無線通信芯片，如何讓家居一鍵智能？

作者：豐寧

下班回家的路上，提前打開家中的空調(diào)和熱水器，到家就可以直接泡澡；利用手機(jī)遠(yuǎn)程一鍵預(yù)約時間洗衣，回到家時正好衣物洗完，不會因沒有及時晾曬產(chǎn)生異味；晚上睡覺前可以使用手機(jī)或語音來遙控窗簾關(guān)閉；早晨智能語音音箱可以播放愉悅的音樂聲將住戶喚醒...

智能家居的出現(xiàn)，為我們的日常生活增添了不少便利。通過對家電的遠(yuǎn)程控制讓住戶在生活節(jié)奏越來越快的當(dāng)下，進(jìn)一步提升生活品質(zhì)。

那么，對這些智能家居的遠(yuǎn)程控制是如何實(shí)現(xiàn)的呢？哪些芯片起到主要作用？

如何實(shí)現(xiàn)對智能家居的遠(yuǎn)程控制？

家居電器設(shè)備控制是指通過遠(yuǎn)程控制或自動化控制的方式，實(shí)現(xiàn)對家居電器設(shè)備的開關(guān)、調(diào)節(jié)、監(jiān)控等功能。

為實(shí)現(xiàn)家電的遠(yuǎn)程控制需要先將設(shè)備連接到家庭無線網(wǎng)絡(luò)，然后令智能家居設(shè)備與云端服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將設(shè)備的狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)等信息實(shí)時傳輸?shù)皆贫朔?wù)器上，同時也可以接收來自云端服務(wù)器的控制指令。

這樣一來，用戶就可以通過智能設(shè)備或手機(jī)APP查看家中的環(huán)境數(shù)據(jù)、控制家中的設(shè)備等。最后云端服務(wù)器可以對采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)用戶指令轉(zhuǎn)發(fā)控制指令到相應(yīng)的智能家居設(shè)備上。

當(dāng)下主流的遠(yuǎn)程控制方式主要分為兩種：第一種是手機(jī)作為一個遙控器，通過手機(jī)中的APP控制家電的運(yùn)行。第二種是通過智能音箱或語音助手進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

智能家居設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵在于通信組網(wǎng)技術(shù)，用到的通信芯片有WiFi芯片、NB-IoT（蜂窩網(wǎng)絡(luò)）芯片、藍(lán)牙芯片等。目前WiFi和藍(lán)牙芯片在市場中處于主流地位，占比超過60%。實(shí)現(xiàn)語音控制的智能家居還需要用到語音識別芯片，它可以將用戶的語音指令轉(zhuǎn)化為文字，然后通過識別算法將這些文字轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的指令。接收到來自云端服務(wù)器或者語音識別芯片處理后的控制指令后進(jìn)行工作的便是主控芯片MCU、SoC等。

遠(yuǎn)距離通信的WiFi芯片

WiFi芯片的工作原理可以簡單概括為以下幾個步驟。

首先主機(jī)設(shè)備通過主機(jī)接口將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸到WiFi芯片。基帶處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為無線信號。其次無線傳輸模塊將處理后的信號轉(zhuǎn)換為無線電波，并通過天線進(jìn)行發(fā)送。然后接收端的WiFi芯片通過天線接收到無線信號，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。最終接收到的數(shù)字信號由基帶處理器進(jìn)行處理，解調(diào)、解碼、錯誤校正等操作，將其轉(zhuǎn)換為可讀的數(shù)據(jù)。

WiFi芯片產(chǎn)品分為WiFi Station（站點(diǎn)）和WiFi AP，WiFi Station側(cè)重于接收，WiFi AP側(cè)重于發(fā)射。WiFi AP的技術(shù)難度和協(xié)議復(fù)雜度高于WiFi Station。

WiFi Station

WiFi Station分為兩種，一種是WiFi MCU，另一種是數(shù)傳WiFi。WiFi MCU用于指令傳輸，技術(shù)門檻相對較低。數(shù)傳WiFi作為數(shù)據(jù)傳輸，對技術(shù)的要求比IoT WiFi更高，研發(fā)周期也更長。

WiFi MCU是指WiFi與MCU相結(jié)合的一種方式，能夠降低開發(fā)難度和生產(chǎn)成本，功耗低，同時減少芯片的面積。它不同于以高通為代表的手機(jī)WiFi芯片AP SoC+RF，也不同于以聯(lián)發(fā)科為代表的Network Processor WiFi路由器芯片，其主要應(yīng)用于智能家居中的家用電器設(shè)備、家庭物聯(lián)網(wǎng)配件（例如電燈和插座）、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等，這個市場以樂鑫科技為代表。

IoT WiFi MCU市場以2.4G WiFi 4為主，博通集成和樂鑫科技占據(jù)了80%的份額，其次是博流智能、南方硅谷、翱捷科技。

樂鑫科技與小米于2015年展開合作，開始長期為小米的IoT解決方案提供ESP8266 WiFi芯片。2017年，小米開始使用樂鑫科技的ESP32 WiFi模組。小米的智能掃地機(jī)器人、智能空調(diào)等都使用了樂鑫科技的IoT WiFi MCU。

