WLAN- und Bluetooth-Technologien treiben die Entwicklung von Smart-Home- und IoT-Anwendungen voran.

In den letzten Jahren sind Wi-Fi und Bluetooth zwei der entscheidenden Technologien, die die Verbreitung von Smart-Home- und IoT-Geräten beschleunigt haben. Die Wi-Fi-Technologie ist bekannt für ihre hohe Übertragungsgeschwindigkeit und ihre umfangreiche Abdeckung, wodurch eine zuverlässige Konnektivitätslösung für verschiedene Geräte in Smart Homes bereitgestellt wird. Gleichzeitig ist die Bluetooth-Technologie bekannt für ihren niedrigen Energieverbrauch und die Kommunikation über kürzere Distanzen, was sie geeignet macht für die Verbindung von Smartphones, tragbaren Geräten sowie einigen kleinen Sensoren und Gesundheits-Trackern. Dieser Artikel wird die neuesten Trends in der Entwicklung von Wi-Fi- und Bluetooth-Technologien für Smart-Home- und IoT-Anwendungen sowie die damit verbundenen Lösungen von Murata untersuchen.

Die Anwendungsmerkmale von Wi-Fi und Bluetooth im Smart Home und dem IoT

Wi-Fi- und Bluetooth-Technologien spielen eine wichtige Rolle in Smart-Home- und IoT-Anwendungen. Beide sind drahtlose Kommunikationstechnologien, haben jedoch unterschiedliche Anwendungsszenarien und Eigenschaften. In Smart-Home- und IoT-Anwendungen wird Wi-Fi oder Bluetooth basierend auf spezifischen Anforderungen und Geräteeigenschaften ausgewählt, manchmal werden sie sogar gemeinsam genutzt, um umfassende Konnektivität und Steuerung zu ermöglichen.   Die Wi-Fi-Technologie wird häufig verwendet, um verschiedene smarte Geräte in Haushalten zu verbinden, wie zum Beispiel smarte Lautsprecher, smarte Beleuchtung und smarte Steckdosen. Wi-Fi bietet eine größere Kommunikationsreichweite und höhere Übertragungsgeschwindigkeiten, was es für Anwendungen geeignet macht, die große Datenübertragungen und schnelle Verbindungen erfordern. Allerdings verbraucht Wi-Fi vergleichsweise mehr Energie, weshalb es für batteriebetriebene Geräte möglicherweise nicht ideal ist. Die Bluetooth-Technologie hingegen wird typischerweise verwendet, um Smartphones, Tablets und Wearables wie Bluetooth-Kopfhörer und Smartwatches zu verbinden. Im Smart Home wird Bluetooth auch häufig genutzt, um kleinere Geräte wie Thermometer und Gesundheitstracker zu verbinden, da es eine kürzere Kommunikationsreichweite und einen geringeren Energieverbrauch hat.

WLAN- und Bluetooth-Technologien entwickeln sich weiterhin und ergänzen einander

WLAN- und Bluetooth-Technologien entwickeln sich kontinuierlich weiter, um den Anforderungen aktualisierter Anwendungen gerecht zu werden. Die neuesten Entwicklungen konzentrieren sich hauptsächlich darauf, die Übertragungsraten zu verbessern, den Stromverbrauch zu senken, die Kommunikationsreichweite zu erweitern und die Interoperabilität für IoT-Anwendungen besser zu unterstützen. Die aktuelle Generation von Wi-Fi 6E ist eine erweiterte Version von Wi-Fi 6, die das drahtlose 6-GHz-Spektrum nutzt, einen größeren Frequenzbereich bietet und Störungen reduziert, wodurch die Leistung und Kapazität drahtloser Netzwerke weiter verbessert wird.   Die neuere Generation von Bluetooth 5.x bietet schnellere Übertragungsraten, längere Kommunikationsreichweiten und einen geringeren Stromverbrauch, wodurch die Bluetooth-Technologie in IoT- und Smart-Home-Anwendungen flexibler und praktischer wird. Bluetooth 5.x führte LE Audio-Funktionen ein, die Mehrpunkt-Audio und verbesserte Audioqualität unterstützen, und erweiterte dadurch die Bluetooth-Technologien im Bereich der Audioübertragung und Konnektivität.

