長達2300米的藍牙®低功耗長距離連接解決方案

芻狗

為什么藍牙®低功耗長距離連接如此重要？

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

我們的CYW20829芯片具有高水平的連接距離，高達116 dB的最大鏈路預算，以及集合多代開發(fā)成果的強大IP，可以解決藍牙連接距離短和環(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 Bluetooth®LE芯片，利用藍牙低功耗長距離編碼PHY層技術實現(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。我們的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，我們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牙設備可能會在遠遠短于宣傳距離的范圍內斷開連接。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備與中心設備之間保持視距（LoS）連接。就像建筑物內的墻壁可能限制藍牙連接距離一樣，其他設施（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，因為它會導致干擾和期望信號失真。在真實環(huán)境中，設備之間的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（RSSI），并在測試期間調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，我們的最大鏈路預算是|10 dBm|輸出功率+ |-106 dBm|靈敏度= 116 dB。

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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，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。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]圖1：CYW920829M2EVK-02輻射方向圖

圖2：CYW920829M2EVK-02評估板設置

接下來我們將再次升級這個解決方案，實現(xiàn)更長的藍牙連接距離，敬請期待本系列下一篇文章。