无线通信芯片，如何让家居一键智能?

sunsili

无线通信芯片，如何让家居一键智能?


下班回家的路上，提前打开家中的空调和热水器，到家就可以直接泡澡；利用手机远程一键预约时间洗衣，回到家时正好衣物洗完，不会因没有及时晾晒产生异味；晚上睡觉前可以使用手机或语音来遥控窗帘关闭；早晨智能语音音箱可以播放愉悦的音乐声将住户唤醒...

智能家居的出现，为我们的日常生活增添了不少便利。通过对家电的远程控制让住户在生活节奏越来越快的当下，进一步提升生活品质。
那么，对这些智能家居的远程控制是如何实现的呢？哪些芯片起到主要作用？

01 如何实现对智能家居的远程控制？

家居电器设备控制是指通过远程控制或自动化控制的方式，实现对家居电器设备的开关、调节、监控等功能。
为实现家电的远程控制需要先将设备连接到家庭无线网络，然后令智能家居设备与云端服务器进行数据交换，将设备的状态、环境数据等信息实时传输到云端服务器上，同时也可以接收来自云端服务器的控制指令。

这样一来，用户就可以通过智能设备或手机APP查看家中的环境数据、控制家中的设备等。最后云端服务器可以对采集的环境数据进行处理，根据用户指令转发控制指令到相应的智能家居设备上。

当下主流的远程控制方式主要分为两种：第一种是手机作为一个遥控器，通过手机中的APP控制家电的运行。第二种是通过智能音箱或语音助手进行远程控制。

智能家居设备联网的关键在于通信组网技术，用到的通信芯片有WiFi芯片、NB-IoT（蜂窝网络）芯片、蓝牙芯片等。目前WiFi和蓝牙芯片在市场中处于主流地位，占比超过60%。实现语音控制的智能家居还需要用到语音识别芯片，它可以将用户的语音指令转化为文字，然后通过识别算法将这些文字转化为可执行的指令。接收到来自云端服务器或者语音识别芯片处理后的控制指令后进行工作的便是主控芯片MCU、SoC等。

02 远距离通信的WiFi芯片

WiFi芯片的工作原理可以简单概括为以下几个步骤。

首先主机设备通过主机接口将需要发送的数据传输到WiFi芯片。基带处理器对数据进行处理，将其转换为无线信号。其次无线传输模块将处理后的信号转换为无线电波，并通过天线进行发送。然后接收端的WiFi芯片通过天线接收到无线信号，并将其转换为数字信号。最终接收到的数字信号由基带处理器进行处理，解调、解码、错误校正等操作，将其转换为可读的数据。

WiFi芯片产品分为WiFi Station（站点）和WiFi AP，WiFi Station侧重于接收，WiFi AP侧重于发射。WiFi AP的技术难度和协议复杂度高于WiFi Station。

WiFi Station

WiFi Station分为两种，一种是WiFi MCU，另一种是数传WiFi。WiFi MCU用于指令传输，技术门槛相对较低。数传WiFi作为数据传输，对技术的要求比IoT WiFi更高，研发周期也更长。

WiFi MCU是指WiFi与MCU相结合的一种方式，能够降低开发难度和生产成本，功耗低，同时减少芯片的面积。它不同于以高通为代表的手机WiFi芯片AP SoC+RF，也不同于以联发科为代表的Network Processor WiFi路由器芯片，其主要应用于智能家居中的家用电器设备、家庭物联网配件（例如电灯和插座）、工业物联网等，这个市场以乐鑫科技为代表。

IoT WiFi MCU市场以2.4G WiFi 4为主，博通集成和乐鑫科技占据了80%的份额，其次是博流智能、南方硅谷、翱捷科技。

乐鑫科技与小米于2015年展开合作，开始长期为小米的IoT解决方案提供ESP8266 WiFi芯片。2017年，小米开始使用乐鑫科技的ESP32 WiFi模组。小米的智能扫地机器人、智能空调等都使用了乐鑫科技的IoT WiFi MCU。

数传WiFi是一种使用WiFi协议进行无线数据传输的数传模块，专为远距离无线通信而设计，广泛应用于无线上网、无线监控和远程控制系统等应用。

在智能家居领域，当前主流的WiFi数传芯片是WiFi 4和WiFi 5。WiFi 4只支持2.4G频段，WiFi 5只支持5G频段，WiFi 6同时覆盖2.4G和5.8G两个频段。

在2.4G WiFi 4/6芯片领域的主要厂商包括高拓、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连接相关的天线只有一根，也就是只能通过唯一的通道完成数据的收发。如果数据量剧增、数据量太大，或者碰到墙等物体的干扰时，网络就会卡顿和信号变差。）芯片领域的主力是联发科、瑞昱、爱科微、物奇微和希微科技；WiFi7 1×1&2×2芯片的主要竞争者是高通、博通和联发科。

其中翱捷科技的WiFi数传芯片被许多厂商使用，包括小米、美的等；博通集成长期专注于研发设计高集成度、低能耗的无线数传类芯片产品和无线音频类芯片产品，产品品类丰富。其终端客户覆盖美的、海尔、海信、涂鸦智能等国内知名企业。

随着技术的不断发展和用户对更高性能网络的需求，WiFi 6也正在逐渐成为主流。

WiFi AP

WiFi AP 芯片有别于WiFi Station，设计难度较高。每个连接到无线网络的终端（如手机、笔电及其它可以联网的设备）都可作为站点，而 AP 代表无线接入点，是网络的中心节点，一般可以把无线路由器理解为一个 AP 点。由于 AP 芯片对于传输速率及稳定性等要求更高，因此其设计难度与技术门槛也相应更高。

