揭秘無線傳輸距離超過1英里的Sub-GHz片上系統(tǒng)

Sub-GHz是指頻率為1GHz以下，一般為27MHz~960MHz，被認為是長距離和低功耗通信的理想選擇。和2.4 GHz無線通信相比，Sub-GHz有著明顯的優(yōu)勢，包括傳輸范圍更遠，更安靜的頻譜可實現(xiàn)低干擾和低功耗，以及更好的穿墻能力等。這些優(yōu)勢讓Sub-GHz在消費電子、汽車、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應用場景。

近日，Silicon Labs（芯科科技）宣布推出全新的Sub-GHz片上系統(tǒng)（SoC），這是全球率先推出的具備遠距離射頻和節(jié)能特性且通過Arm PSA 3級安全認證的Sub-GHz無線解決方案，可以滿足全球?qū)Ω咝阅茈姵毓╇娦?a href="http://www.wenjunhu.com/soft/data/55-88/" target="_blank">物聯(lián)網(wǎng)（IoT）產(chǎn)品的需求。

我們都知道，2.4 GHz無線通信供開源使用，是全球公開通用的無線頻段，各種無線產(chǎn)品均可使用此頻段，隨著應用數(shù)量逐漸增多，干擾問題開始出現(xiàn)，比如辦公室或者家庭里面的WiFi，各種無線藍牙設(shè)備，甚至是廚房里面的微波爐……

Sub-GHz的引入，首先便解決了這個問題，其中433MHz能夠成為2.4GHz在全球市場除日本以外的替代品，868MHz和915MHz可以更好地適用于美國和歐洲市場。總體而言，Sub-GHz有許多可用的無需授權(quán)或需要授權(quán)的頻段，廠商可以根據(jù)市場需求進行優(yōu)化。

Silicon Labs的Sub-GHz無線解決方案包括EFR32FG23（FG23）和EFR32ZG23（ZG23），擴展了Silicon Labs屢獲殊榮的第二代無線解決方案平臺，可支持多種調(diào)制方案和先進的無線技術(shù)，包括Amazon Sidewalk、mioty、無線M-Bus、Z-Wave和專有物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡，從而為開發(fā)人員提供靈活的、多協(xié)議的Sub-GHz連接選擇。

以FG23來說，其在433 MHz、868 MHz、915 MHz和920 MHz擁有低功耗和高性能接收器表現(xiàn)。

FG23的低功耗特性：
-4.2 mA RX 電流在 920 MHz (400 kbps 4-FSK)；
-3.8 mA RX 電流在 915 MHz (4.8 kbps O-QPSK)；
-5.1 mA RX 電流在 915 MHz (2 Mbps GFSK)；
-3.7 mA RX 電流在 868 MHz (2.4 kbps GFSK)；
-3.7 mA RX 電流在 868 MHz (38.4 kbps FSK)；
-4.0 mA RX 電流在 433 MHz (100 kbps 2GFSK)。

FG23接收器的高性能：
-98.6 dBm 靈敏度 @ 400 kbps 920 MHz 4-GFSK；
-125.8 dBm 靈敏度 @ 4.8 kbps 915 MHz O-QPSK；
-96.9 dBm 靈敏度 @ 2 Mbps 915 MHz GFSK；
-125.3 dBm 靈敏度 @ 2.4 kbps 868 MHz GFSK；
-111.8 dBm 靈敏度 @ 38.4 kbps 868 MHz FSK；
-110.7 dBm 靈敏度 @ 100 kbps 433 MHz 2GFSK。

根據(jù)Silicon Labs的介紹，F(xiàn)G23無線SoC解決方案出色的接收器性能得益于其靈活的天線分集功能，可實現(xiàn)一流的無線鏈路預算。同時，先進的無線特性加上FG23的低有源模式電流（26μA/MHz）和睡眠模式電流（1.2μA），使其成為應用于戶外電池供電組網(wǎng)節(jié)點，無線傳感器節(jié)點和位置難以到達的設(shè)備連接等領(lǐng)域的一種理想方案。

Silicon Labs總裁Matt Johnson表示：“我們第二代無線SoC平臺實現(xiàn)的新進展，將滿足不斷增長的、對高度集成的遠距離無線連接的需求，從而使城市、工業(yè)和家庭能夠更高效、更可持續(xù)地運轉(zhuǎn)。Silicon Labs全新的安全、超低功耗Sub-GHz解決方案將無線通信距離擴展至1英里以上，從而為需要可擴展的高性能無線技術(shù)的開發(fā)人員提供了更廣闊的發(fā)揮空間，支持他們?nèi)ネ苿游锫?lián)網(wǎng)的變革?！?br />
能夠?qū)崿F(xiàn)1英里以上的傳輸距離，主要歸功于sub-GHz無線通信優(yōu)越的傳播特性，在相關(guān)測試中，要實現(xiàn)同樣的傳輸距離，2.4 GHz無線通信要比sub-GHz無線通信多消耗8.5 dB以上的額外功率。

