Разнесение антенн, Режим совместимости точки доступа, Предпочтения для диапазона – Инструкция по эксплуатации Dell Wireless 1510 WLAN Card Users Guide (SW version 5.60.48)
Страница 11: Полоса пропускания, Взаимодействие bluetooth
Отключено (по умолчанию). Отключение Afterburner
Включено. Разрешение Afterburner
Разнесение антенн
Разнесение антенн — функция, предусмотренная в большей части оборудования ЛВС, снабженного двумя антеннами —
главной и добавочной. Если установлен параметр "Авто", разнесение антенн отслеживает сигнал каждой антенны и
автоматически переключает его на ту, у которой он сильнее.
Авто (по умолчанию)
Режим совместимости точки доступа
Реализация более ранних беспроводных маршрутизаторов/точек доступа может иметь отклонения от стандартов IEEE
802.11. Установка для этого свойства значения "Лучшая совместимость" позволяет плате DW WLAN Card улучшить связь
с такими точками доступа, но за счет потери производительности. Параметр по умолчанию Лучшая производительность.
Лучшая производительность (по умолчанию)
Лучшая совместимость
Предпочтения для диапазона
Свойство "Выбор диапазона" доступно только на двухдиапазонных моделях плат DW WLAN Card. При использовании
свойства "Выбор диапазона" пользователь может указать диапазон, соответствующий стандарту IEEE 802.11, для
. При этом беспроводной клиент будет иметь возможность установить связь с другой точкой доступа с учетом
выбранного диапазона, даже если сигнал беспроводного маршрутизатора/точки доступа, с которой установлено
соединение в текущий момент, достаточно силен для поддержания
Нет (по умолчанию). Роуминг без учета частотного диапазона имеющихся точек доступа.
802.11a (Диапазон 5 ГГц)
802.11g/b (Диапазон 2,4 ГГц)
Полоса пропускания
Это свойство доступно только для плат Dell Wireless 1500/1505/1510, DW1520/DW1501 и последующих плат на основе
Свойство «Полоса пропускания» используется для настройки указанных ниже параметров полосы пропускания каждого
канала . Параметр «20/40 МГц» означает, что доступны обе возможности для полосы пропускания и на другом конце
соединения возможно определение максимальной полосы пропускания для указанного соединения. Параметры могут
11b/g: 20 МГц (по умолчанию)
Взаимодействие Bluetooth
Взаимодействие с Bluetooth разрешает универсальный протокол подавления ввода-вывода между управлением доступом
к среде передачи (MAC) IEEE 802.11 и внешним сигналом Bluetooth для минимизации взаимных помех. По умолчанию
Как увеличить радиус действия блютуз. Как создать антенну для адаптера Bluetooth, увеличение дальности приема
Беспроводные устройства очень удобны – вам не нужно больше переживать за провода, однако вы должны четко понимать, что связь «по воздуху» имеет свои определенные ограничения по радиусу. Причем чем дешевле, к примеру, будет Bluetooth-адаптер, который вы приобретаете для своего компьютера, тем меньше вы сможете отойти от него, чтобы получать стабильную связь. Конечно же, и некоторые дорогие устройства не всегда выдают хорошие результаты. Сегодня мы поговорим о том, как усилить сигнал Bluetooth и насколько это реально.
Общая информация
В статье описываются некоторые методы, которые подразумевают под собой разборку адаптера, замену его частей или модификацию с помощью пайки, что может подойди далеко не каждому. Если вы не разбираетесь в электронике, не очень проворны в пользовании паяльником или ваше устройство на гарантии, то, пожалуйста, лучше избегайте подобных методов.
Дополняем адаптер
Самым простым, но не самым эффективным методом, как увеличить скорость Bluetooth, можно считать дополнение адаптера отражателем, который направит сигнал в определенном направлении, а не усилит его распространение на все 360 градусов.
Вы можете попробовать сделать такой отражатель из жестяной пивной банки, срезав у нее верх и сделав еще несколько прорезей: сверху вниз и затем от нее немного в стороны, как бы слегка отделяя низ банки.
Bluetooth-адаптер крепится по центру тем, что вам по душе придется, и подключается к компьютеру USB-переходником.
Что-то подобное можно соорудить и из картона с наклеенной на него фольгой.
Еще один вариант, который может сработать, – это отрезать только верх банки, затем сделать прорезь для корпуса ближе к низу банки и вставить адаптер внутрь той стороной, на которой находится антенна. Дальше опять же фиксируем удобным вам методом и подключаем через удлинитель.
Модификации
А сейчас мы поговорим о способах, которые подразумевают физическую модификацию уже непосредственно самого адаптера. В более дешевых вы вряд ли найдете внешнюю антенну, в чем, собственно, и есть их проблема.
Вскрываем корпус, если есть такая возможность, и ищем SMD-антенну, которая впаяна в плату, – вам необходимо будет ее выпаять, только очень аккуратно, не перегревая деталь.
Дальше мы на место антенны припаиваем SMA-коннектор, перед этим удалив все лишнее: часть, в которую вкручивают антенну, не трогаем, а на другом конце отрезаем край, разделяем экран и жилы, зачищаем их, лудим и припаиваем. Для тех, кто желает получить бездепозитный бонус рекомендую его получать в казино Трампс
Если у вас возникают сомнения, куда что именно паять, то лучше всего обратиться на форумы радиолюбителей.
Дальше либо подгоняем корпус так, чтобы можно было переходник установить в него, либо выводим просто наружу и закрываем.
Теперь подключаем к тому, что у нас вышло, антенну, которую можно смело скрутить со старого Wi-Fi.
Если же у вас более дорогое устройство уже с внешней антенной, но вы все равно недовольны сигналом, то спасти ситуацию может антенна Hyper gain – покупаете ее, отрезаете переходник для подключения и разделяете экран с жилой.
Далее открываете ваше устройство и выпаиваете антенну, как и в прошлый раз, а затем впаиваете новую.
Компактный усилитель с Bluetooth.
Обзор интересного и компактного усилителя с блютуз на борту, широким диапазоном питания и неплохими характеристиками. Упаковка и доставка.