在WiFi 5 2×2芯片领域，联发科和瑞昱是主流，矽昌和创耀都有出货。WiFi 6 2×2&4×4芯片，厂家有高通、博通、联发科和瑞昱，联发科市占率最高。WiFi7 2×2&4×4芯片的主要参与者为高通、博通和联发科。
再看蓝牙芯片。

03 中短距离通信的蓝牙芯片

蓝牙是一种无线通信技术，在智能家居控制系统中，蓝牙芯片可以用于智能家居设备的通讯，例如智能灯泡、智能插座、智能门锁等。这些设备可以通过蓝牙与手机或其他智能设备通讯，实现控制和管理。

根据蓝牙传输标准划分，蓝牙芯片可分为经典蓝牙芯片及 BLE（低功耗蓝牙）。经典蓝牙芯片支持音频传输，常应用于无线耳机、智能音箱、车载音箱等音频传输设备。BLE 芯片具有低功耗、低成本和简单连接等特点，非常适合于智能家居设备的无线通信。此外，BLE芯片还支持广播和扫描功能，方便设备间的相互发现和连接。

在厂商方面，中国蓝牙芯片行业参与者可分为三种：以 Nordic、Dialog、TI 为典型代表的海外企业、以博通集成、杰理科技为代表的传统集成电路企业、以泰凌微、桃芯科技为代表的蓝牙芯片初创企业。


中国本土蓝牙芯片厂商集中于低端 BLE 市场，大多版本在 4.2 及以下，近两年才开始转型布局 BLE 5.0 及以上，但主要还是应用在蓝牙音频上的双模低功耗蓝牙芯片，少数厂商开发具有蓝牙 mesh 和室内定位等功能的单模蓝牙透传芯片。在 2016 年以后才陆续研发高端 BLE，近两年有部分 BLE 蓝牙芯片 5.0 产品已稳定出货。

泰凌微为中国首家 BLE 公司，于 2014 年量产第一代低功耗蓝牙芯片，2016 推出多模低功耗蓝牙芯片。泰凌微的低功耗芯片主要用于智能照明和可穿戴设备领域，2018 年其营收规模分别位居中国 BLE 芯片市场第一名、全球 BLE 芯片市场第四名。

此外，富瑞坤、上海巨微、奉加微、联睿微、杰理科技等公司也在结合中国市场的需求。如今已经能够开发功耗极低，连接稳定性高的 BLE 芯片，并且能有效控制成本并与下游应用厂商紧密合作，从而在市场中占有一席之地。

不过需要注意的是，利用蓝牙进行控制家电的传输距离一般都在10米内。如果想要远程控制，那么必然就需要近距离有一个“适配器”来接受蓝牙信号，并再通过宽带网络连接进行传输。这也意味着，利用蓝牙进行控制适用于近距离的无线通信，比如用户躺在卧室的床上就可以关闭客厅的灯具。

04 近距离通信的语音识别芯片

语音技术也是一种无须接触，通过远程操控家电的技术。

通过语音识别技术，用户可以让智能家居系统听懂我们的语音指令，从而实现智能化控制。比如用户只需要通过说话就可以达到对智能音箱的控制，包括音乐播放、新闻资讯获取、定时提醒等功能，或者用户可以通过语音来控制电视机搜索节目、调整音量、切换频道等，提升观看体验。

百度是国内较早布局语音技术的企业之一，其语音识别技术广泛应用于各类产品和服务中。此外，科大讯飞作为国内领先的智能语音技术提供商，其语音识别芯片在智能家居、车载、移动终端等多个领域都有广泛应用。

云知声专注于语音识别及语音处理技术的研发和应用，其语音识别芯片被广泛应用于智能家居、车载、机器人等多个领域。阿里云语音识别芯片具有高准确率、低延迟、高稳定性等特点，适用于智能客服、智能家居、车载导航等领域。启英泰伦自成立以来相继推出了CI100X、CI110X、CI130X、CI131X和CI230X三代系列产品，可广泛应用于智能家电、智能家居等对人机交互有大量需求的领域。

不过语音识别技术也是一种短距离通信技术，接收信息的准确性受到指令声音大小的限制。

不管是WiFi通信还是蓝牙芯片再或者是语音识别芯片，这些芯片得到相应指令后，还需要主控芯片发挥主要作用。

05 主控芯片是数据处理的核心

主控芯片会根据指令进行相应的处理，并发送控制信号给相应的执行器或传感器，以实现用户的需求。因此众多有实力的国产公司正竞相开发针对特定应用场景的AIoT SoC。在智能音箱这个应用领域，国产SoC的市场份额已经相对较高，市场参与者包括全志科技、晶晨股份、炬芯、瑞芯微、杰理科技等。

智能电视和机顶盒是智能家居另一交互入口，SoC国产化程度也较高。智能电视SoC的第三方供应商主要有联发科、晶晨、海思、联咏、瑞昱等。其中，联发科在收购晨星后始终处于市场的绝对领先地位。最近三年来，晶晨股份的出货量正在高速增长。

综合来看，目前AIoT SoC芯片市场的龙头企业是瑞芯微，其2022年量产的RK3588是目前国产AIoT领域性能最强的芯片，直接对标高通的QCS8250，这两款芯片都是面向AIoT应用的通用型SoC，性能接近。2022年这款产品已经得到200余家客户、400余个项目的采用，为2023年打下了良好的基础。
此外的恒玄科技、晶晨股份、全志科技等公司也在不同细分领域发光发亮。