另一款解決方案ZG23通過增加Secure Vault?功能，實現(xiàn)了更強大的Z-Wave無線特性，同時它可提供與FG23相同的、業(yè)界領(lǐng)先的射頻和功率性能。ZG23支持Z-Wave遠程協(xié)議（Long Range）和網(wǎng)狀網(wǎng)絡，是率先針對終端設(shè)備和網(wǎng)關(guān)進行優(yōu)化的SoC，也可以支持FG23支持的所有協(xié)議。ZG23無線解決方案主要面向智能家居、酒店和多住戶單元（MDU）等市場。基于ZG23的超緊湊系統(tǒng)級封裝（SiP）模塊ZGM230S也將推出，其僅支持Z-Wave，可以簡化開發(fā)并加快產(chǎn)品上市。

與此同時，Silicon Labs還發(fā)布了一體化軟件開發(fā)工具包（Unify SDK）。Unify SDK可以為Z-Wave和Zigbee提供現(xiàn)成的協(xié)議特定轉(zhuǎn)換功能（即日起可用），并計劃實現(xiàn)對藍牙、Thread、OpenSync和Matter的支持，從而極大地簡化物聯(lián)網(wǎng)無線網(wǎng)絡的互操作，并支持企業(yè)去擴展智能家居、城市、建筑和工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

“Silicon Labs的Unify SDK使行業(yè)向前邁出了重要一步，從而更接近這樣的世界：在多個行業(yè)之間以及在家庭中，所有物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備可以輕松地協(xié)同工作。”Silicon Labs總裁Matt Johnson表示?！皯{借‘一次設(shè)計，全部支持’的強大功能，Unify SDK可以簡化更新過程，從而加快產(chǎn)品上市，并簡化維護和確保投入不會過時。這是首次物聯(lián)網(wǎng)供應商只需開發(fā)和維護單一軟件代碼庫，即可支持包括網(wǎng)關(guān)在內(nèi)的多個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并可在有需要時輕松添加無線協(xié)議支持?！?br />
Unify SDK這些出色性能是如何實現(xiàn)的？Silicon Labs在其官方網(wǎng)站的介紹中給出了答案。通過明確定義的集成點，幫助縮短產(chǎn)品上市、持續(xù)維護和定制開發(fā)的時間；通過框架中無處不在的MQTT選擇，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)和云服務集成的自然兼容路徑，同時支持多云，降低本地規(guī)則引擎的復雜性；通過模塊化和可擴展的開放式架構(gòu)，實現(xiàn)可移植性和可擴展性，支持多協(xié)議產(chǎn)品并允許客戶整合來自不同協(xié)議的新終端設(shè)備；通過功能完備的無線協(xié)議路線圖，使客戶能夠減少其非戰(zhàn)略性、非核心投資，允許從單一協(xié)議演變?yōu)槎喾N協(xié)議，從而增加目標市場應用；通過定義良好的數(shù)據(jù)模型，從開發(fā)周期中消除數(shù)據(jù)模型的復雜性。

目前，采用5mm x 5mm QFN40和6mm x 6mm QFN48封裝的EFR32FG23 SoC在Silicon Labs舉辦的2021 Works With物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)者大會上正式發(fā)布，并于2021年9月14日起開始供貨。FG23開發(fā)套件也于即日起開始供貨，零售價格為39.99美元起。EFR32ZG23 SoC、ZGM230S模塊和配套套件將于2021年第四季度上市。

如果大家對Silicon Labs的EFR32FG SoC感興趣，也可以關(guān)注一下下面這款方案。Silicon Labs和全球化IoT開發(fā)平臺涂鴉智能近日宣布，雙方合作提供完整Sub-GHz的解決方案，以實現(xiàn)低功耗、高安全性及遠距離的傳輸。該解決方案將Silicon Labs的EFR32FG（Flex Gecko）Sub-GHz片上系統(tǒng)集成至涂鴉智能的SS3L模塊中，從而可以為智能家居、智能建筑、工業(yè)無線控制、智能酒店和智能社區(qū)等場景中的室內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)應用提供強大的功能。