Wi-Fi藍牙上乘結合，共筑智能家庭生態系統

關鍵字：Wi-Fi 藍牙 智能家庭生態系統 

2014年，物聯網、可穿戴、智能家居、智慧城市，這些字眼經常占據各大新聞和資訊的顯眼位置，就這些領域應用的技術來講，無線連接技術無疑是*熱的領域之一。從消費者角度來說，他們希望所有的新型設備能夠與現有設備無縫的連接工作，但規模效應將決定未來。根據無線連接技術本身特性的不同，Wi-Fi、藍牙與ZigBee等多個無線技術已在當今的家庭中找到各自的應用領域，這些無線連接技術將形成不同組合，以滿足智能家庭生態中的各類終端設備的不同需求。

表1：三大無線技術數據傳輸速率和組網模式

表2：三大無線技術的參數比較

藍牙：應用領域大大拓展

Bluetooth*早是愛立信于1994年進行研發的小范圍無線通信技術，自1998年推出以來技術標準也經歷了四代，藍牙技術的關鍵指標也經歷了由便捷互聯到高速再到低功耗的演變。“Bluetooth技術興起是從手機和外圍設備開始的，*初被用于代替耳機線，具體包括藍牙耳機、音箱等設備，隨著移動設備對低功耗的旺盛需求，藍牙的應用正在繼續煥發勃勃生機，被廣泛用于流媒體音樂、健身與各種人機交互設備。”美滿電子科技(Marvell)公司IOT事業部上等市場經理李本中博士表示。

北京昆天科微電子技術有限公司市場總監郭潤軒在針對藍牙應用的分析時也指出：“從應用市場看，手機是藍牙*大應用平臺。Bluetooth smart推出后，由于自身的低功耗、低成本特性，打通了個人用戶網絡端(智能手機)和外設的便捷數據通道，大大拓展了以下領域藍牙的應用。”

他認為，可穿戴設備市場、智能家居市場、室內定位市場(近場支付，包括和O2O的商業模式結合，典型的如蘋果主推的ibeacons)、智能醫療儀器、防丟器、智能遙控器，以及傳統的無線鍵盤、鼠標、藍牙音箱等市場都有顯著增長機會。郭潤軒相信：“以上市場在未來兩年內將會有爆炸性的增長。”

ROHM公司代表也持同樣看法，該公司認為藍牙所具有的低功耗優勢，未來將在可穿戴設備市場迅速增長。同時在智能家居領域，隨著智能手機的廣泛應用，使用藍牙技術來控制家居設備已會成為潮流。

Wi-Fi：當之無愧的高速數據傳輸

美滿電子的李本中繼續表示，Wi-Fi的興起*初在于電腦領域，該技術的出現是為了取代個人電腦與互聯網間的有線連接，他說：“目前是很普遍的局域網高速連接方式，如今Wi-Fi已被廣泛應用于游戲機、智能手機、平板電腦、家電和汽車。”

的確，Wi-Fi應用的場景主要是完成數據傳輸，相關的標準測試流程也是按照數據傳輸可靠性來定義的。當初使用的是802.11b的技術，*大速率只有11Mbps，隨著智能手機的普及，無線上網功能成為標配，技術也由b/g到了a/c/n等。

ROHM公司認為，Wi-Fi在高速無線數據傳輸領域仍將是主流。運動和健身領域對于數據傳輸要求不高，這些設備主要由電池供電，對功耗要求較高，Bluetooth smart會更有競爭力。汽車領域注重實用性和可靠性，Wi-Fi等成熟技術更占優勢，但要同時考慮到和移動設備的互聯，藍牙的增長也是必然的，與其他無線方式如ZigBee、藍牙的融合也會越來越多。

“Wi-Fi在手機上應用的比率低于藍牙，預計將進一步上升，并在智能家居、優異音響領域獲得巨大增長。”昆天科的郭潤軒認為。

從競爭走向互補融合

由于各種不同設備間的互聯成為可能，搭載無線通信功能的設備不斷普及。在藍牙技術的使用過程中，人們發現藍牙技術盡管有許多優點，但仍存在許多缺陷。對工業，家庭自動化控制和工業遙測遙控領域而言，藍牙技術太復雜，功耗大，距離近，組網規模太小等。而Wi-Fi雖有網絡入口，但功耗大。工業自動化對無線數據通信的需求越來越強烈，而且，對于工業現場，這種無線傳輸必須是高可靠的，并能抵抗工業現場的各種電磁干擾。因此，ZigBee協議在2003年正式應運而生，其應用一直不瘟不火，在工控領域應用相對多一些。

