解決方案再升級－英飛凌把藍牙®連接距離延長至5.7公里

Mar . 2024

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圖1：CYW20829晶片和Berex 8TR8219

如上一篇文章所講，我們在海灘進行了一次實驗，對CYW20829晶片進行了測試，實現了2.3公里的藍牙®低功耗（LE）連接距離。

為了進一步增加上次測試的藍牙連接距離，我們進行了第二次測試。這次，我們的目標是在兩個碼頭之間長達2.8公里的距離，維持藍牙LE長距離連接。我們先優化了藍牙LE連接的時序，輕鬆實現了2.8公里的連接距離。然後，我們增加了一個定制前端模組來改進鏈路預算，並將連接距離增加到超過5.7公里。

當我們在實現2.3公里的藍牙LE長距離連接時，每個CYW20829評估板都配置了一個內部10 dBm 發射功率放大器（iPA）和一個內部低噪聲放大器（iLNA），以實現高達-106 dBm的接收靈敏度，從而提供最大116 dB的鏈路預算。兩個放大器均內建於CYW20829晶片，其中iPA用於放大發射訊號，而iLNA用於放大接收訊號。我們帶著這項解決方案再次來到海灘。由於優化了時序，我們將視距（LoS）連接距離增加到了2.8公里，重連距離增加到了2.7公里。

為了實現近6公里的藍牙LE長距離連接，我們使用了Berex 8TR8219外部前端模組（或稱外部FEM）以及CYW20829晶片，如圖1所示。 Berex為我們客製了8TR8219，以透過節能優化CYW20829晶片的距離性能。 Berex 8TR8219兼具外部功率放大器（ePA）和外置低雜訊放大器（eLNA）的功能，因此它可以放大發射訊號和接收訊號。此解決方案進一步放大了來自CYW20829晶片的射頻訊號，實現高達12 dBm¹的輸出功率¹和高達-110 dBm的接收器靈敏度，如圖3所示。

透過外部FEM解決方案增加連接距離

表1：不同PA/LNA配置下CYW20829晶片藍牙LE長距離性能

如表1所示，CYW20829片外編碼PHY (S8) 層靈敏度高達-106 dBm，發射輸出功率最高達到10 dBm。在該條件下，我們實現了最大116 dB的鏈路預算。借助Berex 8TR8219，我們將編碼PHY (S8) 層靈敏度提高到了-110 dBm，將發射輸出功率增加到了12 dBm，從而使鏈路預算達到約122 dB。透過使用CYW20829 晶片 + FEM解決方案，鏈路預算增加了多達6 dB，可以看到開放環境中藍牙LE長距離連接性能大幅提升。

憑藉CYW20829晶片 + FEM解決方案，我們能夠輕鬆實現2.8公里的連接距離，這是上次測試中LoS連接的極限值。而這次使用CYW20829 晶片 + FEM解決方案進行了測試，實現了5.7公里的LoS連接距離和大約5.3公里的重新連接距離。

正如在上一篇文章中提到，我們的測試環境很不理想——四周存在著許多幹擾源，包括有多個2.4 GHz設備的路人和商店。

某些應用的鏈路預算要求高於我們的iPA/iLNA解決方案所能提供的鏈路預算水準。例如，倉庫環境經常存在金屬貨架和托盤貨物產生的重大干擾。存在大量固有乾擾的環境可能需要外部FEM解決方案提供更高的連結預算。理論上，連結預算每增加6 dB，連線距離就會增加一倍。然而，在像倉庫這樣的噪音環境中，這一點目前無法實現，但未來有望增加。

其他可能受益於外部FEM解決方案的應用包括倉庫機器人自動化、工業資產跟蹤、太陽能農場、電子貨架標籤、用於監控設備和動物的智慧農業系統，以及戶外用電動工具。

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12 dBm 的使用受當地法規要求的限制，最終性能可能會有所不同。