數(shù)傳WiFi

是一種使用WiFi協(xié)議進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸的數(shù)傳模塊，專為遠(yuǎn)距離無線通信而設(shè)計(jì)，廣泛應(yīng)用于無線上網(wǎng)、無線監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等應(yīng)用。

在智能家居領(lǐng)域，當(dāng)前主流的WiFi數(shù)傳芯片是WiFi 4和WiFi 5。WiFi 4只支持2.4G頻段，WiFi 5只支持5G頻段，WiFi 6同時覆蓋2.4G和5.8G兩個頻段。

在2.4G WiFi 4/6芯片領(lǐng)域的主要廠商包括高拓、瑞昱、博通集成、博流、南方硅谷、翱捷科技。2.4/5.8G WiFi 6 1×1（1×1是指和WiFi連接相關(guān)的天線只有一根，也就是只能通過唯一的通道完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。如果數(shù)據(jù)量劇增、數(shù)據(jù)量太大，或者碰到墻等物體的干擾時，網(wǎng)絡(luò)就會卡頓和信號變差。）芯片領(lǐng)域的主力是聯(lián)發(fā)科、瑞昱、愛科微、物奇微和希微科技；WiFi7 1×1&2×2芯片的主要競爭者是高通、博通和聯(lián)發(fā)科。其中翱捷科技的WiFi數(shù)傳芯片被許多廠商使用，包括小米、美的等；博通集成長期專注于研發(fā)設(shè)計(jì)高集成度、低能耗的無線數(shù)傳類芯片產(chǎn)品和無線音頻類芯片產(chǎn)品，產(chǎn)品品類豐富。其終端客戶覆蓋美的、海爾、海信、涂鴉智能等國內(nèi)知名企業(yè)。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶對更高性能網(wǎng)絡(luò)的需求，WiFi 6也正在逐漸成為主流。

WiFi AP

WiFi AP 芯片有別于WiFi Station，設(shè)計(jì)難度較高。每個連接到無線網(wǎng)絡(luò)的終端（如手機(jī)、筆電及其它可以聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備）都可作為站點(diǎn)，而 AP 代表無線接入點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，一般可以把無線路由器理解為一個 AP 點(diǎn)。由于 AP 芯片對于傳輸速率及穩(wěn)定性等要求更高，因此其設(shè)計(jì)難度與技術(shù)門檻也相應(yīng)更高。

在WiFi 5 2×2芯片領(lǐng)域，聯(lián)發(fā)科和瑞昱是主流，矽昌和創(chuàng)耀都有出貨。WiFi 6 2×2&4×4芯片，廠家有高通、博通、聯(lián)發(fā)科和瑞昱，聯(lián)發(fā)科市占率最高。WiFi7 2×2&4×4芯片的主要參與者為高通、博通和聯(lián)發(fā)科。再看藍(lán)牙芯片。

中短距離通信的藍(lán)牙芯片

藍(lán)牙是一種無線通信技術(shù)，在智能家居控制系統(tǒng)中，藍(lán)牙芯片可以用于智能家居設(shè)備的通訊，例如智能燈泡、智能插座、智能門鎖等。這些設(shè)備可以通過藍(lán)牙與手機(jī)或其他智能設(shè)備通訊，實(shí)現(xiàn)控制和管理。

根據(jù)藍(lán)牙傳輸標(biāo)準(zhǔn)劃分，藍(lán)牙芯片可分為經(jīng)典藍(lán)牙芯片及 BLE（低功耗藍(lán)牙）。經(jīng)典藍(lán)牙芯片支持音頻傳輸，常應(yīng)用于無線耳機(jī)、智能音箱、車載音箱等音頻傳輸設(shè)備。BLE 芯片具有低功耗、低成本和簡單連接等特點(diǎn)，非常適合于智能家居設(shè)備的無線通信。此外，BLE芯片還支持廣播和掃描功能，方便設(shè)備間的相互發(fā)現(xiàn)和連接。

在廠商方面，中國藍(lán)牙芯片行業(yè)參與者可分為三種：以 Nordic、Dialog、TI 為典型代表的海外企業(yè)、以博通集成、杰理科技為代表的傳統(tǒng)集成電路企業(yè)、以泰凌微、桃芯科技為代表的藍(lán)牙芯片初創(chuàng)企業(yè)。

