Estat actual de les comunicacions digitals sense fils Jordi Mayné

Presentación del tema: "Estat actual de les comunicacions digitals sense fils Jordi Mayné"— Transcripción de la presentación:

1 Estat actual de les comunicacions digitals sense fils Jordi Mayné Jordi.mayne@silica.com

2 02 Tipus de comunicacions sense fils  InfraRoigs  Poca distancia de treball  Necessiten visibilitat entre les connexions  Camp d’aplicació limitat, però encara molt vigent  RadioFreqüència  Distancia de treball de mig abast  Pot travessar obstacles i parets  Camp d’aplicació molt ampli

3 03 Fabricants de RF

4 04 Estàndards ZigBee Mig Abast Automatització industrial/Casa BlueTooth Curt Abast Xarxa pocs punts Llarg Abast Xarxes d’alta velocitat 802.11 Cost / Complexitat WirelessUSB Mig Abast Simple Punt-Multipunt Punt Multipunt i Xarxes Punt Multipunt UWB Curt Abast Xarxes d’alta velocitat Wireless RF (ISM band) Mig Abast Punt a Punt No fa servir cap protocol estàndard Punt a Punt

5 05 Posició Chipset ARC* 802.15.4 Bluetooth 802.11.x 1kbps 100kbps 1 Mbps 10 Mbps Data Rate 125kHz 13.56MHz 27MHz 315MHz 433MHz 868MHz 915MHz 868MHz 915MHz 2.4GHz 5.6GHz Consum de Current *ARC = Access Remote Control

6 06 Què son les bandes ISM?  ISM (Industrial, Científica i Medica)  Es treballa sense llicencia.  Freqüències permeses a Europa  433.050 – 434.790MHz  868 – 870MHz  2.4GHz  Freqüències permeses a USA  902 – 928MHz  2.4GHz  Limitacions:  Freqüències segons les regions.  Potencia de transmissió.  Cicle de servei.  Nivells d’espuris.  Enllaços de baixa velocitat de transmissió i baix cost.

7 Banda ISM <1GHz

8 08  Freqüències segons les recomanacions CEPT 70-03E, i provades sota les condicions de EN 300 220-1  433.050 – 434.790MHz  Màxima Potencia de Sortida: +10dBm  868 – 870MHz  Dividida en 9 sub-bandes depenent de l’aplicació  868.0 – 868.6MHz (Cicle de Servei < 1%)  868.7 – 869.2MHz (Cicle de Servei <0.1%)  25kHz entre canals o ample de banda  Màxima Potencia de Sortida: +14dBm dBm: Expressa la potència absoluta mitjançant una relació logarítmica. És el nivell de potència en decibels en relació a un nivell de referència de 1 mW. Regulacions d’Europa

9 09 Banda ISM a 868 MHz

10 010 Tipus de Modulació Digital - 1  Modulació per desplaçament d’amplitud, ASK (Amplitude Shift Keying)  OOK (On/Off Keying)

11 011 Tipus de Modulació Digital - 2  Modulació per desplaçament de frequencia, FSK (Frequency Shift Keying)  Modulació por desplaçament de fase, PSK (Phase Shift Keying)

12 012 Analog Devices – 315/433/868/915 MHz TipoModul.PotenciaHomologaciónVelocidadConsumoEncapsulado ADF7010EmisorFSK/ASK/GFSK-20dBm a +10dBmUSA76 kbps30mA a +10 bBm24 TSSOP ADF7011EmisorFSK/ASK/GFSK-20dBm a +10dBmEuropa76.8 kbps30mA a +10 bBm24 TSSOP ADF7012EmisorFSK/ASK/GFSK-16dBm a +13dBmUSA/Europa150 kbps21mA a +10 bBm24 TSSOP ADF7020Emisor/ReceptorFSK/ASK/GFSK-16dBm a +13dBmUSA/Europa200 kbps19mA a +10 bBm48 LFCSP ADF7021Emisor/Receptor2, 3, 4FSK-16dBm a +13dBmUSA/Europa25 kbps27mA a +10 bBm48 LFCSP ADF7025Emisor/ReceptorFSK-16dBm a +13dBmUSA/Europa384 kbps27mA a +10 bBm48 LFCSP

