2024年多协议无线平台如何推动下一波无线创新浪潮报告

在过去几十年中，连接市场改变了我们的生活方式。几乎每一天，我们中的大多数人都会花费数小时使用或至少与各种各样的连接设备互动。到2024年底，ABI Research预测连接设备的安装基数将达到超过550亿单位，涵盖了广泛的终端市场，包括移动设备、个人计算机（PC）、可穿戴设备、家庭娱乐、智能家居、汽车、商业建筑、工业以及其他消费和物联网（IoT）应用领域。这一增长的关键因素是短距离无线连接技术（如Wi-Fi、蓝牙）的迅速扩展。®, 和802.15.4（最为显著的是Zigbee和Thread）。与此同时，相对较为新兴的超宽带（UWB）技术，凭借其独特的功能集，预计在未来几年也将实现显著增长，因为它能够支持多种新的应用场景和创新的用户体验。 CONTENTS 简介.®802.15. 4 和 UWB 技术… … … … … … … … … … … 如图表1所示，这些技术在未来5年的机会预计将会显著增加。到2028年，蓝牙annualBluetooth®-支持设备出货量预计将达到73亿台，Wi-Fi预计将达到47亿台，802.15.4预计将达到16亿台，UWB预计将达到近11亿台。这将分别对应2023年至2028年期间复合年增长率（CAGRs）为9%、7%、15%和21%。 •正在定期出现 ， 这些将占经常有非常不同的需求。这导致了一个极其异质的• 高吞吐量 (高达每秒千兆位 (Gbps))• 低延迟操作超低功耗 ， 可实现多年电池寿命、能量收集或• 高安全性• 支持多种拓扑 ， 例如• 高可扩展性、互操作性• 支持多种功能、专业技术和软件堆栈• 在多个频带中操作 ， 包括并发操作• 集成安全测距功能• 雷达和传感功能的集成• 支持使用到达角度的高精度 ， 厘米级定位（ AoA) 和其他定位技术这种增长在很大程度上将建立在应用程序数量和这种增长的很大一部分将建立在 fi 数量的显著扩张之上这些技术将要应对的设备类型。鉴于物联网的多样性以及持续的技术创新，新的无线应用场景正在不断涌现。这些技术将解决的应用程序和设备类型。给定在未来十年 ， 这些将占连接设备市场日益增长的部分。物联网的多样性 ， 以及持续的技术创新 ， 新的无线用例此外，设备本身正在变得越来越复杂，支持越来越多的不同用例和功能，often与广泛不同的需求相差很大。这导致了极其连接设备市场在未来十年。此外 ， 设备本身实现无线连接技术的异构要求集需要越来越复杂 ， 支持越来越多不同的用例和功能 ，能够有效解决 ， 包括 ：启用无线连接技术的要求需要能够• 高吞吐量 (高达每秒千兆位 (Gbps))积极地地址 ， 包括 ：• 低延迟操作• 超低功耗，适用于多年电池寿命、能量采集或环境物联网集成环境 IoT 集成无连接的一对多 • 高可扩展性、互操作性和统一应用层协议（例如）的支持。、点对点、星形、网状、广播和Matter无连接一对多• 支持多种功能、配置文件和软件堆栈， 并支持 uni fi ed 应用层协议 ， 例如• 在多个频带中操作 ， 包括并发操作, Matter• 支持高精度集成的安全测距和雷达及传感能力• 支持高精度、厘米级定位，使用到达角（AoA）、信道探测、飞行时间等定位技术• 支持始终在线的连接性 • 直连云连接• 简化设备配置• 能够与移动设备、可穿戴设备及现有基础设施进行通信• 极高的可靠性• 强大的射频（RF）性能及不同技术间的良好共存• 在恶劣射频环境、高密度、拥挤或拥塞环境中部署• 支持宽温域操作• 能够在室内外环境中运行• 未来导向的连接性和长寿命设备（10年及以上）• 能够支持低成本和资源受限的设备• 支持小型化设计和减少设备占用空间 WI - FI ， 蓝牙的独特优势®802.15. 4 和 UWB 技术 鉴于这一多样化的需求列表，比以往任何时候都更加清楚的是，单一的连接技术将无法有效地应对这种多样性，而每种无线技术各自具有独特的优势和局限性。 