作者：Albin Zhang

進(jìn)入智能時(shí)代以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、新概念教育/會(huì)議、直播經(jīng)濟(jì)等產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，使用者對(duì)于麥克風(fēng)的需求越來越多樣。特別是對(duì)于麥克風(fēng)的話音質(zhì)量、便攜性、通信距離、待機(jī)和使用時(shí)間、用戶體驗(yàn)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(fā)出的無線麥克風(fēng)解決方案。

??????? 無線麥克風(fēng)將麥克風(fēng)產(chǎn)生的音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線電信號(hào)，無線電信號(hào)由發(fā)射器通過空氣發(fā)送到接收器。 接收器將無線電信號(hào)轉(zhuǎn)換回音頻信號(hào)，然后通過音響系統(tǒng)發(fā)送。 它們消除了對(duì)電纜的需求，因此您不再被束縛在音響系統(tǒng)上。 隨著音質(zhì)和可靠性的持續(xù)技術(shù)進(jìn)步和改進(jìn)，無線麥克風(fēng)比以往任何時(shí)候都更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，更受歡迎。 市場(chǎng)潛力非常大。

??????? 無線麥克風(fēng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是便攜性。但是，在有一些場(chǎng)景下，對(duì)于無線麥克風(fēng)通信距離和抗干擾性要求很高，比如大型會(huì)議室、大型教室、演唱會(huì)現(xiàn)場(chǎng)等，另外，隨著WiFi，藍(lán)牙，zigbee等工作在2.4GHz頻段設(shè)備的布置和使用越來越廣泛，對(duì)于無線麥克風(fēng)的頻段規(guī)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(diǎn)。本文也會(huì)著重介紹TI提供的基于CC131x的單芯片Sub-1G解決方案。

本文會(huì)涉及：

1. Sub-1G頻段的優(yōu)點(diǎn)及中國(guó)地區(qū)相關(guān)無線ISM頻段介紹
2. TI無線Audio/Voice Plugin的介紹
3. 基于CC1312的低延遲高音質(zhì)解決方案

Sub-1G頻段的優(yōu)點(diǎn)及中國(guó)地區(qū)相關(guān)無線ISM頻段介紹

這里我們先引用一個(gè)Friis傳輸公式。

這是一個(gè)表征自由空間的無線信號(hào)傳輸公式?？梢院?jiǎn)單的看出，在其他參數(shù)不變的情況下，接收端的接收信號(hào)強(qiáng)度和波長(zhǎng)的平方成正比，也就是說，使用更低的頻段（也就是波長(zhǎng)更長(zhǎng)），可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。另外，在一個(gè)真實(shí)非理想場(chǎng)景下，更長(zhǎng)的波長(zhǎng)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(shì)必對(duì)于接收機(jī)的解調(diào)信噪比提出了更高的要求。2.4GHz頻段由于wifi,藍(lán)牙等設(shè)備的普及，空間噪聲電平越來越高。這樣勢(shì)必大大影響了工作在2.4GHz頻段的無線麥克風(fēng)設(shè)備的實(shí)得接收機(jī)靈敏度。簡(jiǎn)單說，就是通信距離變短。目前在Sub-1G頻段，特別是在民用領(lǐng)域設(shè)備還很有限，統(tǒng)計(jì)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(zhǎng)比較長(zhǎng)，在相同性能情況下，天線的尺寸會(huì)大于2.4GHz頻段，這樣對(duì)于有些小型化設(shè)備來說還是比較受限。第二，對(duì)于Sub-1G頻段每個(gè)國(guó)家的合規(guī)ISM（Industrial Scientific Medical）頻段都不相同。所以對(duì)于不同國(guó)家地區(qū)需要設(shè)計(jì)調(diào)試不同的產(chǎn)品。

下面是中國(guó)開放給無線麥克風(fēng)的頻段。具體信息，請(qǐng)參考工信部原文。微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備目錄和技術(shù)要求

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TI無線Audio/Voice Plugin

下圖是無線麥克風(fēng)的簡(jiǎn)略框圖。一個(gè)無線麥克風(fēng)由基礎(chǔ)的電源、信號(hào)傳輸、編解碼等部分構(gòu)成。

關(guān)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(shè)備進(jìn)行傳輸。SimpleLink Audio Plugin 可以工作在TI不同的基于不同通信協(xié)議之上，比如WiFi， 低功耗藍(lán)牙，或者私有無線模式。下圖就是軟件基本框圖。SDK可以在這里下載。

上圖中綠色框圖部分的芯片可以是支持不同協(xié)議的芯片?；谀壳爱a(chǎn)品，推薦物料如下：

BLE:?CC2640R2F,?CC2642R,?CC2652R

2.4GHz:?CC8520

WiFi:?CC3220S,?CC3235S,

Sub-1G:?CC1310,?CC1312R,?CC1311R3

如下是音頻插件里開箱默認(rèn)的配置和性能:

?

開箱演示:

???? - 點(diǎn)到點(diǎn)的單向網(wǎng)絡(luò)。可以實(shí)現(xiàn)一到多的傳輸。

???? - 音頻質(zhì)量

????????? sample rate: 16kHz

????????? bit depth: 16 bits

????????? MONO mode

????????? compresion: OPUS (bit rate: 24kHz, complexity: 3)

???? - 射頻配置

????????? frequency: 868 MHz （EU band）

????????? symbol rate: 50 kBaud

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基于CC1312的低延遲高音質(zhì)解決方案

在TI標(biāo)準(zhǔn)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(jié)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(chǎng)景當(dāng)中，為了更好的體驗(yàn)，需要無線麥克風(fēng)具有端到端低延遲的特性。一般的語音要求在10mS之內(nèi)。TI也提供了一套不經(jīng)過壓縮直接傳輸?shù)姆桨浮?/p>

性能如下：

音頻質(zhì)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

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具體演示和介紹可以參考培訓(xùn)視頻。也可以參見e2eChina。