Hochintegriertes Wi-Fi- und Bluetooth-Modul in kompakter Größe von Murata

Das All-in-One-Wi-Fi®-Modul von Murata, das in Bluetooth integriert ist, ermöglicht eine direkte Verbindung zum Internet und zu Bluetooth-Geräten gleichzeitig, wodurch sie zu den flexibelsten drahtlosen Technologien für IoT-Produkte werden. Sie bieten außerdem eine Vielzahl von Wi-Fi- und Bluetooth-Modulen, die mehrere drahtlose Standards unterstützen, wie IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax für Wi-Fi und Bluetooth-Standards 4.1/4.2/5.0/5.1/5.2/5.3. Die Host-Prozessor-Schnittstellen umfassen SDIO oder PCIe für Anwendungen mit hohem Durchsatz nur mit einem Funkmodul sowie UART mit eingebetteten MCU-Modulen für moderate Anwendungen, zusammen mit der Bluetooth-Schnittstelle über UART, um den unterschiedlichen Anforderungen von IoT- und Smart-Home-Geräten gerecht zu werden. Alle Module von Murata sind FCC/IC-Referenzzertifiziert, wodurch die Markteinführungszeit für Produkte erheblich verkürzt wird, da die Zertifizierungsverfahren in mehreren Ländern entfallen.

Typ 2EL

Das Murata Type 2EL ist ein kleines Hochleistungsmodul, das auf dem NXP IW612-Chipsatz basiert und Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax, Bluetooth 5.3 BR/EDR/LE sowie 802.15.4 mit Thread-Unterstützung bietet. Es unterstützt PHY-Datenraten von bis zu 601 Mbps bei Wi-Fi® und 2 Mbps bei Bluetooth. Der WLAN-Bereich unterstützt die SDIO v3.0 DDR50-Schnittstelle, während der Bluetooth-Bereich eine Hochgeschwindigkeitsschnittstelle mit 4-Draht-UART und PCM für Audiodaten bietet.   Das Type 2EL-Modul verfügt über ein beeindruckend kleines abgeschirmtes Formfaktor-Design, das die Integration in größen- und leistungssensitive Anwendungen wie IoT, tragbare drahtlose Systeme und Gateways erleichtert. Das Type 2EL-Modul arbeitet in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C, hat Abmessungen von nur 8,8 x 7,7 x 1,3 mm und wiegt lediglich 0,22 Gramm. Es unterstützt Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL) 3 und verwendet Surface-Mount-Technologie, die RoHS-Standards entspricht.

Typ 2EA

Auf der anderen Seite ist das Murata Type 2EA ein hochleistungsfähiges, kompakt gebautes Modul, das auf dem Infineon CYW55573-Chipsatz basiert und Wi-Fi® 802.11a/b/g/n/ac/ax 2×2 MIMO sowie Bluetooth 5.3 BR/EDR/LE unterstützt. Es bietet PHY-Datenraten von bis zu 1,2 Gbps für Wi-Fi®, 3 Mbps PHY-Datenraten für Legacy-Bluetooth (EDR) und 2 Mbps PHY-Datenraten für Bluetooth Low Energy (BLE). Der WLAN-Teil unterstützt PCIe v3.0 Gen 2 und SDIO 3.0-Schnittstellen, während Bluetooth eine High-Speed-4-Draht-UART-Schnittstelle und PCM für Audiodaten unterstützt. Dies ist entscheidend, um Hochleistungsfunktionen bereitzustellen, die den Anforderungen des IoT gerecht werden, und es eignet sich für industrielle IoT-Anwendungen, Smart Homes, Video-/Audiostreaming, xR (AR/VR)-Brillen und Gateways.   Das Type 2EA-Modul zeichnet sich durch eine äußerst kompakte Bauform aus, die die Integration in größen- und energieempfindliche Anwendungen wie IoT, tragbare drahtlose Systeme und Gateways erleichtert. Das Modul unterstützt HCI-UART-, PCM- und I2S-Bluetooth-Schnittstellen und kann in einem Temperaturbereich von -40°C bis 85°C betrieben werden. Es hat Abmessungen von 12,5 x 9,4 x 1,2 mm und wiegt nur 360 mg.

Typ 1YN

Murata Typ 1YN ist ein kompakt bemessenes Hochwertmodul, das auf dem Infineon CYW43439-Chipsatz basiert und Wi-Fi® 802.11b/g/n sowie Bluetooth 5.2 BR/EDR/LE unterstützt. Es ermöglicht PHY-Datenraten von bis zu 65 Mbps bei Wi-Fi® und bis zu 3 Mbps bei Bluetooth. Der WLAN-Bereich unterstützt die SDIO v2.0-Schnittstelle, während der Bluetooth-Bereich die Hochgeschwindigkeits-4-Draht-UART-Schnittstelle und PCM für Audiodaten unterstützt.   Das Typ 1YN-Modul ist mit Referenztakten und MAC/BD-Adressen ausgestattet und kann in einem Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C betrieben werden. Mit Abmessungen von 6.95 x 5.15 x 1.1 mm erfüllt es MSL 3 und nutzt Oberflächenmontagetechnologie, wobei es die RoHS-Standards einhält. Es unterstützt NXP i.MX Linux und FreeRTOS sowie die Infineon WICED-Entwicklungsplattformen.