Wi - Fi 市场演变与未来机遇 基于IEEE 802.11标准，Wi-Fi通常提供高吞吐量、低延迟和短至中距离的基于互联网协议（IP）的连接，适用于多种应用，包括移动设备、个人计算机、视频摄像头、接入点（AP）、智能电视（TV）、游戏机、扩展现实（XR）头戴式设备以及其他将高速互联网访问和视频流传输能力作为关键优先事项的设备。根据具体采用的IEEE 802.11标准以及其在2.4吉赫兹（GHz）、5 GHz或6 GHz频段上的操作，Wi-Fi的典型吞吐量通常在数百兆比特每秒（Mbps）到多吉比特每秒（Gbps）之间。历史上，Wi-Fi主要针对那些需要最大可能吞吐量且对低延迟性能有较高要求的电力供应设备，如线性供电设备或拥有大型电池的设备，这通常会导致较高的能耗。 然而，得益于通过低成本、低功耗的Wi-Fi 4和Wi-Fi 6芯片持续创新，Wi-Fi技术现在能够应对不断增长的消费者、商业和工业物联网（IIoT）领域的客户端设备数量，包括资源受限和电池供电的物联网设备。这些设备，例如可穿戴设备、传感器、恒温器和门锁，通常对吞吐量的要求较低，但在外形尺寸、成本、计算资源、天线和电池大小方面受到更多限制。同时，这些低功耗创新也使Wi-Fi能够在电池供电的视频应用中创造新的机会，如智能门铃和家庭安全摄像头，并使更基础的设备能够实现多年的使用寿命。Wi-Fi技术的其他关键优势包括能够连接到各种环境中的大量Wi-Fi启用的接入点（AP），实现始终在线、直接连接到云端的连接，减少设计复杂性并加速上市时间。 Wi-Fi技术继续发展以支持新的功能，如Wi-Fi sensing、增强定位、更高吞吐量、多链路操作（MLO）以及通过新标准（如Wi-Fi 7和未来可能的Wi-Fi 8）实现超高的可靠性。 蓝牙®市场演变与未来机遇 蓝牙®arguably 拥有所有在此白皮书中讨论的技术中最为多样化的目标市场和应用范围。通过双模解决方案支持蓝牙连接，在智能手机、平板电脑和PC等领域建立了广泛的存在感。®基本速率 (BR) / 增强数据速率 (EDR) (蓝牙®经典) 和蓝牙®低功耗 (LE) 技术 ， 蓝牙®已成为无线音频、外设和配件连接的主要推动者。同时，这些平台设备中的巨大存在感，加上该技术本身具有的低功耗和低成本特性，以及来自广泛芯片供应商的可选择性，还有不断的技术演进，意味着该技术几乎已成为各种消费级和物联网应用中设备间连接的默认选择。因此，蓝牙®LE已进军广泛的市场领域，包括可穿戴设备、移动和PC配件、个人追踪器、助听器、汽车钥匙扣、智能家居自动化设备以及智能家电等。此外，LE还在低功耗传感器、信标和标签、商业建筑自动化和照明控制、智能健康设备、电子货架标签（ESL）以及工业设备监控等领域建立了广泛的应用基础。 同时 ， 蓝牙®LE技术继续以快速的步伐演进。在过去十年中，该技术增加了对新功能的支持，如蓝牙。®网格技术，扩展范围能力，通过到达角（AoA）/离开角（AoD）改进定位，以及最近增强的音频能力（包括LE Audio和Auracast™广播音频），和响应式周期性广告（PAwR），以实现更可扩展、无连接的双向通信，适用于如电子标签（ESLs）等应用，并且新推出了频道 sounding以提高定位准确性。这一演变将继续进行，未来还将有更多的令人兴奋的新功能，如高数据吞吐量（高达7.5 Mbps，适用于高清晰度音频流）和超低延迟（适用于游戏外设）。 802.15. 4 市场演变与未来机遇 IEEE 802.15.4 是另一种面向广泛消费、商业和工业物联网（IIoT）应用的低功耗无线连接技术。Zigbee，历史上最流行的 802.15.4 技术，是一种网格网络技术，已在智能家居、商用建筑、智能能源和工业 4.0 环境等多种应用场景中得到广泛应用。尽管其最大吞吐量仅为 250 千比特每秒（Kbps），但其低成本、低功耗以及高效的网格能力使其非常适合各种家庭自动化设备，包括智能照明、门锁、恒温器、烟雾探测器及其他电池供电的无线传感器设备。