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物联网无线连接芯片行业技术水平特点及发展分析
发布日期:2022-07-05 10:56:06

物联网无线连接芯片行业技术水平特点及发展分析

针对不同场景的物联网连接需求,无线连接技术主要包括局域无线通信和广域无线通信两大类。局域无线通信技术主要包括 WiFi、蓝牙、ZigBee 等;广域无线通信技术主要分为工作于非授权频谱的 LoRaSigfox 等技术和工作于授权频谱下的 NB-IoT 等蜂窝通信技术。局域无线连接技术由于模块体积小、集成度高、能耗低等特点,更适合应用于智能家居、可穿戴设备、新零售、健康医疗等物联网智能产业应用场景。这些领域在近年来的蓬勃发展,推动了市场对 IoT 连接芯片的需求,尤其是对高集成度、多模、低功耗 IoT 连接芯片的需求。

1、低功耗蓝牙无线连接芯片技术水平特点及发展分析

2010 年蓝牙 4.0 技术版本发布,首次引入低功耗标准,使得蓝牙功耗大幅减少,标志着蓝牙技术从经典蓝牙(BT)阶段进入低功耗蓝牙阶段。低功耗蓝牙技术凭借其多功能、低功耗、低成本的综合优势,逐步取代了传统的经典蓝牙技术,成为了数据传输、位置服务、设备网络等应用场景的主流解决方案。

2020 年,国际蓝牙技术联盟(SIG)发布了蓝牙 5.2 版本核心技术规范,支持连接类同步传输信道和广播类同步传输信道,使得低功耗蓝牙技术也更适合传输音频等对时间敏感的数据。蓝牙技术联盟也预期低功耗蓝牙音频技术将逐步取代经典蓝牙技术成为音频传输的主要解决方案。2021 7 月,国际蓝牙技术联盟(SIG)发布了蓝牙 5.3 版本核心技术规范,增加了包含对定期广播、加密密钥大小控制和频道分类在内多方面的增强功能,这些性能也进一步巩固了低功耗蓝牙在物联网领域的重要地位。

低功耗蓝牙组网技术在很大程度上迎合了物联网的连接需求,尤其在控制系统、监控系统、自动化系统等领域具有应用优势,因此成为目前最被看好的物联网连接技术之一。全球蓝牙设备年度总出货量已从 2017 年的 36 亿颗平稳增长至 2021 年的 47 亿颗,年均复合增长率为 9%。尽管新冠疫情在一定程度上使得蓝牙设备市场规模扩张放缓,但国际蓝牙技术联盟认为未来五年市场对互联和定位解决方案的强劲需求将加速全球蓝牙设备出货量的上升,预计 2027 年会达到 75亿颗。此外,基于外围设备(耳机、智能穿戴、物联网设备)和平台设备(手机、电脑、电视等主设备)的区分,外围设备在蓝牙设备总出货量中的占比将在 2027 年达到 72%以上。

2017-2021年全球蓝牙设备年度出货量统计情况

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资料来源:普华有策

随着互联网文娱产业的快速发展,智能电视、流媒体、智能机顶盒等硬件已成为家庭娱乐场景中的重要组成部分,同时也带动了智能遥控的应用,低功耗蓝牙无线连接芯片凭借其安全、稳定的特征在智能遥控领域获得了广泛应用。2018 年全球智能电视出货量约为1.5 亿台,流媒体播放器出货量约为 0.9 亿台,预计 2022 年出货量将分别增长至1.9 亿台和 1.2 亿台,智能遥控器作为此类硬件的重要配套设备,市场需求将同步增强。在万物互联趋势下,不仅限于智能电视、流媒体等大型家庭硬件,越来越多的硬件例如智能恒温、智能照明等应用将纳入家庭物联网生态中,应用场景将延伸到家庭的更多角落。

22.4GHz 私有协议无线连接芯片技术水平特点及发展分析

2.4GHz 泛指频段处于 2.405-2.485GHz 的无线通信技术,此频段为国际通用的免费频段,蓝牙、ZigBeeThread 等协议都是基于此频段进行传输,由于这些协议均由标准组织制定,为了便于区分而将其与 2.4GHz 频段私有协议进一步细分。芯片设计企业可根据用户特定需求开发设计工作在 2.4GHz 频段的私有协议芯片。此类芯片不需要满足通用标准协议的互联互通性,主要用于单品控制要求高、对性能有特殊优化、对成本较敏感的领域,例如无线鼠标、智能遥控器、遥控玩具、智能照明等领域。

被放置在货架上的电子货架标签通过网络与应用企业的商品信息数据库相连,形成完整的电子价签系统。电子价签能够实时响应管理后台发出的变价需求,可以快速、统一进行价格调整,使线上线下信息保持同步更新,克服了传统纸质标签的硬性缺点。基于上述运行模式,电子价签通常对传输技术有数据安全性高、功耗低、通讯模块成本低及传输距离稳定等方面的要求,而 2.4GHz 私有无线连接技术能够满足上述要求,因此成为电子价签的重要技术载体。

3、多模无线连接芯片技术特点及发展分析

随着物联网技术的不断成熟与发展,物联网设备终端的数量也在与日俱增,大量的物联网设备和系统已经逐步渗透至我们的家庭、办公室、工厂、城市基础设施(例如无线安全通行、道路实时监控、通行卡、车位占用传感器、远程温度传感器等联网设备)中,越来越多的消费电子、工业电子等设备将短距离无线传输技术作为一项标准配置。但由于市场已存在多种无线传输协议(例如蓝牙、ZigBeeHomeKitThread 2.4GHz 私有化协议等),且各协议在技术标准、技术规格上存在不同程度的差异,导致大量不同协议的设备无法实现互联互通,无形中增加了软硬件成本,降低了物联网的传输效率。多模 SoC 芯片的设计逻辑是让一枚芯片同时支持多种连接方式和标准,其优势是能够精简硬件结构设计,避免了不同标准芯片同时植入一个设备的必要性,节省了空间与成本。

鉴于自身技术特点,多模无线连接芯片在智能家居领域中的应用较为广泛。随着用户对家居设备智能化的需求不断提高,各厂商逐步开始在产品中嵌入支持多协议的物联网芯片,从智能照明、音箱到智能家电,越来越多的家居设备具备了远程操控、语音识别等功能。目前智能家居从最初的单品智能开始转向全场景智能,多模物联网芯片市场会迎来新一轮增长。

4ZigBee 无线连接芯片行业技术特点及发展分析

ZigBee 技术是物联网无线连接技术的典型代表,凭借超低功耗、安全性较高的独特优势,广泛应用于家庭自动化、无线传感器网络、工业控制系统、环境监控、医疗数据手机、楼宇自动化等特定领域的场景应用。ZigBee无线连接技术具有下列技术特点:功耗较低、数据传输较为可靠、安全性较好。

ZigBee 无线连接芯片在 2020 年迎来了迅猛发展,推出了 560 多款经过认证的设备,ZigBee占到智能家居物联网传感器网络芯片市场的三分之一以上,市场前景广阔。

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