三種無線接入技術都能完成數據傳輸功能，工作頻段也在2.4GHz ISM頻段是重疊的。Wi-Fi有網絡入口，BLE有超低功耗，ZigBee有特色的物理傳輸特性和組網性能，主要的差別表現為三者的數據傳輸速率和組網模式。每種技術實現的成本和完成的功能決定了其在市場上的位置，從無線接入實現的技術來看，結構基本類似，都由幾部分組成：RF、Modem、MAC、Core。其中MAC部分可以分為硬件實現部分和軟件實現部分。

在智能家居或者可穿戴設備領域用到的無線接入技術，會在原有技術基礎上做一些特色的改進，很大一部分工作會在MAC部分，這部分是硬件公司和軟件公司爭論的焦點。無線技術硬件實現部分的難度和可實現低功耗的性能也是決定應用前景的關鍵因素，表格給出了幾種技術的參數比較。

隨著各種消費電子與通訊產品之間的互連互通需求增多，這三者逐步從競爭走向融合。從技術區隔上來說，藍牙應用可稱為無線個人網，是設備間的小容量數據傳輸，Wi-Fi是無線局域網，主要應用在設備間大容量數據傳輸，常用于網絡接入。昆天科的郭潤軒說道：“藍牙和Wi-Fi的應用場合有著明顯的不同，屬共存關系，這個關系至少在未來兩年內持續。同時，藍牙和Wi-Fi也試圖實現傳統上對方的應用，譬如藍牙3.0和Wi-Fi direct，兩者之間不斷地互相學習和融合。”

“我們看到，WiFi和藍牙技術可以上乘地互補。當設備需要整棟樓的信號覆蓋，Wi-Fi是優選技術。當只需要室內或身體區域的連接，藍牙可以有效地降低功耗使用。Wi-Fi、藍牙與Zigbee已在當今的家庭中找到各自的應用領域，我們相信，這些無線連接技術將形成不同組合，以滿足智能家庭生態中的各類終端設備的不同需求。”李本中說，“隨著晶體管的尺寸繼續按 摩爾定律縮小，支持Wi-Fi、藍牙的組合解決方案已經被證明是面向大多數應用程序的符合成本效益的解決方案。”

東芝半導體&存儲產品公司也將藍牙/Wi-Fi IC的目標市場鎖定M2M市場、家用電器、可穿戴設備、車載產品等等，“預計這些市場2016年的需求總量有望達到3億臺。”東芝電子(中國)有限公司技術統括部上等經理黃文源表示，“我們認為目前在智能手機、平板電腦、筆記本電腦等網絡設備中裝載率超過70%的藍牙/Wi-Fi將成為具有較強競爭力的無線技術。對于與網絡設備容易連接的傳感器類網絡設備來說，為延長其使用壽命所需的低功耗，以及為提高其使用上的便利性所需的易連接性，將成為技術上的兩個要點。”

混戰智能家居

對于智能家居這一龐大市場，ROHM認為，智能家居還是一個新興的領域，各種無線技術都有應用，還沒有形成一個標準。從發展趨勢來看，家居設備使用Bluetooth、ZigBee等低功耗無線技術互聯，并通過Wi-Fi網關與外界交互具有較好的前景。

郭潤軒也表示：“這都是物聯網的應用分支，按照其應用場景的不同會有特定的技術得到應用。”他舉例說，運動與健身領域，智能汽車控制系統將是Bluetooth smart主導的市場，智能家居目前以Wi-Fi、ZigBee為主，Z-Wave和藍牙也有應用。智能家居市場暫時還沒有到爆發點，一個是用戶使用習慣需要時間培養，找到主流用戶愿意花錢的殺手級應用，二是家電的換代速度制約，在未來的一年內不會有大的爆發，但是長期非?？春?。

李本中補充說，Marvell處于Wi-Fi、藍牙和ZigBee等無線技術領域的前沿，其視頻、無線連接和處理器產品已被廣泛應用于當今智能家庭生態系統。目前其他技術則需要向消費者證明它們對于網絡連接的線性遞增價值能夠超過現有三種成熟技術。

Combo方案日漸流行

七年前，美滿電子推出了行業內靠前Wi-Fi+BT的組合解決方案。如今，美滿繼續為這類解決方案補充新的技術，諸如NFC和BLE。李本中表示：“我們相信以*低的成本積極地集成新技術是制勝的關鍵，這需要對多種連接技術方案、不同的半導體工藝技術節點的成本和性能有深度的技術了解和透徹認識，確保各個技術環節在生態系統和軟件中無縫地協同工作。我們的產品路線圖將會與這些要素保持一致。”

李本中還強調說，Marvell是行業唯壹在微控制器、無線連接和存儲領域提供前沿解決方案的公司。他說：“我們一直在努力與生態系統廣泛的合作伙伴網絡合作，提供自動化、智能應用、健康、智能家庭應用領域的解決方案。我們甚至通過在產品中提供軟件的方式，精簡了價值鏈上傳統的序列化產品推出方式。”

