通過內置式802.11ax將無線網路技術擴展應用到物聯網領域

文｜FRANZ DUGAND

校對｜CEVA

圖源｜CEVA

讓傳統的家用設備「智能化」的熱潮正在興起。在智能化家居環境下，我們已看到了智能音響喇叭、電視機、暖氣和空調設備、安保系統、視頻門鈴和健身器材。這股熱潮何時才能結束？也許將遠早於預計，如果我們繼續依賴經典的無線網路技術的話，即常用的802.11n或802.11ac。您可能已有過這樣的經歷：您在電視機上播放一部電影，此時您的配偶正在智能自行車練習機上，孩子們正在看手機或收看另一部電影，而這時您想調低空調溫度。設備反應超慢，這應該不是我們所憧憬的理想智能家居環境。新一代的無線網路技術，802.11ax, 將使我們重回正軌，至少可用於那些支持這個標準的設備。

[圖 1 | 如圖所示，無線網路的帶寬經歷了很長的發展歷程]

CEVA 無線網路技術的革新

實現在擁堵的環境下獲得更高效率

在帶寬方面，每個用戶的吞吐量提高4倍

更高的峰值數據傳輸速率

相比現今領先的11ac標準，速度提高25%

向下兼任低版本

可與較低版本標準的網路兼容，可加速其升級

更高的功率效率

延長用戶設備的電池壽命

無線網路技術的發展從未停止，在不斷增加的帶寬基礎上實現了一系列設計改良，那麼問題在哪裡？問題就是最初開發此技術的標準設計，從未預見到接入點（AP）需要同步地和我們現在想連接的多台設備進行通訊。我們通常採用的標準基於一次使用一個活動的通訊線路，所有其他人必須排隊等待。802.11N 通過支持多路輸入、多路輸出（MIMO）天線，改善了每個站點的帶寬和數據傳輸速率，但每次仍僅能通過一個站點和接入點（AP）對話。當添加到您的家用網路的設備數量增加速度高於帶寬增加速度，這些設備的等待/緩存時間將大大超出您的預期。

問題在於擁堵。即使在特定的傳輸條件下具有足夠的帶寬，僅有一個站點/接入點鏈接可接入服務。多用戶MIMO (MU-MIMO) 通過在多個用戶中分割MIMO運行過程，首次允許多個站點和接入點之間可以同步傳輸，從而使上述問題得以改善。具有此功能的第一代產品採用802.11ac (Wave2)標準，可支持多個用戶使用下行鏈接（不適用於上行鏈接），可傳輸四個同步數據流。這個設計相當不錯，您可同時和四台設備對話，且不會出現通訊不暢的現象，但大多數智能家居環境具有的設備數量可不止四台。上行鏈接限制仍是個問題。

進入 802.11ax, 向前邁進了一大步，甚至超越11ac。首先，11ax可支持多達8個同步數據流，使傳輸能力翻了一倍。其次，此技術借用了LTE的一項技術 (稱為OFDMA),可在每個數據流內將帶寬分割為多個子通道，其中每個通道可用於支持不同的站點。而且11ax具有對稱性；上行鏈接具有和下行鏈接同樣出色的性能和效率。僅就吞吐量一項指標而言，11ax比11ac更為快速，而且在具有多台活動終端的環境下所產生的擁堵將明顯減少。

對於採用電池供電的設備而言，11Ax的另一項優勢在於運行功率相比11n要更低。11Ax具有一個功能稱為目標喚醒時間 (TWT)，可使一台終端設備進入深度休眠狀態，並在預定的時間喚醒，而不是在不必要的監聽狀態下消耗電能。11Ax標準技術通過採用更窄的子通道，還實現了和藍牙和802.15.4無線標準的更好的共存性。對於那些曾經打算基於11ah (HaLow)標準進行設計的人而言，市場趨勢表明11ah的認可度不高，而且越來越低，因為大多數具有此類需求的用戶正轉而採用11ax 以獲得更大的應用靈活度。

如今，您正在規劃自己鍾愛的全新家庭自動化設備，您需要無線網路的連接能力，但確實不想經歷因其他您不想控制的設備導致的傳輸擁堵，使應用體驗大打折扣。您應構建基於支持11ax標準的設計（此標準可向下兼容更低版本，純屬偶然）。但您仍受到成本和功耗的束縛，因此您真正需要的是一個單晶元解決方案。而且您的設計團隊在您應用領域是專家，但在無線網路標準和設計領域卻不是。您需要一個交鑰匙型11ax解決方案。

[圖 2 | 單晶元設計]

CEVA通過其RivieraWaves系列產品為無線網路提供支持，根據Linley報告數據，在可授權的無線網路技術領域具有顯著的領先優勢。解決方案涵蓋低能耗和成本，到千兆級速率，所有構件均採用基於CEVA的XC DSP平台的硬體電路設計，現在還在整個產品系列中提供11ax支持。

緊湊型解決方案可適用於單晶元交鑰匙無線網路介面，在您具有靈活性需要時，可在本地或主處理器上應用軟體協議堆棧。對於具有成本敏感性的應用，RISC-V CPU可對全協議堆棧和微型控制器級的應用軟體進行控制，從而無需增加第三方MCU。對於較為複雜的應用，RivieraWaves解決方案和交鑰匙無線技術解決方案的運行性能同樣出色，其中內置了高性能的應用處理器、內存和其他IP。

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