13 013 Infineon 315/433/868/915 MHz Infineon TX (ASK/FSK) 0 dBm RX (ASK) TX (ASK only) 0 dBm RX (ASK/FSK) TX (ASK/FSK) 10 dBm RX (ASK/FSK) TX / RX (ASK/FSK) 868 MHzTDx 5100 TDA5200TDA5210TDK 5110 TDA5220TDA 5250 434 MHzTDx 5100 TDA5200 TDA 5100 ATDA5210TDK 5110 TDA5220TDA 5255 315 MHzTDx 5101 TDA5201 TDA 5101 ATDA5211TDK 5111TDA5221TDA 5251 915 MHz TDA 5102TDA5212 345 MHz TDA 5103 TDA 5103 A 390 MHzTDA5204

14 014 Freescale 315/433/868/915 MHz Freescale TipoBanda (MHz)ModulaciónAlimentaciónSensibilidad /Potencia VelocidadEncapsulad o MC33493Emisor315 a 915OOK/FSK1,9 a 3,6V+5 dBm11 kbps14 TSSOP MC33591Receptor315 – 434OOK/FSK5V-106 dBm11 kbps24 LQFP MC33592Receptor315 – 434OOK5V-106 dBm11 kbps24 LQFP MC33593Receptor868 - 928OOK/FSK5V-105 dBm11 kbps24 LQFP MC33594Receptor314 - 434FSK5V-106 dBm11 kbps24 LQFP MC33595Receptor315 a 915OOK/FSK2,1 a 5V-104 dBm19,2 kbps32 LQFP MC33596Receptor304 a 915OOK/FSK2,1 a 5,5V-108 dBm20 kbps32 LQFP MC33696Emisor/Receptor304 a 915OOK/FSK2,1 a 5,5V-108 dBm/ 7dBm20 kbps32 LQFP

15 015 Texas Instruments 315/433/868/915 MHz Frecuencia MHz Potencia Salida (dBm) Tipo de Modulación Consumo Standby (uA) Consumo Rx/Tx mA Aliment. Sensib. Encapsula do Tipo CC1100315/433/868/915 -30dBm a +10dBm FSK/OOK/MSK/GFSK 0.414/161.8 – 3.6 -110 dBm 20 QFN Emisor/Receptor CC1101315/433/868/915 -30dBm a +10dBm FSK/OOK/MSK/GFSK 0.2 14/15 1.8 – 3.6 -111 dBm 20 QFN Emisor/Receptor CC1150315/433/868/915 -30dBm a +10dBm FSK/OOK/MSK/GFSK 14/15,.91.8 – 3.6 16 QFN Emisor/Receptor CC1110F8315/433/868/915 hasta +10 FSK/OOK/MSK/GFSK 0.318,9/162 – 3.6 -110 dBm 36 QFN Emisor/Receptor + Micro C51 8K CC1110F16315/433/868/915 hasta +10 FSK/OOK/MSK/GFSK 0,318,9/162 – 3.6 -110 dBm 36 QFNEmisor/Receptor + Micro C51 16K CC1110F32315/433/868/915 hasta +10 FSK/OOK/MSK/GFSK 0,318,9/162 – 3.6 -110 dBm 36 QFNEmisor/Receptor + Micro C51 32K

16 Banda ISM >1GHz

17 017 Freescale 2.4GHz Comp. externos ComunicaciónSensibilidadPotencia de salidaAlimentaciónRango de temperaturaEncapsulado MC13191/ 92 17SPI-92 dBm-27 dBm a +4 dBm2.0 a 3.4 V-40º a +85ºC32-pin QFN MC13201/ 02 15SPI-92 dBm-27 dBm a +4 dBm2.0 a 3.4 V-40º a +85ºC32-pin QFN MC13211/ 12/13 14Incluye uC S08 hasta 60KFlash -92 dBM-27 dBm a +4 dBm2.0 a 3.4 V-40º a +85ºC64-pin LGA

