花好几个小时才找到。我之前尝试过使用各种蓝牙追踪器来追踪钥匙，但那些产品的覆盖范围仅限于我家。最近我用了英飞凌CYW20829芯片来解决这个小烦恼。该芯片通过编码PHY层实现蓝牙低功耗长距离连接功能，其卓越的射频性能可以解决连接距离短的问题，同时支持在更大链路预算下实现稳定连接，可以解决我面临的问题。

在本篇文章中，我们将探索借助AIROC™ CYW20829 Bluetooth®LE芯片，利用蓝牙低功耗长距离编码PHY层技术实现超过2300米的连接距离。

解决方案

噪声是指射频环境中的任何干扰性射频能量，而信噪比（SNR）是指期望信号与干扰性噪声的比率。高信噪比是理想情况。我们的CYW20829芯片信噪比是S级，具有输出功率约为10 dBm信号强度，以及约-106 dBm的低灵敏度。通过降低真实环境中的噪声，同时考虑CYW920829M2EVK-02的辐射模式，我们最大限度地提高了系统的信噪比，实现了2300米的连接距离。

通过使用配置S8编码PHY层的CYW20829芯片，我可以在更大的范围内跟踪我的钥匙。

噪声环境

在长距离测试环境中，噪声和干扰是导致连接距离短的最主要原因。在真实环境中，噪声增加意味着您的蓝牙设备可能会在远远短于宣传距离的范围内断开连接。为了提高信噪比，我们必须在测试中降低噪声和干扰。

我们在游人如织的海滩进行了一次测试，大家都携带着多个在2.4 GHz频段工作的设备，比如智能手机、智能手表和无线耳机。为了减少干扰，我们在早上进行测试，这样可以尽可能避开人群。当我们不得不靠近人群时，我们会绕着人群走，尽可能减少噪声的影响。

除了避开人群之外，我们还始终确保外围设备与中心设备之间保持视距（LoS）连接。就像建筑物内的墙壁可能限制蓝牙连接距离一样，其他设施（比如，沙滩伞或救生员瞭望塔）也会造成多径传播，并可能吸收射频能量。当无线电信号通过多个路径在两个天线之间传播时，就会发生多径传播。多径传播是一种不良情况，因为它会导致干扰和期望信号失真。在真实环境中，设备之间的LoS连接可能并非总是可靠；然而即使在噪声环境中，我们的CYW20829芯片也可以有很好的表现。

我们积极监测接收器的接收信号强度指标（RSSI），并在测试期间调整我们沿着海滩行走的位置，以保证RSSI高于S8编码PHY层的最大灵敏度。

CYW20829芯片使用内部功率放大器可以实现最大输出功率10 dBm，编码PHY层支持我们将CYW20829芯片的最大灵敏度提高到-106dBm。链路预算是指射频系统所有增益和损耗的绝对值之和，以分贝为单位。在理想的环境中，我们的最大链路预算是|10 dBm|输出功率+|-106 dBm|灵敏度= 116 dB。

辐射方向图

天线指向性是测量有多少辐射能量指向到某个特定方向的指标，而天线增益是指天线的指向性和效率。天线并非在所有方向都有相同的辐射功率。如图1所示，我们测量了CYW920829M2EVK-02套件的天线增益，并确定了该套件在哪个方向上辐射强度最大。不同的蓝牙天线的最佳辐射方向不同，这影响了我们在测试低功耗长距离性能时选择评估板的朝向。由于天线发射时的指向性与接收时的指向性相同，考虑到天线的最大增益，我们将两块评估板放置在面对面方向。

我们的套件可以视作一个“定向”天线，因为辐射方向图在一个特定的角方向上最强。

我们将评估板放置在面对面方向，如图2所示。