隨著全球數字化轉型步伐的加快，以5G、Wi-Fi、超低功耗藍牙、UWB、Matter為代表的無線連接技術，正在與元宇宙、智能駕駛、移動計算、智慧家庭、游戲等場景實現深度融合。在國際集成電路展覽會暨研討會(IIC Shenzhen 2023)期間舉辦的“無線連接技術與應用論壇”上，廣大工程師朋友與行業專家一起，共同探討了無線技術的最新發展趨勢，讓我們深刻感受到數字經濟與實體經濟融合所帶來的巨大震撼。
RedCap，為中高速物聯網連接帶來“殺手級”應用
工信部最新數據顯示，目前，中國已建成全球規模最大的5G網絡，截止2023年8月，中國5G基站總數達到318.9萬個，占據全球60%以上，萬人平均基站22.6個，5G終端用戶達到7.37億戶，占全球80%；5G行業虛擬專網超2萬個，形成了6萬+的行業應用項目，行業專網收入超過100億以上，5G標準必要專利聲明數量全球占比42%。“隨著2022年R17標準的凍結，以及網絡布局的逐漸展開與覆蓋，2023年正成為RedCap走向商用的第一年。”利爾達公司5G物聯網事業部副總經理田志禹指出，截至2022年8月，整個物聯網的連接數已經達到了16.98億，超過了16.7億的手機用戶數，首次實現“物超人”，標志著蜂窩物聯網產業“從量變走向質變”關鍵時間節點的到來。
利爾達公司5G物聯網事業部副總經理田志禹
接下來，R17 RedCap、R17 LPHAP(低功耗高精度定位技術)、R18 eMBB eRedCap和Passive IoT，將是當下和今后一段時間內最值得關注的四項技術。如果簡單做一個類比，R17 RedCap其實是5G時代用于替換LTE Cat.4和Cat.6的技術標準，而R18 eRedCap則是替換當前主流低速應用——LTE Cat.1的技術標準。
RedCap為何受到行業關注？在田志禹看來，盡管5G技術的初衷是賦能千行百業，但在實地落地過程中，由于不同場景對5G的需求不一樣，5G芯片/模組的成本對于普遍的行業使用來說仍然偏高。同時，5G的大帶寬、高速率特性對于工業場景來說存在比較大的性能冗余，加之5G研發門檻高、功耗大，使得具備“輕量化”特性的RedCap技術得到了更多的青睞。
廣和通5G產品行銷總監許良翮將RedCap視作5G技術在國內的“第一大殺手級應用”。畢竟，作為3GPP R17版本中最先商用、最具市場發展的新技術，RedCap在通過減少終端帶寬、天線數量和調制階數等方式大幅降低5G終端成本和功耗的同時，也繼承了5G NR技術URLLC、切片、低功耗、5G LAN、高精度定位、高精度授時、SUL(超級上行)等特性，并且大幅降低高昂設備的成本——5G RedCap首發價格相比目前5G eMBB模組成本下降50%，未來將快速達到Cat.4同等水平。
廣和通5G產品行銷總監許良翮
他援引工信部9月17日發布的《關于推進5G輕量化(RedCap)技術演進和應用創新發展的通知》稱，僅“到2025年實現RedCap縣級以上的覆蓋”和“大力扶持RedCap技術在工業、能源、物流、車聯網、公共安全等重點領域的普及”這兩點，就充分體現了國家在RedCap推廣方面的意愿和決心。
場景應用方面，智能電網是行業公認的RedCap起量最快的應用領域，因為電網的核心訴求是高可靠、低延時，而這正好是5G原生的特性。目前，南瑞智芯、山東電力等企業都在大力推廣RedCap在產業上的落地，尤其是在配電自動化、專電采集終端、集中器方面。網絡覆蓋后，預計RedCap節點滲透率將達到80%，整個5G終端增長幅度為400萬臺/年。
另一個值得期待的場景來自智能制造，針對的應用主要包括：數采終端、室內定位，包括工業的各種DTU、工業網關、遠程操控、物流AGV等。統計數據顯示，隨著RedCap的成本降低和網絡覆蓋的不斷鋪開，相關產品的出貨量將從2023年的60萬臺增加到2027年的480萬臺。