18 018 Texas Instruments 2.4 GHz Frecuencia MHz Potencia Salida (dBm) Tipo de Modulación Consumo Standby (uA) Consumo Rx/Tx mA Voltaje Sensibilidad Encap. Tipo CC2500 2,4 GHz-20dBm a +1dBm 2FSK/OOK/MSK/GFSK 0.412,8/21,61.8 – 3.6 -104 dBm 16 QFN Emisor/Receptor 500kbps CC2550 2,4 GHz-20dBm a +1dBm 2FSK/OOK/MSK/GFSK 0.2 14/22,8 1.8 – 3.6 -104 dBm 20 QFN Emisor/Receptor 500kbps CC2510F8 2,4 GHz-20dBm a +1dBm 2FSK/OOK/MSK/GFSK 0.322/232 – 3.6 -105 dBm 36 QFN Emisor/Receptor + Micro C51 8K CC2510F16 2,4 GHz-20dBm a +1dBm 2FSK/OOK/MSK/GFSK 0,322/232 – 3.6 -105 dBm 36 QFN Emisor/Receptor + Micro C51 16K CC2510F32 2,4 GHz-20dBm a +1dBm 2FSK/OOK/MSK/GFSK 0,322/232 – 3.6 -105 dBm 36 QFN Emisor/Receptor + Micro C51 32K

19 019 Aplicacions

20 Zigbee

21 021 Zigbee – IEEE 802.15.4  Zigbee www.ZigBee.orgwww.ZigBee.org  IEEE 802.15.4 és un simple protocol de paquets de dades per xarxes sense fils lleugers.  Canal d’accés via (CSMA) Carrier Sense Multiple Access amb anti-colisió.  Reconeixement de missatge i una estructura opcional  Multi-nivell de seguretat  Tres bandes, 27 canals especificats  2.4 GHz: 16 canals, 250 kbps  868.3 MHz : 1 canals, 20 kbps  902-928 MHz: 10 canals, 40 kbps  Treballa molt be en:  Sistemes de baix consum, per controladors de latència seleccionable, sensors, monitorizació remota i equips portables. ZigBee

22 022 Tipus de Topologies de Xarxes Device PAN Coordinator Link Star Network Peer-to-Peer Network Mesh

23 023 Model de Xarxa ZigBee ZigBee End Device (RFD or FFD) ZigBee Router (FFD) ZigBee Coordinator (FFD) Mesh Link Star Link

24 024 Capas Zigbee APPLICATION/PROFILES MCU S/W PHY LAYER MAC LAYER NETWORK/SECURTIY LAYERS APPLICATION FRAMEWORK IEEE ZigBee Alliance Platform Application ZigBee Platform Stack 802.15.4 MAC ZigBee or OEM Silicon

25 025 Solució Zigbee Freescale

26 026 Solució SoC (micro + transceptor) Freescale

27 027 Possibilitats amb ZigBee/802.15.4 APS P31 … ZDO P1 ZigBee HCS08 MC13192Z 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC ZigBee NWK Simple connexió sense fils HCS08MC13192 PHY Layer Simplified MAC HCS08MC13192 802.15.4 PHY 802.15.4 MAC 802.15.4 Stack < 2.5KB Micro S08 de baix cost Stack 32KB Micro S08GB/GT60 Stack 16KB Micro S08GB/GT60 SMAC gratuït 802.15.4 MAC gratuït Royalties sobre MC13192Z

28 028 Freescale 2,4GHz Comp. externos ComunicaciónSensibilidadPotencia de salidaAlimentaciónRango de temperaturaEncapsulado MC1319317SPI-92 dBm-27 dBm a +4 dBm2.0 a 3.4 V-40º a +85ºC32-pin QFN MC1320315SPI-92 dBm-27 dBm a +4 dBm2.0 a 3.4 V-40º a +85ºC32-pin QFN MC1321314Incluye uC S08 60KFlash -92 dBM-27 dBm a +4 dBm2.0 a 3.4 V-40º a +85ºC64-pin LGA

29 029 Texas Instruments 2,4GHz Sensibilidad recepción Potencia salida transmisión Consumo Rx/TxTipoEncapsulado CC2420-94 dBm0 dBm programable18,8mA / 17,4mATransmisorQLP48 CC2430 / 31-94 dBm0 dBm programable27mA / 27mATransmisor SoCQLP48

30 030 Aplicacions

31 031 Aplicacions

32 032 Comparació de tecnologies ZigBee (WPAN)  Estàndard 802.15.4  250 kbps  TX: 35 mA  Standby: 3 uA  Memoria entre 32-60 kB  Lighting, Sensors, RC  Perifèrics  Xarxes en Malla Bluetooth (WLAN/WPAN)  Estàndard 802.15.1  1 Mbps  TX: 40 mA  Standby: 200 uA  Memoria >100 kB  Reemplaçamet de cables en Telecom i Audio  Punt a multi-punt Wi-Fi (WLAN)  Estàndard 802.11  Fins a 54 Mbps  TX: 400+ mA  Standby: 20 mA  Memoria >100 kB  Enterprise, Home Access  Points, LAN Extension  Punt a multi-punt