Ultra-niedrigenergie, kleinformatig und sichere Bluetooth von Murata

Bluetooth kann direkt mit Smartphones, Tablets und Laptops verbunden werden und verbraucht dabei nur sehr wenig Strom. Dies macht es zur am häufigsten genutzten drahtlosen Technologie für batteriebetriebene IoT-Produkte. Murata bietet verschiedene Bluetooth-Module an, die von der Bluetooth SIG zertifiziert sind und Bluetooth 4.1/4.2/5.0 BR/EDR/LE-Kommunikation unterstützen. Dual-Mode-Geräte sind sowohl mit Classic Bluetooth (BR/EDR) als auch mit Bluetooth Low Energy (BLE) kompatibel. Kleine Anwendungen können auf Modulen mit Bluetooth-Host-Stacks laufen und über UART- oder SPI-Schnittstellen mit Prozessoren verbunden werden.

Typ 2EG

Der Typ 2EG von Murata ist ein ultrastromsparendes, ultrakleines und sicheres Bluetooth Low Energy 5.2 Funkmodul, das sich für IoT-Edge-Geräte in industriellen und medizinischen Anwendungen eignet. Der Typ 2EG setzt auf das RSL15 Wireless SoC von Onsemi, das einen 48-MHz-Arm-Cortex-M33-MCU-Kern mit 80 kB RAM (davon 64 kB Benutzer-RAM) und 512 kB Flash-Speicher bietet. Es unterstützt Schnittstellen wie UART, QSPI, SPI, GPIO, ADC, DAC, PWM und I2C sowie das Arm CryptoCell 312 Sicherheitssubsystem. Die Zertifizierung erfolgt durch die Regulierungsbehörden FCC/IC, ETSI und MIC (Japan).   Der Typ 2EG verfügt über einen leistungsstarken MCU-Kern, der auf Benutzeranwendungen zugeschnitten ist und durch ultraniedrigen Stromverbrauch sowie ein integriertes IoT-Netzwerksicherheitsplattform hervorsticht. Hinzu kommt eine Vielzahl von Peripherieschnittstellen, alles verpackt in einer äußerst kompakten Größe. Es bietet sowohl Optionen für eine integrierte als auch eine externe Antenne.   Das Bluetooth v5.2 im Typ 2EG bietet höhere Datenraten, verbesserte Broadcast-Kapazitäten und einen optimierten Channel Coexistence Algorithm (SCA), um Anforderungen an Langstreckenkommunikation und Nähe zu erfüllen. Es misst maximal 7,4 x 7,0 x 1,0 mm und nutzt ein LGA-Gehäuse mit einer integrierten PCB-Antenne sowie optional einer Pin-Pad-Antenne für den externen Gebrauch. Es kann eine maximale Sendeleistung von 6 dBm erreichen und hat eine Empfängerempfindlichkeit von -96 dBm @ 1 Mbps. Mit ultraniedrigem Stromverbrauch benötigt es 4,3 mA @ 0 dBm während der Übertragung und 2,7 mA @ 1 Mbps während des Empfangs. Es unterstützt einen Schlafmodus mit einem Stromverbrauch von 36 nA @ 3V VBAT.

Fazit

Die fortlaufende Entwicklung und Weiterentwicklung von Wi-Fi- und Bluetooth-Technologien in Smart-Home- und IoT-Anwendungen hat für mehr Komfort und Möglichkeiten für intelligentes Leben gesorgt. Die Hochgeschwindigkeitsübertragung und die breite Abdeckung der Wi-Fi-Technologie ermöglichen es smarten Geräten, sich schnell zu verbinden und Interoperabilität zu erzielen, wodurch den Nutzern ein intelligenteres Zuhause-Erlebnis geboten wird. Gleichzeitig ermöglichen die energieeffizienten und kurzdistanzen Kommunikationsmerkmale der Bluetooth-Technologie eine effizientere Kommunikation zwischen Geräten, wodurch die intelligente Steuerung und Überwachung von Smart-Home-Geräten realisiert wird. Die hochintegrierten Wi-Fi- und Bluetooth-Module, die von Murata entwickelt wurden, sind darauf ausgelegt, die Entwicklung von Smart-Home- und IoT-Geräten zu beschleunigen und verdienen weitere Erforschung und Anwendung.