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；利用手機遠程一鍵預約時間洗衣，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或語音來遙控窗簾關閉；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。通過對家電的遠程控制讓住戶在生活節(jié)奏越來越快的當下，進一步提升生活品質(zhì)。

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

如何實現(xiàn)對智能家居的遠程控制？

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

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

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

當下主流的遠程控制方式主要分為兩種：第一種是手機作為一個遙控器，通過手機中的APP控制家電的運行。第二種是通過智能音箱或語音助手進行遠程控制。

智能家居設備聯(lián)網(wǎng)的關鍵在于通信組網(wǎng)技術(shù)，用到的通信芯片有WiFi芯片、NB-IoT（蜂窩網(wǎng)絡）芯片、藍牙芯片等。目前WiFi和藍牙芯片在市場中處于主流地位，占比超過60%。實現(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器或者語音識別芯片處理后的控制指令后進行工作的便是主控芯片MCU、SoC等。

遠距離通信的WiFi芯片

WiFi芯片的工作原理可以簡單概括為以下幾個步驟。

首先主機設備通過主機接口將需要發(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）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，其主要應用于智能家居中的家用電器設備、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)議進行無線數(shù)據(jù)傳輸的數(shù)傳模塊，專為遠距離無線通信而設計，廣泛應用于無線上網(wǎng)、無線監(jiān)控和遠程控制系統(tǒng)等應用。

在智能家居領域，當前主流的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)絡就會卡頓和信號變差。）芯片領域的主力是聯(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)設計高集成度、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，設計難度較高。每個連接到無線網(wǎng)絡的終端（如手機、筆電及其它可以聯(lián)網(wǎng)的設備）都可作為站點，而 AP 代表無線接入點，是網(wǎng)絡的中心節(jié)點，一般可以把無線路由器理解為一個 AP 點。由于 AP 芯片對于傳輸速率及穩(wěn)定性等要求更高，因此其設計難度與技術(shù)門檻也相應更高。

在WiFi 5 2×2芯片領域，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。再看藍牙芯片。

中短距離通信的藍牙芯片

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

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

在廠商方面，中國藍牙芯片行業(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牙芯片初創(chuàng)企業(yè)。

中國本土藍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，但主要還是應用在藍牙音頻上的雙模低功耗藍牙芯片，少數(shù)廠商開發(fā)具有藍牙 mesh 和室內(nèi)定位等功能的單模藍牙透傳芯片。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)第一代低功耗藍牙芯片，2016 推出多模低功耗藍牙芯片。

泰凌微的低功耗芯片主要用于智能照明和可穿戴設備領域，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，利用藍牙進行控制家電的傳輸距離一般都在10米內(nèi)。如果想要遠程控制，那么必然就需要近距離有一個“適配器”來接受藍牙信號，并再通過寬帶網(wǎng)絡連接進行傳輸。這也意味著，利用藍牙進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，從而實現(xiàn)智能化控制。比如用戶只需要通過說話就可以達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搜索節(jié)目、調(diào)整音量、切換頻道等，提升觀看體驗。

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)廣泛應用于各類產(chǎn)品和服務中。此外，科大訊飛作為國內(nèi)領先的智能語音技術(shù)提供商，其語音識別芯片在智能家居、車載、移動終端等多個領域都有廣泛應用。

云知聲專注于語音識別及語音處理技術(shù)的研發(fā)和應用，其語音識別芯片被廣泛應用于智能家居、車載、機器人等多個領域。阿里云語音識別芯片具有高準確率、低延遲、高穩(wěn)定性等特點，適用于智能客服、智能家居、車載導航等領域。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，可廣泛應用于智能家電、智能家居等對人機交互有大量需求的領域。

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

不管是WiFi通信還是藍牙芯片再或者是語音識別芯片，這些芯片得到相應指令后，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)指令進行相應的處理，并發(fā)送控制信號給相應的執(zhí)行器或傳感器，以實現(xiàn)用戶的需求。因此眾多有實力的國產(chǎn)公司正競相開發(fā)針對特定應用場景的AIoT SoC。在智能音箱這個應用領域，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領域性能最強的芯片，直接對標高通的QCS8250，這兩款芯片都是面向AIoT應用的通用型SoC，性能接近。2022年這款產(chǎn)品已經(jīng)得到200余家客戶、400余個項目的采用，為2023年打下了良好的基礎。

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