Обработка заказа длилась 2 дня, доставка еще 13 дней. Трек был выдан, отслеживание полное, от отправки и до моего почтового отделения. Впечатление о работе магазина и доставке — хорошие.
С почты я забрал типичный китайский пакет черного света, особо доверия он не вызывал так как был довольно тонкий.
Открыв пакет я увидел усилитель в антистатике и 4х слоях поролона, вполне достаточно для защиты мелких элементов от урона при транспортировке. Но если почта постарается то может сломать.
<�Фото в большом разрешении, советую кликнуть и рассмотреть поближе интересующие элементы.>
Ничего примечательного тут нет, разве что отверстия для отвода тепла от микросхемы к нижней части печатной платы где находится большой полигон.
На контактах есть сопля флюса, на работу не влияет но видно что плату после припайки разъема не мыли.
Плата имеет ширину в 5см
Длину 8см
И толщину в 1см
18650 для сравнения
Разъемы для подключения динамиков очень удобные, их конструкция сделана так что не выдавливает провода (в отличии от дешевых клемников). Размер достаточный что бы подключить достаточно толстые и залуженные провода.
Разъем питания универсальный либо сделан с хорошим запасом. В него влезают почти все современные ноутбучные штекеры.
Плата может питаться от 8 до 25 вольт, номинально — 20 вольт. При питании от 3х 18650 проблем не замечено, что с полностью заряженными что с разряженными до 2,9в каждая.
На входе по питанию стоит диод от переплюсовки. Если ставить усилитель в готовое устройство то диод можно убрать дабы избежать падение напряжения (около 0,3в). Конденсатора на линии питания нет, как и нет места под его посадку, вангую что питание этого модуля подразумевается от батареек, где этот самый конденсатор и не нужен.
Блютуз модуль и пред усилитель
Предварительный усилитель выполнен на микросхеме N5532 Даташит Ничего интересного про него сказать не могу, обычный малошумящий двухканальный операционный усилитель.
Блютуз модуль — CSR8635
На официальном сайте говорится о основных фичах а именно: -Блютуз 4,1 -Профили аудио HFP1.6, A2DP1.2 и AVRCP1.4 -Поддержку одновременного подключение нескольких устройств (Хорошее описание) -Улучшайзеры звука -Индикатор заряда для Ios ( на miui тоже работает, на сток андроиде нет)
Но даташит тут говорит о том что это очень интересный контроллер. -Имеет встроенный контроллер заряда аккумуляторов Li ion -Интерфейсы Usb I2c Spi Uart -декодер MP3 и AAC, SBC -Контроллер ргб светодиода
Чип очень интересный, при желании можно подключить микрофон и использовать его в машине как гарнитуру.
Над модулем есть контактные площадки, они соединены с линиями кнопок на блютуз модуле, при желании можно подключить свои кнопки.
Так же протестировал расстояние. Источник сигнала — Xiaomi redmi note 3 pro 15 метров при прямом соединении (никаких препятствий между усилителем и смартфоном) 12 метров при соединении через 1 стену (мдф + мин вата + каркас из метала) 10 метров при соединении через 2 стены описанных выше 6 метров — 2 стены из кирпича + металлический каркас. После разрыва связи, соединение происходит почти мгновенно.
А еще есть светодиоды
при ожидании соединения мигают так
во время воспроизведения так
Микросхема Tda7492p Даташит
Благодаря большому питающему диапазону, к устройству можно подключить широкий спектр источников питания, начиная от аккумуляторов 18650 (3шт последовательно) и заканчивая блоками питания для ноутбуков.
Производитель обещает 90% кпд (что при выходной мощности в 50ватт дает 5 ватт тепла.) Рекомендуемые характеристики — 2 канала по 25ватт при сопротивлении колонок в 8ом и питании 20 вольт.
Небольшая вырезка из даташита
Микросхема предназначена для работы в телевизорах и мониторах, но ничего не мешает использовать ее в своих целях — для работы с блютуз модулем.
Хотя микросхема имеет довольно большую выходную мощность, ей не требуется активного охлаждения, все тепло уходит через подложку и распределяется по плате. Даже при интенсивных нагрузках, значительного нагрева платы и микросхемы нет.
Еще на плате видно двойной переключатель, все что он делает — изменяет режим усиления сигнала. Но смысла в нем не вижу ибо если переключить любой из выключателей в состояние ВКЛ то появятся шумы (наводки от bluetooth).
На странице магазина есть отличное описание органов управления и подключения усилителя. Назначение кнопок продублировано на шелкографии.
Установка соединения с Windows 10 На пк
У меня ноутбук Asus rog gl552vw, но борту модуль от интел с wifi и блютуз 4.0 Для подключения усилителя надо зайти в параметры блютуз (нажимаем на облако в панели снизу потом пкм на значке блютуз и выбираем «перейти к параметрам»
Нам откроется список доступных блютуз устройств. Выбираем наш усилитель, его выделяет иконка в виде наушников.
Нажимаем связать и ждем соединения.
После соединения в панели регулировки громкости появится 2 новых устройства. При этом звук будет ужасен.
Нажимаем пкс по динамику в трее, дальше выбираем пункт «устройства воспроизведения» И видим такую картину.
Как устройство по умолчанию, выбран «головной телефон», нажимаем на «наушники» и тыкаем на кнопку «по умолчанию» в самом низу окна. Теперь звук будет нормального качества.
Головной телефон имеет низкокачественный формат аудио и предназначен только для разговоров.
Режим наушников имеет приемлемое для музыки качество.
О блютуз устройстве
Подключение к Android
Включить блютуз, зайти в его настройки, в разделе устройств найти наш усилитель, нажать на него, ждать сопряжения.
После сопряжения можно включать и выключать режим беспроводной гарнитуры и беспроводного приемника медиа потока.
При регулировке громкости, ползунок настройки динамика смартфона меняется на ползунок настройки громкости блютуз устройства.
Предвещая вопросы о видео — его не будет, оценивать качество звука по микрофону смартфона это конечно глупость.
