遠距離高清圖傳利器,全球首款Wi-Fi Halow芯片詳解

由于物聯網市場非常的碎片化,不同的場景之下,對于連接技術也有不同的要求,這也使得目前在物聯網市場上,有著種類非常多的連接技術,比如Wi-Fi、藍牙、Zigbe等成本低廉的短距離無線連接技術,以及LoRaWAN和Sigfox等運行在非授權頻段的低功耗廣域網(LPWAN)技術,還有NB-IoT、eMTC、Cat.1等成本相對較高的基于運營商網絡的蜂窩物聯網技術。


由于Wi-Fi和藍牙早已成為了智能手機的標配,這也使得在消費類物聯網市場,Wi-Fi和藍牙成為了應用最廣的物聯網連接技術。但是在很多行業應用領域,由于對功耗、傳輸距離、成本等多方面有著更高的要求,這也使得Wi-Fi和藍牙應用較少。


雖然,相對于其他的短距離物聯網連接技術來說,Wi-Fi有著傳輸速率更快、可直接接入互聯網、低時延的優勢,但是它的功耗和成本也更高,傳輸距離也僅比藍牙高一些,連接數量也有限。而這也限制了Wi-Fi技術在更為廣闊的物聯網市場的應用。


為了進一步開拓Wi-Fi技術在物聯網領域的應用,一方面,不少Wi-Fi芯片廠商開始不斷推出更低功耗、更低成本的Wi-Fi芯片來爭奪物聯網市場;另一方面,一些Wi-Fi芯片廠商也在大力推動Wi-Fi聯盟針對物聯網市場推出的Wi-Fi Halow技術的商用。


什么是Wi-Fi Halow?有何優勢?


早在2016年3月,Wi-Fi聯盟就針對物聯網市場發布了一項無線局域網的物理層和媒體接入控制層協議,其是能在低于1GHz(750MHz—930MHz)免許可的頻段內運行的新型WLAN系統標準,即IEEE 802.11ah,該技術又被稱為Wi-Fi Halow。



由于Wi-Fi Halow可以運行在低于1GHz的頻段,這也使得其能夠保持相對較高速率的基礎上,實現更長距離、更低功耗的連接,可以滿足很多對于傳輸速率、距離、功耗有著更高要求的物聯網市場的需求。


在傳輸速率方面,根據微信公眾號“知芯匯”提供的數據顯示,Wi-Fi Halow在sub 1GHz頻段內提供的數據傳輸速率最高可達86.7M,相比Sigfox、LoRaWAN、Zigbee、Z-Wave、Bluetooth Low Energy、NB-IoT和其他專用的頻移鍵控(FSK)無線電系統等競爭性物聯網技術高出了幾個數量級。


在傳輸距離方面,Wi-Fi Halow也可超過1公里,僅次于Sigfox、LoRaWAN等遠距離無線局域網技術。


在連接數量方面,Wi-Fi Halow的設計目標也是與NB-IoT以及5G下的mMTC(Massive Machine Type Communications)場景目標是一樣的,都是支持大規模的節點數關聯。根據知乎用戶@徐方鑫 分享的資料來看,Wi-Fi Halow將AID的范圍從2007擴展到8191,即Wi-Fi Halow每個接入單點的**理論連接數可高達8191個,并且不需要專用網關即可直接訪問互聯網。


△Wi-Fi Hallow的AID擴展到了8191


在功耗方面,Wi-Fi HaLow技術的關鍵設計標準之一是低功耗,使用電池供電的物聯網設備能夠運行數年。新的MAC功能使Wi-Fi HaLow網絡中的設備能夠節省能源、減少擁塞、增加容量和設備密度。


另外,Wi-Fi HaLow與其他的Wi-Fi標準一樣,原生支持IP網絡,簡化了對互聯網和基于云應用程序的訪問,相比其他的物聯網連接技術來說,無需額外昂貴的基礎設施,如集線器、中繼器或網關等。綜合成本可以進一步降低。


根據“知芯匯”分享的圖來看,與LoRaWAN等低功耗物聯網技術相比,Wi-Fi HaLow除了在覆蓋氛圍上要差一些之外,在傳輸速率、電池壽命、擴展性、易于IP網絡集成、安裝和運行成本方面都更具優勢。



與藍牙、Zigbee等短距離無線連接技術先比,Wi-Fi HaLow在覆蓋范圍、可擴展性、傳輸速率、電池壽命、易于IP網絡集成、安裝和運行成本方面,也更具優勢。即便是與常規的2.4GHz WiFi相比,Wi-Fi HaLow除了傳輸速率略低之外,覆蓋范圍更大,電池壽命也更高,優勢明顯。



國內市場暫時受限,海外應用漸入佳境


由于Wi-Fi HaLow使用的是sub-1GHz頻段,主要是在750MHz—930MHz之間,而國內的750MHz—930MHz頻段主要被三大運營商及廣電所掌握(廣電擁有698MHz-806MHz頻段),這也使得Wi-Fi HaLow在國內市場應用受阻。

不過,在海外市場,一些國家和地區有開放一部分頻段出來,比如美國目前的902MHz至928MHz頻段、澳大利亞和新西蘭的915MHz至928MHz頻段、歐洲也在800MHz和900MHz頻段間劃出了7MHz的頻譜資源。此外,Wi-Fi聯盟還積極倡導Wi-Fi HaLow的全球統一接入頻譜在915MHz至925MHz范圍內。這也使得Wi-Fi HaLow在海外市場的有了用武之地。

