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远距离高清图传利器,全球首款Wi-Fi Halow芯片泰芯TXW8301详解

来源:未知   责任编辑:肖雨

由于物联网市场非常的碎片化,不同的场景之下,对于连接技术也有不同的要求,这也使得目前在物联网市场上,有着种类非常多的连接技术,比如Wi-Fi、蓝牙、Zigbe等成本低廉的短距离无线连接技术,以及LoRaWAN和Sigfox等运行在非授权频段的低功耗广域网(LPWAN)技术,还有NB-IoT、eMTC、Cat.1等成本相对较高的基于运营商网络的蜂窝物联网技术。

由于Wi-Fi和蓝牙早已成为了智能手机的标配,这也使得在消费类物联网市场,Wi-Fi和蓝牙成为了应用最广的物联网连接技术。但是在很多行业应用领域,由于对功耗、传输距离、成本等多方面有着更高的要求,这也使得Wi-Fi和蓝牙应用较少。

虽然,相对于其他的短距离物联网连接技术来说,Wi-Fi有着传输速率更快、可直接接入互联网、低时延的优势,但是它的功耗和成本也更高,传输距离也仅比蓝牙高一些,连接数量也有限。而这也限制了Wi-Fi技术在更为广阔的物联网市场的应用。

为了进一步开拓Wi-Fi技术在物联网领域的应用,一方面,不少Wi-Fi芯片厂商开始不断推出更低功耗、更低成本的Wi-Fi芯片来争夺物联网市场;另一方面,一些Wi-Fi芯片厂商也在大力推动Wi-Fi联盟针对物联网市场推出的Wi-Fi Halow技术的商用。

什么是Wi-Fi Halow?有何优势?

早在2016年3月,Wi-Fi联盟就针对物联网市场发布了一项无线局域网的物理层和媒体接入控制层协议,其是能在低于1GHz(750MHz—930MHz)免许可的频段内运行的新型WLAN系统标准,即IEEE 802.11ah,该技术又被称为Wi-Fi Halow。

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由于Wi-Fi Halow可以运行在低于1GHz的频段,这也使得其能够保持相对较高速率的基础上,实现更长距离、更低功耗的连接,可以满足很多对于传输速率、距离、功耗有着更高要求的物联网市场的需求。

在传输速率方面,根据微信公众号“知芯汇”提供的数据显示,Wi-Fi Halow在sub 1GHz频段内提供的数据传输速率最高可达86.7M,相比Sigfox、LoRaWAN、Zigbee、Z-Wave、Bluetooth Low Energy、NB-IoT和其他专用的频移键控(FSK)无线电系统等竞争性物联网技术高出了几个数量级。

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在传输距离方面,Wi-Fi Halow也可超过1公里,仅次于Sigfox、LoRaWAN等远距离无线局域网技术。

在连接数量方面,Wi-Fi Halow的设计目标也是与NB-IoT以及5G下的mMTC(Massive Machine Type Communications)场景目标是一样的,都是支持大规模的节点数关联。根据知乎用户@徐方鑫 分享的资料来看,Wi-Fi Halow将AID的范围从2007扩展到8191,即Wi-Fi Halow每个接入单点的最大理论连接数可高达8191个,并且不需要专用网关即可直接访问互联网。

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△Wi-Fi Hallow的AID扩展到了8191

在功耗方面,Wi-Fi HaLow技术的关键设计标准之一是低功耗,使用电池供电的物联网设备能够运行数年。新的MAC功能使Wi-Fi HaLow网络中的设备能够节省能源、减少拥塞、增加容量和设备密度。

另外,Wi-Fi HaLow与其他的Wi-Fi标准一样,原生支持IP网络,简化了对互联网和基于云应用程序的访问,相比其他的物联网连接技术来说,无需额外昂贵的基础设施,如集线器、中继器或网关等。综合成本可以进一步降低。

根据“知芯汇”分享的图来看,与LoRaWAN等低功耗物联网技术相比,Wi-Fi HaLow除了在覆盖氛围上要差一些之外,在传输速率、电池寿命、扩展性、易于IP网络集成、安装和运行成本方面都更具优势。

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与蓝牙、Zigbee等短距离无线连接技术相比,Wi-Fi HaLow在覆盖范围、可扩展性、传输速率、电池寿命、易于IP网络集成、安装和运行成本方面,也更具优势。即便是与常规的2.4GHz WiFi相比,Wi-Fi HaLow除了传输速率略低之外,覆盖范围更大,电池寿命也更高,优势明显。

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国内市场暂时受限,海外应用渐入佳境

由于Wi-Fi HaLow使用的是sub-1GHz频段,主要是在750MHz—930MHz之间,而国内的750MHz—930MHz频段主要被三大运营商及广电所掌握(广电拥有698MHz-806MHz频段),这也使得Wi-Fi HaLow在国内市场应用受阻。

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不过,在海外市场,一些国家和地区有开放一部分频段出来,比如美国目前的902MHz至928MHz频段、澳大利亚和新西兰的915MHz至928MHz频段、欧洲也在800MHz和900MHz频段间划出了7MHz的频谱资源。此外,Wi-Fi联盟还积极倡导Wi-Fi HaLow的全球统一接入频谱在915MHz至925MHz范围内。这也使得Wi-Fi HaLow在海外市场的有了用武之地。