在智能建筑中，Zigbee 技术通常用于网络化照明控制应用、无线传感器和暖通空调（HVAC）控制。与此同时，在智能家居领域，Thread 是另一种基于 802.15.4 的关键技术并得到了广泛采用。Thread 在 2.4 GHz 频段运行，是一种替代的低功耗 IPv6 基础网络层协议，支持网格并具备增强的安全性和更低的延迟。其对 IP的支持使其能够在不同设备之间实现互操作性。 应用层通过跨行业的举措实现，例如Matter。Matter是由连接标准联盟（CSA）发起的一项相对较新的倡议，旨在在共同协议之下抽象并整合多种连接技术，原生支持诸如Wi-Fi和Thread等链路技术。在科技巨头的强力支持下，Matter正迅速获得广泛的成功，解决了消费者在安装异构智能家居系统时面临的复杂性问题，并释放了该市场的潜力。 UWB 市场演变与未来机遇 超宽带（UWB）是一种短距离脉冲无线电技术，能够在100米范围内精确计算其他UWB启用设备的相对位置，并且精度可达到厘米级。在过去十年中，基于IEEE 802.15.4a标准的UWB解决方案已被广泛采用，以在室内实时定位系统（RTLS）应用中提供厘米级别的跟踪。然而，在过去的五年里，随着新的IEEE 802.15.4z标准的出现，该标准在技术中加入了额外的安全扩展，使UWB成为一种安全且高精度的定位技术，能够支持更广泛的创新位置基应用和服务。 UWB 使用 3.1 GHz 至 10.6 GHz 频段之间的宽信道带宽（500 MHz）和短脉冲（2纳秒，ns），以准确测量两个设备（如智能手机、穿戴设备、钥匙扣、标签、门锁和参考点）之间的飞行时间（ToF）。当这些设备接近时，它们将开始使用 ToF 测量进行测距，计算通信的往返时间。因此，一个设备可以即时（每秒刷新率高达 100 次）并持续地计算另一个设备的相对位置，并实时监控其移动情况。同时，AoA 技术确保系统能够精确知道设备的位置和方向，从而使门锁等设备能够确定用户站在门的哪一侧，并完全理解用户的意图。 这些特性使UWB具备了提供高度安全和精确的距离与位置测量的能力，从而支持汽车、移动设备、智能家居、智能建筑以及其他物联网解决方案提供商所需的多种精密测距和定位应用。这些独特的安全测距能力激励了许多智能手机、可穿戴设备、汽车和连接家居的原始设备制造商（OEMs）将该技术集成到汽车无钥匙进入、个人追踪、音频切换以及其它新兴应用场景中。诸如Car Connectivity Consortium（CCC）及其Digital Key 3.0规范、FiRa Consortium和Connectivity Standards Alliance（CSA）的Aliro等组织正借助蓝牙技术帮助标准化各种UWB应用场景。®LE 和近场通信 (NFC) 技术。 多家公司已经开始利用UWB作为一种雷达和传感技术，在多个不同的应用领域进行拓展。UWB雷达提供精细运动检测的能力，正推动多种创新应用场景的发展，包括汽车儿童和宠物存在检测、手势识别与控制、消费电子产品的近距离和存在检测、婴儿床婴儿监测、智能建筑和停车场中的运动感应等，以及其他许多应用。 UWB技术仍处于早期成熟阶段，未来十年内它能够支持或增强的应用场景数量预计将会大幅增长。支持该技术的关键组织，包括FiRa联盟，继续开发新的UWB技术规范，其中包括最近发布的FiRa 2.0规范，该规范指出了未跟踪的室内导航、找人/找物以及点触触发等关键新兴应用场景。 UWB 也具备数据通信能力，在相对低功耗的情况下支持最高 27 Mbps 的吞吐量，从而能够在时间维度上实现独特的安全定位和通信应用场景。 多协议连通性解的增长需求 应用多样性和功能要求的差异性意味着需要多种技术组合来实现新的创新应用场景和功能。 一些设备需要多吉比特每秒（Gbps）的吞吐量，另一些则需要数年时间由纽扣电池供电，还有一些需要嵌入安全测距功能，而有