無線通信芯片，如何讓家居一鍵智能?

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(shí)間洗衣，回到家時(shí)正好衣物洗完，不會(huì)因沒有及時(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)化控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器上，同時(shí)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(duì)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(gè)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?shù)?WiFi 芯片?；鶐幚砥鲗?duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)。其次無線傳輸模塊將處理后的信號(hào)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(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。最終接收到的數(shù)字信號(hào)由基帶處理器進(jìn)行處理，解調(diào)、解碼、錯(cuò)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(duì)較低。數(shù)傳 WiFi 作為數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)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(shí)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(gè)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?shù)臄?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(shí)覆蓋 2.4G 和 5.8G 兩個(gè)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(shí)，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)卡頓和信號(hào)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(duì)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(gè)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(gè) AP 點(diǎn)。由于 AP 芯片對(duì)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(gè)「適配器」來接受藍(lán)牙信號(hào)，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(shí)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(shí)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(duì)智能音箱的控制，包括音樂播放、新聞資訊獲取、定時(shí)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(shí)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(shí)別芯片在智能家居、車載、移動(dòng)終端等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

云知聲專注于語音識(shí)別及語音處理技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，其語音識(shí)別芯片被廣泛應(yīng)用于智能家居、車載、機(jī)器人等多個(gè)領(lǐng)域。阿里云語音識(shí)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(duì)人機(jī)交互有大量需求的領(lǐng)域。

不過語音識(shí)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(shí)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(huì)根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的處理，并發(fā)送控制信號(hào)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(duì)特定應(yīng)用場景的 AIoT SoC。在智能音箱這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，國產(chǎn) SoC 的市場份額已經(jīng)相對(duì)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(duì)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(duì)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(gè)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。