Качество звука на твердую 4. Басы режет только на самой высокой громкости Высокие частоты не занижаются.
Так же дома есть МАСТЕРКИТ BM2039 на микросхеме TD8560Q (брал давно до кризиса за 150р), он выдает чуть больше басов и чище играет на высокой громкости, но при этом НА МНОГО сильнее греется и имеет питание только 12в.
Впечатление о товаре сугубо положительные, проблема с питанием очень просто решается покупкой обычного блока питания для ноутбуков, стандартный блок питания 19в 4,7А даже не будет нагреваться во время работы. Хорошие характеристики позволяют слушать музыку на приемлемой громкости без потери качества. Беспроводное подключение оказалось очень удобным, больше не надо никаких проводов, подключи смартфон, включи музыку и используй смартфон дальше. Если использовать его дома то можно подключить сразу 2 устройства — пк и смартфон, блютуз модуль будет смотреть откуда придет звук и воспроизводить его, без ручного переключения источника сигнала. Так же при использовании в машине, можно установить микрофон и получить Hands free гарнитуру. Единственное что портит впечатление — очень тихие шумы от блютуз модуля.
Плюсы -Беспроводное подключение -Большой радиус приема -Широкий диапазон питающих напряжений -Компактные размеры -Качественное исполнение -Простота в использовании -Низкая цена
Минусы -Мелкие наводки и шумы в колонках -Хрипы на очень высокой громкости -Нет пластиковых стоек как на фото в магазине
Еще есть такой же усилитель но с дополнительным линейным выходом для подключения наушников либо другого усилителя, цена даже чуть ниже. вот тут
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Немного теории
Сам приемник работает в частотном диапазоне в 2.4 – 2.48 Ггц. Работает как обычная радиосвязь, у которой скорость обмена данными, в зависимости от версии приемника, может достигать до 721 Кб/с (в версии 1.1), до 24 Мб/с (в версии 3.0 — 4.0).
Что касается расстояния, на котором может происходить обмен информацией, то оно может достигать 50 метров при условии, что устройства будут находиться в зоне прямой видимости друг от друга, и около 10-20 метров – в зданиях.
Хоть производитель и уверяет, что с версии модуля 3.0 радиус действия может составлять 100 м, но это, скорее всего, в идеальных условиях: по факту покрытие в этих версиях как минимум в 2 раза меньше, то есть около 50 метров, опять-таки в зоне прямой видимости.
Что касается усиления частот на модуле смартфона, то этот вариант не всегда решит проблему, так как связь между устройствами зависит от обоих модулей. Чтобы вам было понятнее: даже если у вас получится расширить диапазон на телефоне, то радиус благополучной работы с вашей гарнитурой останется все тем же, из-за того, что наушник сможет найти смартфон на той же частоте, что и раньше.
Да, телефон сможет обнаружить гарнитуру на большем расстоянии, чем раньше, и даже, возможно, вы сможете сопрячь оба девайса, но расстояние, на котором успешно будет работать такая связка, не увеличится. Возможно, ваш голос из микрофона будет доходить до телефона, а вот слышать собеседника вы не сможете, или же наоборот.
Получится такая связка: телефон может скачивать с гарнитуры данные, а вот гарнитуре не хватит радиуса действия ее модуля.
Поэтому если хотите увеличить радиус работы, то придётся работать с двумя устройствами.
Одна антенна – хорошо, а две – лучше
Технология разнесенных в пространстве антенн – лучший способ повышения достоверности передачи сигналов в беспроводных сетях систем безопасности и контроля. Примеры разработок компании Texas Instruments помогут реализовать эту технологию при построении таких сетей на базе беспроводных микроконтроллеров CC13xx/CC26xx.
В системах безопасности, контроля и охраны объектов особое значение имеет надежность и достоверность передачи сигналов тревоги с удаленных датчиков. Беспроводные системы зачастую вынуждены работать в условиях, затрудняющих прием радиосигналов. Охранные датчики иногда приходится размещать в неудачных с точки зрения приема радиосигналов местах, что вызывает особые проблемы при доставке тревожных сообщений.
При передаче радиосигнала от источника к приемнику могут возникать множественные отражения электромагнитных волн от встречающихся на пути их распространения препятствий, будь то стены, потолок, пол внутри помещений или деревья и проходящие по улице люди. В результате на антенну приемника приходят запаздывающие по фазе дополнительные сигналы, которые, складываясь с основным сигналом, могут вызывать его затухание, вплоть до полного пропадания.
Для борьбы с этим явлением используется технология с пространственно разнесенными антеннами (Antenna Diversity). Она позволяет в условиях нестабильного радиоприема повысить надежность радиосвязи и максимизировать для конкретной точки вероятность доставки пакетов данных.
Антенны, разнесенные в пространстве
Для реализации разнесенного приема компания Texas Instruments (TI) предлагает использовать дополнение (патч) к программному обеспечению для беспроводных МК CC13xx/CC26xx. Этот патч обеспечивает поочередное переключение двух антенн в процессе приема и передачи радиосигналов.
Программный алгоритм управления приемом от двух внешних антенн использует внутренний сигнал радиочастотного ядра (RFC_SMI_CL_OUT), который может быть направлен внутри чипа CC13xx на любой доступный цифровой вход/выход (DIO). Этот сигнал управляет внешней микросхемой высокочастного коммутатора, который поочередно подключает одну или другую антенну.
Алгоритм действий основан на оценке качества принимаемого сигнала в сравнении с заданным уровнем – порогом качества преамбулы (Preamble Quality Threshold – PQT). Под преамбулой понимается заголовок пакета в виде последовательности нулей и единиц, Преамбула передается перед полезными данными пакета и имеет длительность от одного до нескольких десятков байт.
