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TI Sub-1G無線SoC方案改善無線麥克風的工作距離

星星科技指導員 ? 來源:TI ? 作者:Albin Zhang ? 2023-03-15 09:47 ? 次閱讀

進入智能時代以來,隨著互聯網、物聯網、新概念教育/會議、直播經濟等產業蓬勃發展,使用者對于麥克風的需求越來越多樣。特別是對于麥克風的話音質量、便攜性、通信距離、待機和使用時間、用戶體驗等都提出了一些新的需求。本文就著重給大家介紹一下基于TI的無線MCU芯片開發出的無線麥克風解決方案。

無線麥克風將麥克風產生的音頻信號轉換為無線電信號,無線電信號由發射器通過空氣發送到接收器。 接收器將無線電信號轉換回音頻信號,然后通過音響系統發送。 它們消除了對電纜的需求,因此您不再被束縛在音響系統上。 隨著音質和可靠性的持續技術進步和改進,無線麥克風比以往任何時候都更經濟實惠,更受歡迎。 市場潛力非常大。

無線麥克風的最大優點就是便攜性。但是,在有一些場景下,對于無線麥克風通信距離和抗干擾性要求很高,比如大型會議室、大型教室、演唱會現場等,另外,隨著WiFi,藍牙zigbee等工作在2.4GHz頻段設備的布置和使用越來越廣泛,對于無線麥克風的頻段規避也提出了更苛刻的需求。Sub-1G由于物理傳輸特性等原因,可以更好的解決上述痛點。本文也會著重介紹TI提供的基于CC131x的單芯片Sub-1G解決方案。

本文會涉及:

Sub-1G頻段的優點及中國地區相關無線ISM頻段介紹

TI無線Audio/Voice Plugin的介紹

基于CC1312的低延遲高音質解決方案

Sub-1G頻段的優點及中國地區相關無線ISM頻段介紹

這里我們先引用一個Friis傳輸公式。

pYYBAGQRI86AMgMwAABzuujAIAQ735.png

這是一個表征自由空間的無線信號傳輸公式。可以簡單的看出,在其他參數不變的情況下,接收端的接收信號強度和波長的平方成正比,也就是說,使用更低的頻段(也就是波長更長),可以傳輸更遠的距離。另外,在一個真實非理想場景下,更長的波長也可以提供更好的繞射衍射的性能。所以,使用Sub-1G頻段,可以提供更好的傳輸通信距離。

另外,如果空間干擾電平太大,也勢必對于接收機的解調信噪比提出了更高的要求。2.4GHz頻段由于wifi,藍牙等設備的普及,空間噪聲電平越來越高。這樣勢必大大影響了工作在2.4GHz頻段的無線麥克風設備的實得接收機靈敏度。簡單說,就是通信距離變短。目前在Sub-1G頻段,特別是在民用領域設備還很有限,統計上來講,可以有更低的噪聲和干擾,所以有更好的傳輸性能。

但是sub-1G頻段也有一定的局限性,第一,由于波長比較長,在相同性能情況下,天線的尺寸會大于2.4GHz頻段,這樣對于有些小型化設備來說還是比較受限。第二,對于Sub-1G頻段每個國家的合規ISM(Industrial Scientific Medical)頻段都不相同。所以對于不同國家地區需要設計調試不同的產品

下面是中國開放給無線麥克風的頻段。

Application Band OBW permitted TX power Time domain duty
Wireless Microphone/speaker 470-510MHz,630-698MHz 200kHz 50mW(e.r.p) Frequency tolerance: 100ppm

TI無線Audio/Voice Plugin

下圖是無線麥克風的簡略框圖。一個無線麥克風由基礎的電源、信號傳輸、編解碼等部分構成。

poYBAGQRI86AP1JtAAA2vDrjmpo000.png

關于無線部分,TI提供了基于不同的物理層通訊的音頻解決方案。 無線的音頻碼流可以基于不同的物理層設備進行傳輸。SimpleLink Audio Plugin 可以工作在TI不同的基于不同通信協議之上,比如WiFi, 低功耗藍牙,或者私有無線模式。

pYYBAGQRI8-ARY8TAACz9ArNHUg577.png

上圖中綠色框圖部分的芯片可以是支持不同協議的芯片。

基于CC1312的低延遲高音質解決方案

在TI標準的插件代碼中,采用了一些比較流行的編解碼壓縮方案,所以,可以最大程度的節約頻譜資源。并且較低的空中碼率,也可以提升通信距離和抗干擾性。但是,在某些場景當中,為了更好的體驗,需要無線麥克風具有端到端低延遲的特性。一般的語音要求在10mS之內。TI也提供了一套不經過壓縮直接傳輸的方案。

性能如下:

音頻質量: CD quality

sample rate: 44.1kHz

bit depth: 16 bits

MONO mode

compresion: None (PCM audio)

Audio latency (end-to-end): 8.8ms

- 射頻配置:

frequency: 433MHz

symbol rate: 1Mbit

審核編輯:郭婷

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