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前面提到,Wi-Fi HaLow技术相比低功耗广域物联网技术以及短距离无线连接技术都有着不小的优势,特别是那些对于传输速率、传输距离都有着较高要求的物联网应用(比如无线网络高清摄像头、无人机WiFi图传)来说,Wi-Fi HaLow无疑是更具优势的解决方案。

Wi-Fi HaLow芯片供应商稀缺,泰芯半导体率先量产商用

虽然Wi-Fi HaLow技术在一些物联网市场拥有很好的应用前景,但是目前Wi-Fi HaLow芯片供应商却非常的稀缺。

据芯智讯了解,目前有在研发Wi-Fi HaLow芯片的厂商主要有Morse Micro Inc.、Newratek、Palma Ceia SemiDesign Inc.、Methods2Business和珠海泰芯半导体有限公司(以下简称“泰芯半导体”)。

虽然在为数不多的厂商当中,大部分都是国外厂商,中国厂商仅有泰芯半导体一家,但是泰芯半导体却是目前全球唯一实现量产并成功商用的Wi-Fi HaLow芯片供应商,其首款基于Wi-Fi Halow标准的SoC芯片型号为TXW8301。

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TXW8301详解:更快、更远、更强

作为首款基于Wi-Fi Halow标准的SoC芯片——TXW8301内部集成的PA调制信号发射功率高达17db,可工作在750M~930M频段,工作的信道宽度为1/2/4/8MHz,可提供最高到32.5Mbps的物理吞吐量。同时芯片内部集成了百兆以太网/USB/SDIO/SPI/UART等接口,开发者可以通过这些接口与应用处理器对接。

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相比常见的蓝牙、Zigbee等短距离无线连接技术来说,TXW8301传输速率更快(最高32.5Mbps)、传输距离更远(最大距离1公里以上),同时信号的穿透力也更强。

即便是与目前Wi-Fi使用的 2.4GHz 和 5GHz 频段相比,TXW8301由于采用了更低的频段(小于1GHz),也具有以下三大优势:

1)数据传输距离更长,网络覆盖范围更广。具体表现:一是在相同的发射功率下,数据传输的距离更远,最大可达1公里以上(空旷的区域可达1.2公里),如现行的Wi-Fi技术最大的数据传输距离仅为100m,而该技术的传输距离是现行技术的10倍以上。二是如果加大发射功率或者选择低阶的调制方式,则TXW8301的数据传输距离将进一步增大。且通过在1MHz/2MHz/4MHz/8MHz之间进行切换,TXW8301能动态的调整WI-FI的覆盖范围。

2)数据传输的贯穿性更好,适合无线安防的应用。具体表现为:提高信号的绕射能力,因此数据具有更强的穿墙和穿过建筑物的能力,可将通信从室内扩展到室外,极大的提高数据穿透障碍物的能力。

3)无线终端冲突更低,无线传输质量更平稳。具体表现为:提供了TWT(Target wake time)资源调度功能,TWT技术使得AP(无线接入点)可以将不同的无线终端设备归纳到不同的TWT周期,AP可以与每台终端设备设置“唤醒协议”,从而协商终端使用哪个TWT周期传输数据。使用了TWT技术的TXW8301无线终端冲突更低,无线传输质量更平稳。

据泰芯半导体销售总监李少辉介绍,基于TXW8301的特性和优势,其可以广泛的应用于无线高清监控、无线网桥、无人机图传、智能家居以及智慧电网等多个领域。

以传统视频监控应用为例,比如在一些需要密集部署视频监控的小区、办公楼、交通枢纽,如果采用传统的方案,因为每个摄像头都需要单独进行布线(包括供电线和数据传输线),部署的周期和成本会都比较高,而且维护也并不是很方便。

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如果将集成TXW8301芯片的NVR(Network Video Recorder 网络硬盘录像机)作为接入点AP,再将内置TXW8301的无线网络摄像机(IP Camera)作为终端可以布置在屋内或者户外,可以轻松实现中距离的1拖8,并且保持高清视频传输(户外距离600米实际测试结果每路摄像头传输速率可以保持1Mbps以上)。这也使得无线高清监控视频传输具有更强的穿墙和穿过建筑物的能力,可将无线监控从室内扩展到户外。相比传统的方案来说,不仅提升了性能和体验,同时还极大的降低了部署成本和维护成本。

据芯智讯了解,目前泰芯半导体的TXW8301芯片已经被国内多家安防大厂的产品所采用。

另外,值得一提的是,TXW8301还支持移动导频技术,更适合移动中的无人机、无人船舶设备,加大发射功率后,最高可支持3公里范围内的1080P高清图传。

小结:

通过上面的介绍,我们不难看出,Wi-Fi Halow技术确实是一项非常具有市场潜力的物联网连接技术,特别是在安防监控、无人机图传等领域前景广阔。虽然目前国内Sub-1GHz频段使用受限,限制了Wi-Fi Halow技术在国内的发展,不过,海外市场的需求正在快速增长。

据李少辉介绍,目前泰芯半导体已经接到了很多海外客户以及主要做海外市场的国内客户的合作意向

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