前面提到,Wi-Fi HaLow技術相比低功耗廣域物聯網技術以及短距離無線連接技術都有著不小的優勢,特別是那些對于傳輸速率、傳輸距離都有著較高要求的物聯網應用(比如無線網絡高清攝像頭、無人機WiFi圖傳)來說,Wi-Fi HaLow無疑是更具優勢的解決方案。


Wi-Fi HaLow芯片供應商稀缺,泰芯半導體率先量產商用


雖然Wi-Fi HaLow技術在一些物聯網市場擁有很好的應用前景,但是目前Wi-Fi HaLow芯片供應商卻非常的稀缺。


據芯智訊了解,目前有在研發Wi-Fi HaLow芯片的廠商主要有Morse Micro Inc.、Newratek、Palma Ceia SemiDesign Inc.、Methods2Business和珠海泰芯半導體有限公司(以下簡稱“泰芯半導體”)。


雖然在為數不多的廠商當中,大部分都是國外廠商,中國廠商僅有泰芯半導體一家,但是泰芯半導體卻是目前全球**實現量產并成功商用的Wi-Fi HaLow芯片供應商,其首款基于Wi-Fi Halow標準的SoC芯片型號為TXW8301。



TXW8301詳解:更快、更遠、更強


作為首款基于Wi-Fi Halow標準的SoC芯片——TXW8301內部集成的PA調制信號發射功率高達17db,可工作在750M~930M頻段,工作的信道寬度為1/2/4/8MHz,可提供最高到32.5Mbps的物理吞吐量。同時芯片內部集成了百兆以太網/USB/SDIO/SPI/UART等接口,開發者可以通過這些接口與應用處理器對接。




相比常見的藍牙、Zigbee等短距離無線連接技術來說,TXW8301傳輸速率更快(最高32.5Mbps)、傳輸距離更遠(**距離1公里以上),同時信號的穿透力也更強。


即便是與目前Wi-Fi使用的 2.4GHz 和 5GHz 頻段相比,TXW8301由于采用了更低的頻段(小于1GHz),也具有以下三大優勢:


1)數據傳輸距離更長,網絡覆蓋范圍更廣。具體表現:一是在相同的發射功率下,數據傳輸的距離更遠,**可達1公里以上(空曠的區域可達1.2公里),如現行的Wi-Fi技術**的數據傳輸距離僅為100m,而該技術的傳輸距離是現行技術的10倍以上。二是如果加大發射功率或者選擇低階的調制方式,則TXW8301的數據傳輸距離將進一步增大。且通過在1MHz/2MHz/4MHz/8MHz之間進行切換,TXW8301能動態的調整WI-FI的覆蓋范圍。


2)數據傳輸的貫穿性更好,適合無線安防的應用。具體表現為:提高信號的繞射能力,因此數據具有更強的穿墻和穿過建筑物的能力,可將通信從室內擴展到室外,極大的提高數據穿透障礙物的能力。


3)無線終端沖突更低,無線傳輸質量更平穩。具體表現為:提供了TWT(Target wake time)資源調度功能,TWT技術使得AP(無線接入點)可以將不同的無線終端設備歸納到不同的TWT周期,AP可以與每臺終端設備設置“喚醒協議”,從而協商終端使用哪個TWT周期傳輸數據。使用了TWT技術的TXW8301無線終端沖突更低,無線傳輸質量更平穩。


據泰芯半導體銷售總監李少輝介紹,基于TXW8301的特性和優勢,其可以廣泛的應用于無線高清監控、無線網橋、無人機圖傳、智能家居以及智慧電網等多個領域。


以傳統視頻監控應用為例,比如在一些需要密集部署視頻監控的小區、辦公樓、交通樞紐,如果采用傳統的方案,因為每個攝像頭都需要單獨進行布線(包括供電線和數據傳輸線),部署的周期和成本會都比較高,而且維護也并不是很方便。



如果將集成TXW8301芯片的NVR(Network Video Recorder 網絡硬盤錄像機)作為接入點AP,再將內置TXW8301的無線網絡攝像機(IP Camera)作為終端可以布置在屋內或者戶外,可以輕松實現中距離的1拖8,并且保持高清視頻傳輸(戶外距離600米實際測試結果每路攝像頭傳輸速率可以保持1Mbps以上)。這也使得無線高清監控視頻傳輸具有更強的穿墻和穿過建筑物的能力,可將無線監控從室內擴展到戶外。相比傳統的方案來說,不僅提升了性能和體驗,同時還極大的降低了部署成本和維護成本。


據芯智訊了解,目前泰芯半導體的TXW8301芯片已經被國內多家安防大廠的產品所采用。


另外,值得一提的是,TXW8301還支持移動導頻技術,更適合移動中的無人機、無人船舶設備,加大發射功率后,最高可支持3公里范圍內的1080P高清圖傳。


小結:


通過上面的介紹,我們不難看出,Wi-Fi Halow技術確實是一項非常具有市場潛力的物聯網連接技術,特別是在安防監控、無人機圖傳等領域前景廣闊。雖然目前國內Sub-1GHz頻段使用受限,限制了Wi-Fi Halow技術在國內的發展,不過,海外市場的需求正在快速增長。


據李少輝介紹,目前泰芯半導體已經接到了很多海外客戶以及主要做海外市場的國內客戶的合作意向。


編輯:芯智訊-浪客劍


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