Переключение приемных антенн работает следующим образом: если преамбула не обнаружена с помощью первой антенны, происходит переключение внешнего коммутатора и повторный старт процедуры приема с помощью второй антенны. При обнаружении заголовка алгоритм переключает коммутатор и проверяет прием заголовка другой антенной. Если заголовки принимаются обеими антеннами, то выбирается антенна с более высоким уровнем сигнала (RSSI) и затем начинается поиск слова синхронизации. Если окажется, что преамбула принимается лишь с одной антенны – коммутатор переключается на нее и начинается процесс синхронизации. На рисунке 1 показана диаграмма последовательности состояний в этом процессе.
Рис. 1. Блок-схема работы разнесенных антенн
Для повышения надежности обнаружения преамбулы может быть использован опциональный дополнительный контроль уровня несущей. Эта функция может быть включена или выключена программно.
Порог чувствительности несущей (CS) установлен на уровне -111 дБм. При уровне шума выше -111 дБм рекомендуется увеличить порог CS, чтобы снизить вероятность обработки ложного пакета. Если МК будет занят обработкой ложных пакетов, есть верятность потери ожидаемого пакета.
Если питание радиоядра не отключалось, то последняя используемая антенна будет автоматически использоваться при переходе в режим передачи. Это условие гарантирует передачу подтверждения с той же самой антенны, с помощью которой был принят последний пакет.
Автоматическая регулировка усиления
Алгоритм разнесенных антенн использует отдельную автоматическую регулировку усиления (АРУ) (Automatic Gain Control – AGC) (ANT_DIV AGC). Эта АРУ не используется при поиске заголовка. АРУ выполняет регулировку усиления тракта ВЧ только в процессе синхронизации (рисунок 1), а затем использует индикатор мощности принятого сигнала (RSSI) от выбранной антенны для расчета оптимального коэффициента усиления по ВЧ.
Изменить уровень сигнала, с которого АРУ начинает уменьшать усиление, можно путем программирования опорного уровня АРУ RSSI (AgcRssiRef) (таблица 1).
Таблица 1. Регистры конфигурации
| Регистр | Биты | Обозначение | Описание | По умолчанию |
| 0x4004 52B0 | 15…8 | PreTimeout | PreTimeout_bits = PreTimeout + 8 | 0x02 |
| 7…0 | SyncTimeout | SyncTimeout_bits = SyncBits + PreamBits + SyncTimeout – 31 | 0x18 | |
| 0x4004 52B4 | 15 | NA | Не используется | 0x00 |
| 14 | CsQual | Контроль уровня несущей заголовка | 0x01 | |
| 13…12 | NA | Не используется | 0x00 | |
| 11…8 | PreLen | Количество бит заголовка для корреляции: PreLen_bits = PreLen + 1 | 0x07 | |
| 7…0 | PreThr | Порог корреляции заголовка | 0x0B | |
| 0x4004 6088 | 15…0 | AgcRssiRef | Опорный уровень АРУ RSSI для регулировки усиления: AgcRssiRef_dBm = AgcRssiRef – 216 [dBm] | 0xFFA6 |
| 0x4004 6090 | 15…8 | Reserved | Резерв | 0x0A |
| 7…0 | CS_THR | Порог контроля несущей: CS_THR_dBm = CS_THR – 256 [dBm] | 0x91 |
Система АРУ использует уровни измеренного и запрограммированного опорного RSSI для вычисления AGC_ERROR и оптимального уровня усиления, как показано в уравнении 1.
Ограничения на формат пакета
Алгоритм разнесенных антенн обеспечивает расширенные возможности в отношении скорости передачи данных, но имеет ограничение, связанное с минимальной длиной заголовка. Уравнение 2 показывает расчет минимальной длины заголовка.
В наихудшем случае уровень принимаемого сигнала находится вблизи порога чувствительности.
Например, если первая антенна пропускает ожидаемую преамбулу, и уровень сигнала оказывается слишком низким для приема на вторую антенну, то на это уходит два временных интервала. Затем приемник обнаруживает преамбулу, после чего необходимо опять проверить прием со второй антенны. Данный случай с потерей четырех временных слотов является наихудшим вариантом. Кроме того, необходимо учесть и внутреннюю аппаратную задержку на обработку и переключение режимов в самом чипе.
Таким образом, для установки по умолчанию с PreTimeout = 10 символов, минимальная длина заголовка составит 6 байт.
Из-за того, что АРУ не работает во время переключения между антеннами, алгоритм может не выбрать антенну с наиболее высоким RSSI, если оба сигнала антенны имеют уровень более примерно -50 дБм. Это не является проблемой, так как при таком сильном сигнале выбор антенны не играет существенной роли.
Настройка регистров
Для настройки регистров используется программа SmartRF Studio. Однако при использовании патча (antenna diversity patch) необходимо удалить из Studio Code Export три регистра и один добавить. Удаляются регистры HW_REG_OVERRIDE(0x6084, 0xXXXX), HW_REG_OVERRIDE(0x6088, 0xXXXX) и HW_REG_OVERRIDE(0x608C, 0xXXXX). Добавляется регистр MCE_RFE_OVERRIDE (1, 0, 0, 1, 0, 0).
Регистры конфигурации
В патче для разнесенных антенн доступны следующие регистры конфигурации (таблица 1).
Содержимое регистров можно изменить с помощью специальной функции By static overrides в следующем формате: HW_REG_OVERRIDE(0xXXXX, 0xYYYY),
- XXXX – значение двух последних значащих байтов адреса регистра (52B0, 52B4, 6088 или 6090);
- YYYY – значение для записи.
Например, следующая запись в регистр устанавливает порог CS -111 дБм: HW_REG_OVERRIDE(0x6090, 0x0A91).
Регистры статуса
В патче для разнесенных антенн доступны перечисленные в таблице 2 регистры статуса.
