基于TI無線MCU芯片的無線麥克風解決方案

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(yè)蓬勃發(fā)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(fā)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(fā)射器通過空氣發(fā)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(tǒng)發(fā)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(tǒng)上。 隨著音質和可靠性的持續(xù)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(yōu)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(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。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(yōu)點及中國地區(qū)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(yōu)點及中國地區(qū)相關無線ISM頻段介紹

這里我們先引用一個Friis傳輸公式。

這是一個表征自由空間的無線信號傳輸公式?？梢院唵蔚目闯?，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(tǒng)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(guī)ISM（Industrial Scientific Medical）頻段都不相同。所以對于不同國家地區(qū)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。具體信息，請參考工信部原文。微功率短距離無線電發(fā)射設備目錄和技術要求

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。

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。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議的芯片?；谀壳爱a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的配置和性能:

開箱演示:

- 點到點的單向網絡?？梢詫崿F一到多的傳輸。

- 音頻質量

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

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(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

具體演示和介紹可以參考培訓視頻。也可以參見e2eChina。

審核編輯：湯梓紅