同樣的，東芝的黃文源也認為，無線設備不僅需要IC，更需要復雜的協議軟件。隨著無線技術規格的升級，無線通信速度的提高，安全技術的提高以及易連接性的提高成為追求目標。另外，協議軟件復雜度的不斷提高，使整機開發的負擔不斷加重。東芝半導體&存儲產品公司不僅提供IC，而且也開發協議軟件，這樣就能為客戶提供軟硬件兼備的完整解決方案，以減輕整機的開發負擔。

東芝公司擁有近距離無線通信技術的藍牙/Wi-Fi，近場無線通信技術的TransferJet、NFC。黃文源透露說，近場無線通信的NFC和近距離無線通信的Bluetooth、Wi-Fi兼容IC正在開發中。在這個產品中NFC實現快速配對，藍牙或Wi-Fi實現數據通信，這就能將復雜的無線配對設定簡單化以實現用戶的便利性。“將來，我們也將不斷提供近場無線技術和近距離無線技術相結合的產品，并支持搭載易用無線技術產品的整機開發。”他說。

東芝上月發布的BLE IC為TC35667FNG，峰值電流6mA，是一款低功耗產品，內置有DCDC、ADC以及各種接口，一個該產品就可支持可穿戴設備、保健設備等應用。在下一代產品中，將內置用于存儲應用軟件的Non Volatile Memory。

其它廠商也在積極向Combo進軍。昆天科的郭潤軒認為，Combo IC在需要跟各種無線設備的平臺級產品上有需求，手機和平板將是主戰場。“目前藍牙和Wi-Fi都在飛速改進，所以昆天科致力于BLE的開發，保持這一領域的優越優勢，并通過合作伙伴提供強強聯合的Combo方案。”他說，“為了節省制造商的開發周期，我們的芯片設計已經做到了高度集成(MCU+BLE+Flash+RAM……)，也做了模組方案并通過藍牙認證以及FCC/CE認證，大大節約了制造商出成品的時間和成本。”

昆天科已量產的Qn9020/9021低功耗藍牙芯片內置了Cortex-M0內核和完整的BLE協議棧。芯片達到業界*高靈敏度-95dBm，深度睡眠時*低功耗是<2μA，工作電流是8.9mA Rx和8.8mA Tx。在此基礎上，下一步改進是通過優化的硬件和軟件實現更低的平均功耗，以及更強的運算能力。

更低的功耗是每個廠家目前追求的目標，ROHM也將其作為產品設計的準則之一。ROHM旗下LAPIS半導體于2012年推出的ML7105實現了業界上等的低耗電量(收發數據包時的運行狀態)，之后開發出支持藍牙4.0 Low Energy的2.4GHz無線通信LSI ML7105-00x，不僅保持了運行狀態下的低耗電量性能，而且平均電流還減少了一半。所謂平均電流，是指按一定間隔反復收發數據包時的運行狀態(耗電量大)與休眠狀態(耗電量小)的平均電流值。通過大幅減少改變狀態所需的時間，使平均電流減半，從而使電池壽命可達2倍。因此，按LAPIS半導體的工況條件，支持Bluetooth Low Energy的、使用紐扣電池(CR2032)的設備其電池壽命即使在24小時連續工作的條件下，也可充分使用2年。

ROHM認為，汽車領域和智能家居領域將會是一個無線技術交織的領域，多種無線技術融合的產品也會越來越多。該公司負責人表示，將會在基于現有產品的基礎上，根據市場的需求，為客戶提供高性價比的無線解決方案。ROHM將通過與集團旗下公司LAPIS Semiconductor的技術融合，為客戶提供充分發揮各種通信規格的電波特性的通信IC與模塊。尤其是無線通信用IC，利用LAPIS Semiconductor引以為豪的低功耗RF-CMOS技術和高性能MODEM技術，實現業界*高水平的低功耗和無線性能。

具體產品有：1，實現無指向性遙控的無線通信模塊。該模塊作為無線通信LSI，內置了符合ZigBee RF4CE協議的LSI ML7275，是內置調整好無線特性的天線的模塊。使用這款內置了以業界上等低功耗(信號發射時16mA，信號接收時21mA)著稱的無線遙控器，無需高頻電路設計和無線特性調整所必須具備的專業技術即可輕松開發；2，支持藍牙4.0 Low Energy的2.4GHz無線通信LSI　ML7105-00x。該產品非常適用于智能手表、保健器材(心率監測儀、體溫計、血糖儀等)、體育和健身器材(跑步機等)、遙控器、鼠標、智能鑰匙、醫療保健設備等，不僅具備業界上等低耗電量(發送時9.8mA，接收時8.9mA)性能，而且對電池壽命影響較大的平均電流又降低了約1/2。