Таблица 2. Регистры статуса
| Регистр | Биты | Обозначение | Описание | По умолчанию |
| 0x4004 5178 | 15…0 | AntSelect | Выбор антенны TX и RX: 0 – Антенна 0;1 – Антенна 1 | 0x00 |
| 0x4004 517C | 15…8 | RSSI1 | RSSI антенны 1 | 0x00 |
| 7…0 | RSSI0 | RSSI антенны 0 | 0x00 | |
| 0x4004 51C8 | 11…0 | AntSelect0Cnt | Счетчик выбранной антенны 0 | 0x00 |
| 0x4004 51CC | 11…0 | AntSelect1Cnt | Счетчик выбранной антенны 1 | 0x00 |
В режиме TX AntSelect выбирает антенну, которая использована для передачи. Регистры конфигурации не запоминаются, поэтому после отключения и повторного включения питания РЧ-ядра необходимо обновлять регистр AntSelect. Процессор ARM Cortex-M3 должен прочитать и запомнить значение регистра перед выключением питания РЧ-ядра для того чтобы записать его снова перед переходом в режим TX.
Регистры могут быть прочитаны посредством команды CMD_READ_RFREG и переопределены с помощью команды CMD_PROP_RADIO_DIV_SETUP.
Пример программы
Использование патча прозрачно для пользовательского приложения при корректных настройках и применении для управления антенным ключом сигнала RFC_SMI_CL_OUT на одном из цифровых выводов процессора.
Пример простого приложения приема пакетов rfPacketRX доступен после загрузки операционной системы TI-RTOS для CC13xx и CC26xx. После загрузки и установки TI-RTOS в папку по умолчанию C:\ti\tirtos_cc13xx_cc26xx_x_xx_xx_xx\docs вы найдете там, собственно, примеры приложений для разных сред разработки и руководство Getting_Started_Guide_cc13xx_cc26xx. Чтобы использовать пример rfPacketRX в режиме работы с разнесенными антеннами, необходимо выполнить следующие шаги.
- Файл smartrf_settings.c должен быть заменен скачанным с http://www.ti.com/lit/pdf/SWRC325.
Патчи rf_patch_mce_genfsk_ant_div_pqt.h и rf_patch_rfe_genfsk_ant_div.h должны быть сохранены в той же самой папке, где находится smartrf_settings.c.
- Должны быть добавлены следующие определения:
#define IOC_PORT_RFC_SMI_CL_OUT 0x37
#define ANTENNA_SELECT IOID_X//Added if the switch requires two control signals
#define ANTENNA_SELECT_INV IOID_Y
- Сигналы ANTENNA_SELECT и опциональный ATENNA_SELECT_INV должны быть добавлены в pinTable:
- Перед запуском BIOS в функцию int main(void) добавляются следующие строки:
PINCC26XX_setMux(pinHandle, PIN_ID(ANTENNA_SELECT), PINCC26XX_MUX_RFC_SMI_CL_OUT);
PINCC26XX_setMux(pinHandle, PIN_ID(ANTENNA_SELECT_INV), PINCC26XX_MUX_RFC_SMI_CL_OUT);
Они позволяют вывести сигнал RFC_SMI_CL_OUT на предусмотренные цифровые выводы контроллера (ANTENNA_SELECT и ANTENNA_SELECT_INV).
Использованный для передачи экран SmartRF Studio с настройкой 50 кбит/c и длиной заголовка в 6 байт представлен на рисунке 2.
Рис. 2. Настройка SmartRF Studio для передачи
При тестировании разнесенных антенн использовались следующие параметры:
- модуляция: 2-GFSK;
- скорость передачи данных: 50 кбит/c, девиация ±25 кГц;
- диапазон: 868 МГц;
- преамбула длительностью или 8 байт;
- 4-битное слово синхронизации: 0x930B 51DE;
- порог контроля несущей (CS), установленный в значение -111 дБм.
Чувствительность
Для заголовков в 6 и 8 байт типичная чувствительность составила -109 дБм при 1% BER (частота ошибок приема битов), что соотвествовало 20% PER (частота ошибочного приема пакетов), при 3-байтной полезной нагрузке пакета.
Частота пакетных ошибок (PER) в зависимости от уровня входной мощности
На рисунке 3 представлена зависимость PER от входного уровня при 6-битном заголовке и с аттенюатором в 6 дБ на антенне.
На рисунке 4 представлена зависимость PER от входного уровня при 8-битном заголовке и с аттенюатором в 6 дБ на антенне.
 |
 |
| Рис. 3. Зависимость PER от уровня входного сигнала при 6-битном заголовке | Рис. 4. Зависимость PER от уровня входного сигнала при 8-битном заголовке |
Результаты тестирования антенн
Использованный комплект оборудования позволил оценить надежность приема от двух разнесенных антенн в сравнении с одиночными антеннами в одно и то же время в аналогичных условиях затухания сигнала.
В процессе тестирования использовались:
- один передатчик;
- три приемника;
- две антенны (ANT1 и ANT2).
Все три приемника находились в режиме приема в одно и то же время. На рисунке 5 представлена блок-схема комплекта тестового оборудования.
Рис. 5. Блок-схема комплекта для тестирования разнесенных антенн
Одно устройство СС1310ЕМ используется в качестве передатчика. Два приемника СС1310ЕМ подключены к ANT1 и ANT2 напрямую, через соответствующий сплиттер, а третий – к обеим антеннам через коммутатор и сплиттеры. Он использует в работе патч разнесенных антенн (DIV).
Штыревые антенны были размещены под прямым углом друг к другу. Точки подключения антенн размещены на расстоянии в четверть волны друг от друга (рисунок 6).
Рис. 6. Комплект разнесенных антенн
Для выбора соотвествующей антенны через коммутатор используются сигналы, формируемые на двух цифровых выходах CC1310.
Настройка ПО
Для работы патча разнесенных антенн в составе тестового комплекта нужно модифицировать пример rfPacketRx как описано выше. Кроме того, нужно сделать проверку в функции обратного вызова после процедуры приема,, чтобы определить, от какой именно антенны был получен пакет. Эта проверка происходит при чтении AntSelect из регистра 0x4004 5178 (таблица 2).
