Wi-Fi 6和BLE 5.2 IP就緒 Imagination加速創新應用

Imagination產品管理資深總監Richard Edgar。

隨著新一代Wi-Fi 6和藍牙低功耗(BLE) 5.2版規範的底定，兩大陣營均期望透過增強的新特性來進一步擴展應用市場，並推動新的使用案例。為滿足業者想要在最短時間內，推出新產品以搶佔市場的需求，Imagination近來已推出新的Wi-Fi 6和BLE 5.2 IP產品，其中均包含了開發相關晶片所需的必要組成，能以「一站購足」的完整IP解決方案，協助客戶開發新產品，加速創新應用的實現。

低功耗音訊與共享功能　帶來全新的音訊體驗

Imagination產品行銷資深經理Shewan Yitayew表示，該公司推出的iEB110是支援BLE 5.2的最新產品。它包含了基頻、射頻、控制軟體和主機堆疊，能以具高度整合的單一來源IP，協助業者縮短開發時程，並降低材料清單成本。

他解釋說，BLE 5.2是藍牙SIG聯盟最新發布的規範，其中最重要的增強功能的LE Audio(低功耗音訊)。除了低功耗傳輸之外，新標準還可支援音訊共享、音訊廣播、多重音訊串流等功能，可望帶動更多樣的使用案例，並改變未來數年我們聆聽和共享音訊的方式。

首先，能以低功耗傳輸高品質音訊，意味著，可以延長裝置的電池壽命，或是開發人員能夠創建外形更精巧的音訊裝置。這也能使助聽器的設計更輕薄短小，尤其是隨著真無線耳機(TWS)的流行，過去人們不樂意配戴助聽器的疑慮也終將會消失。

至於多重串流音訊，Yitayew指出，傳統藍牙只支援單一點對點的音訊串流。因此，以最近熱門的真無線耳機(TWS)為例，事實上是透過業者的專屬技術，先把音訊傳到一個耳機，再把訊號傳到另一個耳機來實現的。

因此，運用新的LE Audio，便能以同步通道來處理裝置之間的多重音訊串流。如此一來，不僅能降低TWS耳機的設計門檻，使其更為普及，而且還能提供更佳的音訊品質。

此外，LE Audio還支援廣播功能，具備了在公共場所開啟新使用案例的潛力。例如，在機場候機室，或是博物館的語音導覽，廣播內容可以傳送給所有連結的使用者。它的使用情境，就類似目前公共場所提供的開放Wi-Fi SSID一樣，使用者可以連結到藍牙音訊熱點，聽取廣播訊息。

而LE Audio的共享功能，能讓使用者手機中的音樂，更輕鬆地與周遭的朋友共享，也將顛覆過去我們利用藍牙聆聽音訊的體驗。至於定位(location-based)音訊共享的應用，舉例來說，在演講廳等固定區域內，能把音訊以多種語言或是同步翻譯的方式，傳送給聽眾。

Yitayew強調，新規範可望推動的這些新使用案例，的確很讓人振奮，也將開創更多商機。

iEB110兼具高整合度與優異效能

而iEB110除了具備高整合度優勢之外，就效能來看，它在125kbps的接收靈敏度為-104 dBm，深度睡眠電流為0.5µA，這表示，能以低功耗提供非常清晰的音訊品質。此外，它還支援-40℃到+80℃的溫度範圍，也能夠適用於嚴苛環境之中。

iEB110具備小晶粒面積的特性，它支援台積電40奈米低功耗製程，包含RF、LDO、邏輯和記憶體的晶粒面積為1.46mm²。

此外，iEB110亦支援BLE 5.1和BLE 5.0的選項特性，例如，利用到達角/出發角(AoA/AoD)實現1公尺以下的定位與追蹤準確度，LE長距離操作模式可擴展室內和室外的涵蓋範圍、以及LE-2M PHY可提高數據傳輸量等。

至於軟體方面，iEB110可支援多種常用的開放源堆疊，包括Zephyr、BlueZ和Packetcraft，讓業者實現更佳的成本效益。對此，Imagination亦宣布已與Packetcraft建立合作夥伴關係， 藉由結合Imagination的iEB110硬體和Packetcraft的主機堆疊，建構完整的BLE 5.2解決方案。

Wi-Fi 6將開啟穿戴式裝置和低功耗IoT市場

在Wi-Fi解決方案方面，Imagination最新推出的是iEW 400 IP，可支援最新一代的Wi-Fi標準802.11ax，業界亦將其稱為Wi-Fi 6。

Imagination產品管理資深總監Richard Edgar表示，最新的802.11ax具備了802.11n的所有功能，同時又增加了多項增強特性。主要包括，目標喚醒時間(TWT)、BBS著色(coloring)、以及OFDMA(正交分頻多工存取)。

基於這些增強功能，Wi-Fi 6能以Wi-Fi 固有的數據率，但提供能與藍牙和802.15.4競爭的功耗。因此，透過此新標準，將使Wi-Fi 跨入穿戴裝置和低功耗IoT等新市場，這對Wi-Fi 的發展來說，是非常重要的。「以往因為考慮電池壽命，對於這類的低功耗應用來說，Wi-Fi 並不是一個選項，但現在許多擔憂消失了，現在11ax已成為更可行的機會和技術了。」

iEW 400是一個完整的解決方案，包括整合的RF、基頻和LMAC。 Edgar強調，「Imagination是市場上唯一一家能提供此高整合度的IP供應商，因此能實現最大的靈活性和最快的上市時間，並降低開發成本。事實上，只需要加上一個天線，解決方案就算完成了。」