此外，隨著RedCap成本降低和射頻器件體積小型化帶來的優勢，IPC、視頻監控和MIFI等行業從4G向5G的遷移速度將大為加快，他們對RedCap的采用意向變得越來越明確。以4G攝像頭為例，目前Cat.4/Cat.6的上行速率只有50M，很難滿足4K及4K以上的視頻傳輸要求。但RedCap的上行速率達到了100M以上，會對中高速上行的應用產生價值，其市場規模也有望從現在的200萬臺增加到千萬級，5G的滲透率也會增至15%。
無線MCU，助力無處不在的無線連接
根據意法半導體市場經理羅少賢的預計，到2025年，全球將有超過200億臺的物聯網設備，市場規模超過120億美金，其中，蜂窩物聯網數量將超過40億個。
意法半導體市場經理羅少賢
面對如此龐大的市場規模，ST在2.4GHz短距離無線應用場景中，布局了三大產品組合：
BlueNRG SoC：基于Arm®Cortex®-M0+的藍牙低功耗無線單核芯片。
STM32WB：無線雙核微控制器，Cortex®-M0+內核運行無線協議棧，Cortex®-M4內核運行應用程序。
STM32WBA：基于Arm®Cortex®-M33內核，采用TrustZone技術的單核無線微控制器。其主頻高達100MHz，CoreMark評分407，具備了運行指紋識別或異常檢測等較復雜算法的算力。
最新推出的STM32WBA是基于Arm®Cortex®-M33內核、首款獲得SESIP 3級認證、支持低功耗藍牙5.3應用的32位無線SoC，可為無線物聯網設備提供的基本功能包括：高數據速率確保快速可靠的數據傳輸；遠距離能力，擴大通信距離；高輸出功率，輸出功率+10dBm擴大了通信距離；低功耗通訊功能可延長電池壽命。
不要小看+10dBm的輸出功率，以與手機相連的可穿戴設備為例，當我們背著雙肩背書包外出，而可穿戴設備被放置在背包內，這時連接信號必須穿過背包和用戶的身體，導致信號傳輸受阻。采用STM32WBA設計的可穿戴設備，由于其輸出功率為+10dBm，為開發者獲得更強勁可靠的信號提供了保障。
STM32WBA無線系列內嵌大容量內存，可支持應用程序和連接功能，具有最高1MB Flash存儲器和128KB RAM。豐富的智能外設(如ADC、觸摸傳感、定時器)，使STM32WBA成為自給自足型應用無線MCU，極大地簡化開發過程。
考慮到多協議支持幾乎已經成為無線MCU開發的“必選項”，羅少賢以WB1x/3x/5x為例，講述了ST是如何實現的。據介紹，在WB1x/3x/5x中，協議運行在M0+內核上，應用運行在M4內核上，從而實現對BLE+Thread或BLE+ZigBee的雙協議支持。此外，為了便于用戶產品快速落地，ST還提供了相當多的源碼，用戶只需要在搭好的框架中植入差異化應用即可。
簡化物聯網設備的開發和部署
根據Counterpoint最新的全球蜂窩物聯網通信連接追蹤報告，全球蜂窩物聯網通信連接規模在2022年實現29%的強勁年同比增長，達到27億。預計其將以10.8%的年復合增長率繼續增長，用戶基數到2030年將突破60億。中國占據蜂窩物聯網通信連接總規模的三分之二，其次是歐洲和北美。
蜂窩物聯網連接在提高生產力、簡化操作、最大限度減少停機時間、實現流程自動化和節約行業成本方面有著無可替代的重要作用。行業專家認為，蜂窩通信連接的廣泛采用將有助于進一步降低蜂窩連接終端的價格，使其在與LoRa、Sigfox和Wi-SUN等其他非蜂窩通信連接技術的競爭中更具競爭力。這也是為什么在過去的一年里，蜂窩物聯網行業歷經諸多業務整合的重要原因之一。
例如，2022年8月，Semtech就斥資12億美元收購了物聯網解決方案提供商Sierra Wireless, 并由此整合了物聯網未來發展的兩大關鍵技術——LoRa®和蜂窩技術，從而構建起全面的“芯片到云”平臺，以助推產業數字化的發展。