Для чтения регистра и отслеживания количества пакетов, принятых от каждой антенны, был использован следующий код:
RF_Stat status = RF_runImmediateCmd(rfHandle, (uint32_t*)&RF_cmdReadRfRegAntenna); if (((uint8_t)(RF_cmdReadRfRegAntenna.value)) & 0x01)
//RF_cmdReadRfRegAntenna was configured as follows: rfc_CMD_READ_RFREG_t RF_cmdReadRfRegAntenna =
Antselect читается вместо Antselect0Cnt и Antselect1Cnt, потому что во время тестирования мы заинтересованы только в выбранной антенне для принятых пакетов (AntSelect0Cnt и AntSelect1Cnt будет включать выбор антенны в тех случаях, когда пакеты отбрасываются из-за ошибок CRC).
Тест 1
Плата передатчика была жестко закреплена на нижнем этаже офиса TI в Осло. Плата с приемниками была размещена этажом выше, так что стены и перекрытия находились на пути распространения сигнала. Сотрудники офиса представляли собой движущиеся препятствия для радиоволн. На плате передатчика использовался аттенюатор на 60 дБ, размещенный между разъемом SMA на СС1310ЕМ и антенной. Передаваемый уровень мощности составил 14 дБм – 60 дБ = -46 дБм.
В таблице 3 представлены пакетные ошибки приемников при использовании разных антенн в тесте 1.
Таблица 3. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 1
| Антенна | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | 2647 | 3000 | 11,8 |
| ANT2 | 2078 | 3000 | 30,7 |
| DIV | 2672 | 3000 | 10,9 |
Использующий две антенны (DIV) и подключенный к ANT1 приемники имели примерно одинаковую частоту ошибочно принятых пакетов. У подключенного к ANT2 приемника параметр PER был выше.
Тест 2
Условия в тесте 2 отличались лишь тем, что плата с антеннами была повернута на 90°. Cоотвествующий этому случаю параметр PER представлен в таблице 4.
Таблица 4. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 2
| Антенна | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | 632 | 3000 | 78,9 |
| ANT2 | 2696 | 3000 | 10,1 |
| DIV | 2751 | 3000 | 8,3 |
Использующий технологию разнесенных антенн приемник, а также подключенный ко 2-й антенне приемник имели почти одинаковые значения PER. Тогда как у подключенного к 1-й антенне приемника PER значительно вырос.
Тест 3
В тесте 3 использованы условия предыдущего теста, но передатчик работает с тремя разными уровнями выходной мощности. С увеличением излучаемой антенной мощности PER приемников с одиночными антеннами приближается к величине PER приемника, использующего технологию двух разнесенных антенн. В таблице 5 представлены PER для теста 3.
Таблица 5. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 3
| Антенна | Выходная мощность, дБм | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | -46 | 632 | 3000 | 78,9 |
| -42 | 1551 | 2000 | 22,5 | |
| -38 | 1971 | 2000 | 1,5 | |
| ANT2 | -46 | 2696 | 3000 | 10,1 |
| -42 | 1900 | 2000 | 5 | |
| -38 | 1983 | 2000 | 0,8 | |
| DIV | -46 | 2751 | 3000 | 8,3 |
| -42 | 1944 | 2000 | 2,8 | |
| -38 | 1999 | 2000 | 0 |
В этом случае приемнику с одиночной антенной ANT1 потребовалась увеличенная на 4 дБ мощность сигнала, чтобы достичь уровня PER использующего две антенны приемника (-38 дБм против -42 дБм).
Тест 4
В 4-м тесте плата приемников была жестко закреплена, а плата передатчика перемещалась в пределах офиса. В таблице 6 представлены PER для теста 4.
Таблица 6. PER для использующих разные антенны приемников в тесте 4
| Антенна | Принятые пакеты | Переданные пакеты | PER, % |
| ANT1 | 2055 | 3000 | 31,5 |
| ANT2 | 2114 | 3000 | 29,5 |
| DIV | 2403 | 3000 | 19,9 |
Использующий две антенны приемник (DIV) и в этом случае имеет меньшую PER в сравненеии с приемниками, испольющими одиночные антенны.
Антенны CC-Antenna-DK2
Упростить выбор подходящей антенны и оценить ее эффективность позволяет выпускаемый компанией TI комплект CC-Antenna-DK2 (рисунок 7). Печатная плата размером с лист формата A4 содержит 16 отдельных плат, 13 антенн и 3 платы для калибровки. Антенны распределены по рабочим частотам 169, 433, 868 МГц и 2,44 ГГц и настроены индивидуально.
Рис. 7. Плата CC-Antenna-DK2
Плата №5: разнесенные антенны на 2,4 ГГц
Средняя суммарная мощность, измеренная с помощью антенны 5А составляет -3,3 дБм. Средняя мощность, измеренная с антенной 5B составляет -3.4 дБм. При переключении максимальной мощности между двумя антеннами средняя мощность будет увеличена до -2,2 дБм. Таким образом есть лишь небольшое увеличение с 1,1 дБ до 1,2 дБ в излучаемой мощности через разнесенные антенны (рисунок 8).
Плата №8: разнесенные антенны на 868/915/920 МГц
Средняя суммарная мощность, измеренная с антенной 8А составляет -2.8 дБм. Средняя мощность, измеренная с антенной 8B составляет -4.9 дБм. При переключении максимальной мощности между двумя антеннами средняя мощность будет увеличена до -2,4 дБм. Таким образом есть лишь небольшое увеличение с 0,4 до 2,5 дБ в излучаемой мощности через разнесенные антенны (рисунок 9).
 |
 |
| Рис. 8. Плата №5: разнесенные антенны 2,4 ГГц | Рис. 9. Плата №8: разнесенные антенны 868/915/920 МГц |
Разнесенные антенны №5 и №8 имеют главное преимущество для приема электромагнитного сигнала в среде с многолучевым распространением, где возможен провал до 15 дБ в пределах квадратного метра площади. Предел чувствительности, указанный в технических характеристиках, будет уменьшен на величину, определяемую размером затухания при многолучевом распространении сигнала.
Разнесенные антенны не приведут к повышению абсолютного уровня чувствительности радиоприема, но повысят чувствительность при попадании устройства в зону замирания радиосигнала при многолучевом распространении.