此外，它具有可選的電源管理單元，還有可選的UMAC，能把UMAC從主機中取出，並將其整合到IP中，以降低主機對系統效能的要求。同時， 它還提供了數位預失真(Digital Pre-distortion)的功能，能夠取得更佳的發射功率路徑，實現更高的發射功率。在成本方面，iEW400已把面積盡可能縮小，以實現高度最佳化的設計以及最小的eBOM 成本。

Richard Edgar分別解釋了iEW 400具備的多項重要特性。首先是，「20MHz Only STA」，可用來支援低功耗、低複雜度的裝置。「標準的802.11ax需支援80MHz頻寬，但是透過在802.11ax中定義的特殊模式，能使其支援20MHz頻寬。」

「僅使用20MHz頻寬，就是您今天使用11n獲得的頻寬。許多IoT裝置都是支援20MHz的。因此，此特性可適用於頻譜有限的地方，又能與其他的802.11ax裝置完全互通。而且，若使用標準的802.11ax，就能擁有更多的通道來進行傳輸。」

Wi-Fi 6的多項新增特性

目標喚醒時間(TWT)則是另一個有助於降低功耗的重要特性。Wi-Fi的工作原理是根據乙太網路標準制定的，也就是說，存取點需先發送訊息，並廣播給與該存取點連結的裝置。因此，終端裝置需常常醒來，檢查是否有任何訊息，接收之後，又再進入睡眠狀態。這整個過程，每100毫秒就要執行一次，這是造成Wi-Fi裝置功率消耗的主要原因，最高會消耗80%的電池電量。

現在，透過TWT，可由裝置和存取點協商並定義喚醒時間，如此一來，可減少裝置間的競爭，讓裝置的睡眠時間延長，無須再每100毫秒醒來一次，喚醒時間可以是一個小時，或甚至長達17年，這將能大幅延長電池壽命。

另一個重要特性是BBS著色，它的主要功能是提升擁擠環境中的數據傳輸效率與效能。Richard Edgar以2012年倫敦奧運為例，當時體育館擠滿了8萬名觀眾，儘管廣設Wi-Fi熱點，但還是造成網路大塞車，平均每個人的數據傳輸量非常低。

他解釋說，這是因為Wi-Fi的設計方式是， 當裝置想要傳送到AP時，它必須先聆聽，以查看目前是否有另一台裝置正在發送。若有，它就會退到一旁，等待一段時間後，再嘗試傳輸，此過程會不斷重複，直到裝置可以傳輸為止。因此，在非常密集的環境中，裝置很難與存取點對話，所以會嚴重降低Wi-Fi裝置在擁擠環境的資料傳輸量。

另一種情況是，如果在家裡，同時鄰居也正在傳輸到他們的存取點。這時，自身的裝置在要傳輸之前喚醒並聆聽，那麼可能會發現，它可以聽到鄰居的裝置，因此認為環境壅塞，所以它無法傳輸。如此，它便會退回並再度嘗試。因此，即使在較不擁擠的環境中，也可能會受到干擾。

為了解決此一問題，802.11ax導入了BBS著色機制，使每台存取點都具備一種已知的顏色，裝置僅需聆聽它所屬顏色的存取點是否在傳輸數據就好，可顯著減少干擾現象。

因此，BSS著色可獲得更好的強韌性，而更好的強韌性會帶來更好的資料傳輸量和更好的效能。如果把此情況帶到大型會議廳或大型運動館中，有很多人聚集在一起，其中許多人使用同一個存取點，那麼他們較不會受到會議廳或體育館中其他Wi-Fi裝置的干擾，能更有效地進行傳輸。

至於OFDMA(正交分頻多工存取)，則是可以把傳輸通道切割為多個通道，而支援11ax的Wi-Fi，我們可以把將通道切割為2MHz通道。

傳統以來，採用Wi-Fi，是利用個20MHz的通道，但現在，可以有多個2MHz的通道。透過2MHz通道，更多的裝置可以同時傳輸。因此，如果裝置只需要發送少量數據，可以使用部分頻寬。如果裝置需要發送大量數據，可以用較大的頻寬。藉由OFDMA，可提高資料傳輸量，以獲得更好的效能，而且裝置的傳輸量也更多。它還有助於減少延遲，提高效率。

基於這些特性，Richard Edgar樂觀看待Wi-Fi 6能夠開啟新的低功耗IoT應用，並提供更優異的效能。雖然目前多種無線通訊標準均在競逐IoT商機，但他認為，Wi-Fi 6並不是要與某種特定無線通訊標準競爭，而是因應了市場對於低功耗、強韌性、以及傳輸率的需求，能夠找到特定的使用案例。

例如，目前普遍以藍牙設計的無線門鈴，若要進一步搭配影像對講機功能，那就勢必採用Wi-Fi 的數據傳輸率才有可能。

此外，隨著無線MCU市場快速成長，內建Wi-Fi功能的MCU也將越來越普及，這些都是iEW400的目標市場。目前提供的方案支援台積電40奈米低功耗製程，並正在評估移轉至更先進的製程節點。