無(wú)線(xiàn)通信芯片，如何讓家居一鍵智能?

下班回家的路上，提前打開(kāi)家中的空調和熱水器，到家就可以直接泡澡；利用手機遠程一鍵預約時(shí)間洗衣，回到家時(shí)正好衣物洗完，不會(huì )因沒(méi)有及時(shí)晾曬產(chǎn)生異味；晚上睡覺(jué)前可以使用手機或語(yǔ)音來(lái)遙控窗簾關(guān)閉；早晨智能語(yǔ)音音箱可以播放愉悅的音樂(lè )聲將住戶(hù)喚醒...

智能家居的出現，為我們的日常生活增添了不少便利。通過(guò)對家電的遠程控制讓住戶(hù)在生活節奏越來(lái)越快的當下，進(jìn)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(shí)現的呢？哪些芯片起到主要作用？

如何實(shí)現對智能家居的遠程控制？

家居電器設備控制是指通過(guò)遠程控制或自動(dòng)化控制的方式，實(shí)現對家居電器設備的開(kāi)關(guān)、調節、監控等功能。

為實(shí)現家電的遠程控制需要先將設備連接到家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，然后令智能家居設備與云端服務(wù)器進(jìn)行數據交換，將設備的狀態(tài)、環(huán)境數據等信息實(shí)時(shí)傳輸到云端服務(wù)器上，同時(shí)也可以接收來(lái)自云端服務(wù)器的控制指令。

這樣一來(lái)，用戶(hù)就可以通過(guò)智能設備或手機 APP 查看家中的環(huán)境數據、控制家中的設備等。最后云端服務(wù)器可以對采集的環(huán)境數據進(jìn)行處理，根據用戶(hù)指令轉發(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(gè)遙控器，通過(guò)手機中的 APP 控制家電的運行。第二種是通過(guò)智能音箱或語(yǔ)音助手進(jìn)行遠程控制。

智能家居設備聯(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、藍牙芯片等。目前 WiFi 和藍牙芯片在市場(chǎng)中處于主流地位，占比超過(guò) 60%。實(shí)現語(yǔ)音控制的智能家居還需要用到語(yǔ)音識別芯片，它可以將用戶(hù)的語(yǔ)音指令轉化為文字，然后通過(guò)識別算法將這些文字轉化為可執行的指令。接收到來(lái)自云端服務(wù)器或者語(yǔ)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。

遠距離通信的 WiFi 芯片

WiFi 芯片的工作原理可以簡(jiǎn)單概括為以下幾個(gè)步驟。

首先主機設備通過(guò)主機接口將需要發(fā)送的數據傳輸到 WiFi 芯片?；鶐幚砥鲗祿M(jìn)行處理，將其轉換為無(wú)線(xiàn)信號。其次無(wú)線(xiàn)傳輸模塊將處理后的信號轉換為無(wú)線(xiàn)電波，并通過(guò)天線(xiàn)進(jìn)行發(fā)送。然后接收端的 WiFi 芯片通過(guò)天線(xiàn)接收到無(wú)線(xiàn)信號，并將其轉換為數字信號。最終接收到的數字信號由基帶處理器進(jìn)行處理，解調、解碼、錯誤校正等操作，將其轉換為可讀的數據。

WiFi 芯片產(chǎn)品分為 WiFi Station（站點(diǎn)）和 WiFi AP，WiFi Station 側重于接收，WiFi AP 側重于發(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，另一種是數傳 WiFi。WiFi MCU 用于指令傳輸，技術(shù)門(mén)檻相對較低。數傳 WiFi 作為數據傳輸，對技術(shù)的要求比 IoT WiFi 更高，研發(fā)周期也更長(cháng)。

WiFi MCU是指 WiFi 與 MCU 相結合的一種方式，能夠降低開(kāi)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 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(gè)市場(chǎng)以樂(lè )鑫科技為代表。

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

樂(lè )鑫科技與小米于 2015 年展開(kāi)合作，開(kāi)始長(cháng)期為小米的 IoT 解決方案提供 ESP8266 WiFi 芯片。2017 年，小米開(kāi)始使用樂(lè )鑫科技的 ESP32 WiFi 模組。小米的智能掃地機器人、智能空調等都使用了樂(lè )鑫科技的 IoT WiFi MCU。

數傳 WiFi是一種使用 WiFi 協(xié)議進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據傳輸的數傳模塊，專(zhuān)為遠距離無(wú)線(xiàn)通信而設計，廣泛應用于無(wú)線(xiàn)上網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)監控和遠程控制系統等應用。

在智能家居領(lǐng)域，當前主流的 WiFi 數傳芯片是 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(chǎng)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(xiàn)只有一根，也就是只能通過(guò)唯一的通道完成數據的收發(fā)。如果數據量劇增、數據量太大，或者碰到墻等物體的干擾時(shí)，網(wǎng)絡(luò )就會(huì )卡頓和信號變差。）芯片領(lǐng)域的主力是聯(lián)發(fā)科、瑞昱、愛(ài)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 數傳芯片被許多廠(chǎng)商使用，包括小米、美的等；博通集成長(cháng)期專(zhuān)注于研發(fā)設計高集成度、低能耗的無(wú)線(xiàn)數傳類(lèi)芯片產(chǎn)品和無(wú)線(xiàn)音頻類(lèi)芯片產(chǎn)品，產(chǎn)品品類(lèi)豐富。其終端客戶(hù)覆蓋美的、海爾、海信、涂鴉智能等國內知名企業(yè)。

隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶(hù)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，設計難度較高。每個(gè)連接到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )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(diǎn)，而 AP 代表無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò )的中心節點(diǎn)，一般可以把無(wú)線(xiàn)路由器理解為一個(gè) AP 點(diǎn)。由于 AP 芯片對于傳輸速率及穩定性等要求更高，因此其設計難度與技術(shù)門(mén)檻也相應更高。

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(chǎng)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(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在智能家居控制系統中，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(mén)鎖等。這些設備可以通過(guò)藍牙與手機或其他智能設備通訊，實(shí)現控制和管理。

根據藍牙傳輸標準劃分，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(wú)線(xiàn)耳機、智能音箱、車(chē)載音箱等音頻傳輸設備。BLE 芯片具有低功耗、低成本和簡(jiǎn)單連接等特點(diǎn)，非常適合于智能家居設備的無(wú)線(xiàn)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)現和連接。

在廠(chǎng)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(chǎng)商集中于低端 BLE 市場(chǎng)，大多版本在 4.2 及以下，近兩年才開(kāi)始轉型布局 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，少數廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)具有藍牙 mesh 和室內定位等功能的單模藍牙透傳芯片。在 2016 年以后才陸續研發(fā)高端 BLE，近兩年有部分 BLE 藍牙芯片 5.0 產(chǎn)品已穩定出貨。

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(lǐng)域，2018 年其營(yíng)收規模分別位居中國 BLE 芯片市場(chǎng)第一名、全球 BLE 芯片市場(chǎng)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合中國市場(chǎng)的需求。如今已經(jīng)能夠開(kāi)發(fā)功耗極低，連接穩定性高的 BLE 芯片，并且能有效控制成本并與下游應用廠(chǎng)商緊密合作，從而在市場(chǎng)中占有一席之地。

不過(guò)需要注意的是，利用藍牙進(jìn)行控制家電的傳輸距離一般都在 10 米內。如果想要遠程控制，那么必然就需要近距離有一個(gè)「適配器」來(lái)接受藍牙信號，并再通過(guò)寬帶網(wǎng)絡(luò )連接進(jìn)行傳輸。這也意味著(zhù)，利用藍牙進(jìn)行控制適用于近距離的無(wú)線(xiàn)通信，比如用戶(hù)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(yǔ)音識別芯片

語(yǔ)音技術(shù)也是一種無(wú)須接觸，通過(guò)遠程操控家電的技術(shù)。

通過(guò)語(yǔ)音識別技術(shù)，用戶(hù)可以讓智能家居系統聽(tīng)懂我們的語(yǔ)音指令，從而實(shí)現智能化控制。比如用戶(hù)只需要通過(guò)說(shuō)話(huà)就可以達到對智能音箱的控制，包括音樂(lè )播放、新聞資訊獲取、定時(shí)提醒等功能，或者用戶(hù)可以通過(guò)語(yǔ)音來(lái)控制電視機搜索節目、調整音量、切換頻道等，提升觀(guān)看體驗。

百度是國內較早布局語(yǔ)音技術(shù)的企業(yè)之一，其語(yǔ)音識別技術(shù)廣泛應用于各類(lèi)產(chǎn)品和服務(wù)中。此外，科大訊飛作為國內領(lǐng)先的智能語(yǔ)音技術(shù)提供商，其語(yǔ)音識別芯片在智能家居、車(chē)載、移動(dòng)終端等多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應用。

云知聲專(zhuān)注于語(yǔ)音識別及語(yǔ)音處理技術(shù)的研發(fā)和應用，其語(yǔ)音識別芯片被廣泛應用于智能家居、車(chē)載、機器人等多個(gè)領(lǐng)域。阿里云語(yǔ)音識別芯片具有高準確率、低延遲、高穩定性等特點(diǎn)，適用于智能客服、智能家居、車(chē)載導航等領(lǐng)域。啟英泰倫自成立以來(lái)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(lǐng)域。

不過(guò)語(yǔ)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(yǔ)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。

主控芯片是數據處理的核心

主控芯片會(huì )根據指令進(jìn)行相應的處理，并發(fā)送控制信號給相應的執行器或傳感器，以實(shí)現用戶(hù)的需求。因此眾多有實(shí)力的國產(chǎn)公司正競相開(kāi)發(fā)針對特定應用場(chǎng)景的 AIoT SoC。在智能音箱這個(gè)應用領(lǐng)域，國產(chǎn) SoC 的市場(chǎng)份額已經(jīng)相對較高，市場(chǎng)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(chǎng)的絕對領(lǐng)先地位。最近三年來(lái)，晶晨股份的出貨量正在高速增長(cháng)。

綜合來(lái)看，目前 AIoT SoC 芯片市場(chǎng)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(hù)、400 余個(gè)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(lǐng)域發(fā)光發(fā)亮。