Беспроводные МК CC13XX/CC26XX
Компания Texas Instruments выпускает беспроводные МК CC13xx/CC26xx на базе платформы SimpleLink (рисунок 10). Они включают вычислительное ядро Cortex-M3, универсальный приемопередатчик для диапазонов 433/868/2400 МГц и энергоэкономичный контроллер для работы с датчиками.
Рис. 10. Блок-схема CC26xx и CC13xx
Мощный процессор и программно-конфигурируемый радиомодуль впервые позволили создать универсальную микросхему с поддержкой ZigBee, Bluetooth Low Energy, 6LoWPAN, RF4CE и других сетевых протоколов. В то же время приемопередатчик в составе CC13xx/CC26xx способен обмениваться пакетами данных в режиме “Proprietary” как с другими трансиверами TI (CC110L, CC1120, CC430, CC25xx и другими), так и с радиочастотными микросхемами других производителей.
МК CC13XX/CC26XX позволяют создавать беспроводные устройства с чрезвычайно низким потреблением тока – 6,2 мА в режиме приема, 0,95 мА в режиме Sniff, и 6,1 мА в режиме передачи при выходной мощности 0 дБм.
Основные преимущества беспроводных МК CC13xx/CC26xx:
- экономичное ядро Cortex-M3 для пользовательских приложений;
- программно-конфигурируемый радиомодуль на базе ядра Cortex-M0;
- поддержка протоколов 802.15.4, ZigBee, BLE, 6LoWPAN, RF4CE;
- универсальный приемопередатчик для диапазонов 433/868/2400 МГц;
- экономичный RISC-контроллер для работы с датчиками;
- расширенный набор стандартных интерфейсов (GPIO, UART, SPI, I2C, I2S), АЦП 12 бит;
- аналоговая периферия: ОУ, компаратор, источник тока;
- расширенный диапазон питания: 1,8…3,8 В;
- аппаратное шифрование AES-128;
- объем памяти: 128 кбайт Flash, 20 кбайт RAM;
- несколько типов корпусов QFN с размерами 4х4…7х7 мм (с разным количеством портов GPIO).
Отличающиеся сверхмалым потреблением энергии беспроводные МК семейств CC26xx и CC13xx на базе платформы SimpleLink наилучшим образом подходят для использования в системах безопасности также благодаря универсальности и поддержке целого ряда стандартов и протоколов беспроводной связи. Они легко найдут применение в домашней электронике, аксессуарах для мобильной связи, устройствах для спорта и фитнеса, в медицинских приборах и многих других приложениях.
Заключение
В обширном ассортименте продукции компании TI предусмотрены все аппаратные и программные компоненты, необходимые для создания высоконадежных сетей. В условиях, затрудняющих распространение радиоволн, технология разнесенных антенн позволяет повысить достоверность принимаемых пакетов данных.
Результаты измерений, выполненных с использованием приемников на базе CC13xxEM, свидетельствуют об эффективности использования методики разнесенных антенн.
MIMO spatial diversity: Аламоути, DET и прочее пространственное разнесение
Чтобы передать сообщение от базовой станции мобильному устройству (и наоборот), электромагнитной волне приходится преодолевать значительное количество препон: отражения, преломления, рассеивания, затенения, доплеровские смещения частот и так далее. Во-первых, все эти воздействия принято называть мультипликативными (от англ. multiplication — умножение) — по математической модели таких воздействий. А, во-вторых, можно собрать под общим термином замирания (fading).
От стандарта к стандарту, от поколения к поколению, от технологии к технологии ученые и инженеры бились и бьются над проблемой нивелирования этих замираний (fading mitigation).
И некоторые решения нашли широкое распространение. Скажем больше: почти все из них, так или иначе, связаны с понятием разнесения (diversity).
Пример таких решений:
-
— против частотно-селективных замираний;
- Оценка и выравнивание канала (channel estimation and equalization) через обратную связь — GSM, для подавления изменений во временной области; (UMTS);
- Пилотные сигналы (начиная с UMTS) по нисходящему каналу (Down-link) и сопровождение сигнала (signal tracking) по восходящему каналу (Up-link) — для подавления изменений во временной области; — LTE, против частотно-селективных замираний;
- Временное разнесение (помехоустойчивое кодирование);
- Поляризационное разнесение (на стороне передатчика) + Сумматоры (combiners, на стороне приёмника);
- Пространственное разнесение.
Последнюю из упомянутых техник мы рассмотрим сегодня в рамках ещё одной темы по MIMO.
Space diversity order и array gain
Есть такое понятие — порядок пространственного разнесения (space diversity order): если одна и та же информация может быть собрана с разных направлений, то надежда восстановить её правильно увеличится. В качестве примера из жизни, можно представить сбор информации об одном и том же событии от независимых друг от друга источников-информаторов. В радиосвязи этот порядок мы можем увеличить, в том числе, применяя MISO, SIMO или MIMO.
Теоретический предел такого разнесения , где — количество передающих антенн, а — количество приёмных антенн. Запомним это.
Рис.1. Стабильность канала, вызванная увеличением порядка пространственного разнесения. При значениях канал полностью стабилизируется и превратится в канал без замираний (AWGN) [1, p.101].
Используя SIMO, MIMO и даже MISO (в случае известного канала), можно получить, так называемое, усиление массива (array gain). Это означает, что применение нескольких приемных антенн и/или правильное распределение энергии на передающей стороне позволяет увеличить отношение сигнал/шум (SNR) — а значит снизит количество ошибок.
Порядки разнесения и усиления массива для различных конфигураций можно вывести аналитически [1, c. 86 — 100] и свести в одну таблицу [1, c. 101] и для случая, когда канал неизвестен (CU — Channel Unknown), и для случая, когда канал известен (CK — Channel Known) на стороне передатчика.
| Конфигурация | Diversity order | Array gain |
|---|---|---|
| SIMO (CU, Rx-MRC) | ||
| SIMO (CK, Rx-MRC) | ||
| MISO (CU, OSTBC) | 1 | |
| MISO (CK, Tx-MRC) | ||
| MIMO (CU, OSTBC) | ||
| MIMO (CK, DET) |
Окей, пусть широкими мазками, но теперь у нас есть хоть какое-то понимание теоретических аспектов подавления замираний. Следующий вопрос — как достичь этих теоретических пределов? Какие существуют техники активации рассмотренных выигрышей?