中國本土藍(lán)牙芯片廠商集中于低端 BLE 市場，大多版本在 4.2 及以下，近兩年才開始轉(zhuǎn)型布局 BLE 5.0 及以上，但主要還是應(yīng)用在藍(lán)牙音頻上的雙模低功耗藍(lán)牙芯片，少數(shù)廠商開發(fā)具有藍(lán)牙 mesh 和室內(nèi)定位等功能的單模藍(lán)牙透傳芯片。在 2016 年以后才陸續(xù)研發(fā)高端 BLE，近兩年有部分 BLE 藍(lán)牙芯片 5.0 產(chǎn)品已穩(wěn)定出貨。泰凌微為中國首家 BLE 公司，于 2014 年量產(chǎn)第一代低功耗藍(lán)牙芯片，2016 推出多模低功耗藍(lán)牙芯片。

泰凌微的低功耗芯片主要用于智能照明和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，2018 年其營收規(guī)模分別位居中國 BLE 芯片市場第一名、全球 BLE 芯片市場第四名。

此外，富瑞坤、上海巨微、奉加微、聯(lián)睿微、杰理科技等公司也在結(jié)合中國市場的需求。如今已經(jīng)能夠開發(fā)功耗極低，連接穩(wěn)定性高的 BLE 芯片，并且能有效控制成本并與下游應(yīng)用廠商緊密合作，從而在市場中占有一席之地。

不過需要注意的是，利用藍(lán)牙進(jìn)行控制家電的傳輸距離一般都在10米內(nèi)。如果想要遠(yuǎn)程控制，那么必然就需要近距離有一個“適配器”來接受藍(lán)牙信號，并再通過寬帶網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行傳輸。這也意味著，利用藍(lán)牙進(jìn)行控制適用于近距離的無線通信，比如用戶躺在臥室的床上就可以關(guān)閉客廳的燈具。

近距離通信的語音識別芯片

語音技術(shù)也是一種無須接觸，通過遠(yuǎn)程操控家電的技術(shù)。

通過語音識別技術(shù)，用戶可以讓智能家居系統(tǒng)聽懂我們的語音指令，從而實(shí)現(xiàn)智能化控制。比如用戶只需要通過說話就可以達(dá)到對智能音箱的控制，包括音樂播放、新聞資訊獲取、定時提醒等功能，或者用戶可以通過語音來控制電視機(jī)搜索節(jié)目、調(diào)整音量、切換頻道等，提升觀看體驗(yàn)。

百度是國內(nèi)較早布局語音技術(shù)的企業(yè)之一，其語音識別技術(shù)廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品和服務(wù)中。此外，科大訊飛作為國內(nèi)領(lǐng)先的智能語音技術(shù)提供商，其語音識別芯片在智能家居、車載、移動終端等多個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

云知聲專注于語音識別及語音處理技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，其語音識別芯片被廣泛應(yīng)用于智能家居、車載、機(jī)器人等多個領(lǐng)域。阿里云語音識別芯片具有高準(zhǔn)確率、低延遲、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)，適用于智能客服、智能家居、車載導(dǎo)航等領(lǐng)域。啟英泰倫自成立以來相繼推出了CI100X、CI110X、CI130X、CI131X和CI230X三代系列產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于智能家電、智能家居等對人機(jī)交互有大量需求的領(lǐng)域。

不過語音識別技術(shù)也是一種短距離通信技術(shù)，接收信息的準(zhǔn)確性受到指令聲音大小的限制。

不管是WiFi通信還是藍(lán)牙芯片再或者是語音識別芯片，這些芯片得到相應(yīng)指令后，還需要主控芯片發(fā)揮主要作用。

主控芯片是數(shù)據(jù)處理的核心

主控芯片會根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的處理，并發(fā)送控制信號給相應(yīng)的執(zhí)行器或傳感器，以實(shí)現(xiàn)用戶的需求。因此眾多有實(shí)力的國產(chǎn)公司正競相開發(fā)針對特定應(yīng)用場景的AIoT SoC。在智能音箱這個應(yīng)用領(lǐng)域，國產(chǎn)SoC的市場份額已經(jīng)相對較高，市場參與者包括全志科技、晶晨股份、炬芯、瑞芯微、杰理科技等。

智能電視和機(jī)頂盒是智能家居另一交互入口，SoC國產(chǎn)化程度也較高。智能電視SoC的第三方供應(yīng)商主要有聯(lián)發(fā)科、晶晨、海思、聯(lián)詠、瑞昱等。其中，聯(lián)發(fā)科在收購晨星后始終處于市場的絕對領(lǐng)先地位。最近三年來，晶晨股份的出貨量正在高速增長。

綜合來看，目前AIoT SoC芯片市場的龍頭企業(yè)是瑞芯微，其2022年量產(chǎn)的RK3588是目前國產(chǎn)AIoT領(lǐng)域性能最強(qiáng)的芯片，直接對標(biāo)高通的QCS8250，這兩款芯片都是面向AIoT應(yīng)用的通用型SoC，性能接近。2022年這款產(chǎn)品已經(jīng)得到200余家客戶、400余個項(xiàng)目的采用，為2023年打下了良好的基礎(chǔ)。

此外的恒玄科技、晶晨股份、全志科技等公司也在不同細(xì)分領(lǐng)域發(fā)光發(fā)亮。