33 Bluetooth

34 034 Historia i tecnologia  El vocable Bluetooth be de l’any 960: el rei de Dinamarca Harald Blatand II (traduït al anglès vol dir Harold Bluetooth), va unir i cristianitzà les tribus noruegues, daneses i sueques. El símbol de Bluetoooth és la unió de les runes nòrdiques H i B, així com Bluetooth intenta unir les tecnologies dels telèfons mòbils, ordinadors i d’altres perifèrics.  Bluetooth opera en una banda no llicenciada ISM de 2.4-2.5GHz que permet la transmissió de veu i dades, de forma ràpida i segura amb un rang fins a 10 metres amb 1 milivat, o 100 metres si es fa servir un amplificador amb 100 milivats. Pot transferir dades de forma asimètrica a 721 Kbps i simètricament a 432 Kbps.  Per transmetre veu son necessaris tres canals de 64 Kbps,  Per transmetre vídeo es necessari comprimir en format MPEG-4 i usar 340 Kbps per aconseguir refrescar 15 vegades per segon una pantalla VGA de 320x240 punts.  Bluetooth minimitza la interferència potencial al fer servir salts ràpids en freqüència (1600 vegades per segon).  Rango de conectivitat:  Clase 1 100m 1mW (0dBm) hasta 100mW (+20dBm)  Clase 2 10m 0,25mW (-6dBm) hasta 2,5mW (+4dBm)  Clase 3 0,1m 1mW (0dBm)

35 035 Arquitectura Bluetooth  Master: És el dispositiu Bluetooth que estableix i inicialitza la connexió, la sequència de control “hopping” i la temporizació dels demès dispositius colocats en el que es diu una xarxa “Piconet”.  Slave: Es el dispositiu habilitat en una Piconet. Una xarxa Piconet te un màxim de 7 esclaus.  Piconet: una xarxa fins a 8 dispusitius connectats (1 mestre + 7 esclaus).  Scatternet: xarxa formada per diferents xarxes Piconet.

36 036 Solució Bluetooth de ConnectBlue Tipus d’aprovacions:  EMC & Medical (Europe)  ETSI EN 301 489-1 V1.4.1  ETSI EN 301 489-17 V1.2.1  EN 61000-6-2  EC 60601-1-2  EMC (Canada, USA)  DIN EN ISO/IEC 17025  ANSI C63.4-2003  FCC Public Notice DA 00-705  RSS-210  RSS-Gen  Radio (Europe):  ETSI EN 300 328 V1.6.1  Radio (USA):  FCC CFR 47 Part15  Safety (world wide):  EN 60950-1:2001 / IEC 60950-1:2001  EN 60950-1/a11:2004 + Corregendum:2004

37 037 Solució Bluetooth de ST Microelectronics Moduls GS-BT2416  Bluetooth v1.2, amb Clase 1 (fins 100m) i Clase 2 (fins 10m). Interface: USB/UART/I2C/PCM/SPI/GPIO. Moduls GS-BT2416  Bluetooth v1.2, con Clase 1 (hasta 100m) y Clase 2 (hasta 10m). Interface: USB/UART/I2C/PCM/SPI/GPIO.

38 WiFi - WLAN

39 039 WiFi - WLAN  Ès un sistema de comunicació sense fils.  WLAN (Wireless Local Area Network)  S’utilitza per xarxes de PC i perifèrics:  802.11 2Mb/s @ 2.4GHz  802.11 b11Mb/s @ 2.4GHz  802.11 g55Mb/s @ 2.4GHz  802.11 a55Mb/s @ 5.7GHz  La versió mes coneguda actualment es 802.11b i es coneix amb el nom comercial de WiFi (Wireless Fidelity).  L’associació WECA s’encarrega de vigilar i certificar que els productes WiFi compleixen totes les normes i son compatible amb els dispositius comercialitzats fins aquesta data.

40 040 Solución WLAN ConnectBlue Tipus d’aprovacions ETSI EN 300 328 & 301 489 (TA EU) FCC/CFR 47, Part 15 (TA US) IC (TA Canada) EU – ENV 50081-1, ENV 50081-2 (EMC) IEC 61131-2 (Env.) IEC/EN 60950 (Safety) IEC 60601-1-2 (Medical