Решение №1. Пространственно-временные коды
Одним из самых популярных классов решений по пространственному разнесению является, пожалуй, класс пространственно-временных кодов (space-time codes). Например, знакомый, я думаю, многим метод Аламоути (пример блочного кода) [2, c. 40-46]:
где при — это некоторые входные символы, при — это временные отсчеты (time slots), а — это, собственно, матрица кодирования.
Схема Аламоути ортогональна [1, с.93-95, 97-98] и, что самое важное, не требует информации о состоянии канала (Channel State Information).
Однако, как вы можете заметить, схема Аламоути — это случай, когда у нас есть только две передающие антенны ().
Но не стоит падать духом раньше времени: доступны, конечно, и другие варианты, просто называются они немного иначе. Например, согласно [3] можно применить такие схемы кодирования:
Рис. 2. Схемы передачи для случаев и [2].
И ещё много других вариантов: лишь бы отвечали условиям ортогональности.
Для таких кодов требуются, собственно, те же процедуры для кодирования и декодирования, что и для кода Аламоути. Поэтому объединяются они обычно под общим термином ортогональные пространственно-временные блочные коды (OSTBC — Ortogonal Space-Time Block Codes).
Как это видно из схемы передачи, мы хоть и передаём символы параллельно, но тратим на это несколько временных слотов. Следовательно, мы жертвуем пропускной способностью (как минимум, недополучаем её). Для схемы Аламоути такой компромисс симметричен: задействуем 2 антенны и 2 временных слота (будто бы используем SISO с точки зрения пропускной способности). Другие схемы могут влиять на скорость передачи ещё сильнее.
Решение №2. DET: Dominant Eigenmode Transmission
Хорошо, для предыдущего класса техник знания о канале нам важны не были. А что если эти знания у нас всё-таки есть? Нет ли в таком случае более подходящих техник?
В одной из предыдущих моих статей мы обсуждали, что, имея на руках знания о состоянии канала, мы можем применять различные методы обработки сигналов, чтобы увеличить пропускную способность. Этот же принцип работает и для повышения помехоустойчивости.
Наверное, многие слышали про метод MRC и многие знают, что метод этот как нельзя кстати подходит для случая SIMO, когда на передаче антенна хоть и одна, но на приёме их все-таки много, а значит есть из чего комбинировать.
Но, наверное, уже меньшее количество читателей сталкивалось с MRC на передающей стороне (Tx-MRC) [1, c. 95,96], и ещё меньше с технологией DET (Dominant Eigenmode Transmission) [1, c. 98-100]. Исправим!
Для начала рассмотрим общий случай MIMO канала и последний из названных методов — DET.
- Если у передатчика имеется матрица , то её можно обработать.
- Например, разложить её через SVD: , получив таким образом несколько матриц определенного свойства.
- Эти свойства можно использовать для оптимизации передачи, например, применив предварительное кодирование (pre-coding).
Введём некоторый пре-кодирующий вектор:
где — это первый (доминирующий, так сказать) вектор матрицы .
Более того, мы можем записать и вектор пост-обработки (post-processing):
где — это первый вектор матрицы .
Переопределим модель принятого сигнала (см. тему пропускной способности):
Вуаля! Магия линейной алгебры выделила среди всех путей распространения самый выгодный и всю энергию направила туда. Фактически, перед нами линейный алгоритм диаграммообразования (beamforming).
Ценой рассмотренного подхода всё также, как и в случае OSTBC, является ограничение пропускной способности. Правда, происходит это теперь сугубо в пространственной области.
Потому что собственные числа (мощности путей распространения — замираний) могут быть напрямую выведены из сингулярных чисел (амплитуды замираний):
Хорошо, с DET более или менее понятно — что с Tx-MRC?
С ним всё ещё проще — это частный случай DET, и сейчас мы это докажем.
Для Tx-MRC в литературе предложен следующий вектор пре-кодирования:
Держим в голове, что квадрат нормы Фробениуса равен собственному числу и, соответственно, квадрату сингулярного числа (в случае SIMO и MISO).
Тогда снова переопределим модель принятого сигнала, только уже для MISO случая:
Что и требовалось доказать.
Теперь, когда все слова сказаны, попробуем промоделировать наши техники.
Моделирование
Сегодня я немного считерил: для моделирования OSTBC использованы готовые объекты из Communication Toolbox (MatLab R2014a — уж какой был):
-
— Ortogonal Space-Time Block Codes Encoder; — Ortogonal Space-Time Block Codes Combiner.
Для модуляции и демодуляции (и подсчета битовой ошибки — BER) были использованы уже не объекты, а функции. Их аналоги есть в пакете communications Octave.
Получиться должно что-то такое:
Рис. 3. Кривые битовых / символьных ошибок для разных техник передачи (BPSK, Рэлеевский канал с плоскими замираниями). Сравните с [1, c. 96, 100].
А теперь вопрос: а где же кривая теоретической границы разнесения второго порядка?
Всё согласно таблице: эта кривая полностью совпадает с Аламоути 2×1. В случае MIMO в игру вступает ещё и array gain, и поэтому кривые разделены.
Так или иначе, а DET (или Tx-MRC) ожидаемо опережают Аламоути по качеству.
Вот так: знание — сила!
Литература
Paulraj, Arogyaswami, Rohit Nabar, and Dhananjay Gore. Introduction to space-time wireless communications. Cambridge university press, 2003.
Бакулин М. Г., Варукина Л. А., Крейнделин В. Б. Технология MIMO: принципы и алгоритмы //М.: Горячая линия–Телеком. – 2014. – Т. 244.
Tarokh, V., Jafarkhani, H., & Calderbank, A. R. (1999). Space-time block codes from orthogonal designs. IEEE Transactions on Information theory, 45(5), 1456-1467.
P.S.
Преподавательскому составу и студенческой братии родной специальности передаю привет!