Semtech業務經理祝嘉在論壇上談及此次整合時指出，整個行業目前在技術上、運營上都面臨不小的挑戰，首先是如何監控和維護設備的連接，避免斷網、離線等情況的出現？如何確保數據傳輸的安全性？而且，蜂窩技術的迭代更新非常快，但產品的使用周期又很長，該怎樣化解矛盾？
Semtech業務經理祝嘉
其次，從運營角度來看，當設備在全球部署時，不同國家的不同運營商會面臨SIM卡管理、SKU管理、網絡服務提供商故障排查和響應時間緩慢等問題，包括在斷網情況下，如何滿足客戶對網絡的需求？一些增強型，或者輕量型虛擬運營商對于利潤的管理不夠靈活，這些都對IoT設備運營提出了挑戰。
而Sierra Wireless的口號是“讓連接變得更簡單”，其橫跨模組、網關和連接管理中的蜂窩產品組合，與Semtech基于LoRa的終端節點相結合，可創建出一個獨特的、差異化的物聯網產品組合，進而賦能大量新的物聯網用例。此外，Sierra Wireless的云服務產品和Semtech LoRa CloudTM服務也將相結合，構建下一代的云服務平臺產品組合，提升安全性、配置、設備管理和地理定位功能，支持功耗更優的物聯網應用。
以Sierra Wireless的RTC(Ready-to Connect)解決方案為例，由于在模組和路由器中率先嵌入eSIM，用戶可以通過遠程激活的方式實現開箱即用，簡化了流程部署。其次，統一的平臺實現了集中的連接和設備(SIM卡/模組/路由器)的管理，單一設備SKU也讓用戶不再進行SIM卡處理和管理，實現無障礙操作。最后，專業的SIM卡業務運營團隊，可靈活協調業務需求和定價。
藍牙技術助力照明系統邁進標準化時代
這是Nordic亞太區技術市場經理林建鴻的演講主題，他特意談到了藍牙聯網照明控制(NLC)與Mesh 1.1標準，并強調稱，“到2027年，無線照明出貨量會超越有線照明，無線照明控制時代即將到來。”
Nordic亞太區技術市場經理林建鴻
藍牙技術聯盟(SIG)提供的數據應證了這一說法。該機構指出，除個人應用外，藍牙現在還更多拓展到了商業、工業等領域，以保證能夠提升生產率、減少工廠停機時間、讓生產變得更加安全。例如，藍牙能夠有效減少工業/商業大樓照明能耗減少高達75%；可以構建起室內實時追蹤系統，用于資產追蹤、保證員工安全；最新推出的電子貨架標簽系統，其市場規模預計在未來幾年內將由現在的6億個快速增長至幾十億個。
之所以強調藍牙NLC與Mesh 1.1，林建鴻表示，首先，相比其他無線標準，基于2010年發布的低功耗藍牙技術而推出的藍牙Mesh是公開的無線通訊標準，機構認證的SoC芯片皆可支持，有標準化用例和數據安全保證。其次，今年9月推出的《藍牙NLC聯網照明工具的規范》，解決了藍牙Mesh缺乏應用層規范的問題，確保了不同廠商之間的互操作性，這對于開發者來說是極大的利好。
同時，相比Mesh 1.0，新推出的1.1標準在以下四方面做出了重大調整，填補了1.0標準中的空白：
一是固件升級。SIG在標準中定義了BLOB傳輸協議和不同形式的固件升級，包括升級設備(Target)、升級發起設備(Initiator)、分發角色(Distributor)和獨立升級設備(Standalone Updater)四種角色；
二是遠端配網。1.1標準對遠端配網有了明確規范，定義了配網的協議界面，可以改變鑰匙及功能，從而達到配網的作用；
三是安全與算法提升。在Mesh 1.1上，設備要求必須通過身份認證才能進行配網，算法也從128bit提升到了256bit；
四是協議方面的改進，包括效能加強、復雜設備效率、代理節點授信、感應器服務器模型、時間服務器模型等各個方面。
總體來說，藍牙聯網照明工具(NST)配置文檔不僅實現了傳輸和物理層上的標準化，更實現了應用層面的標準化，賣家跟買家都可以享受到藍牙公開協議帶來的標準化互操作性的保證，開發者只需在nRF Connect SDK上就能很快實現藍牙Mesh的新功能和NLC文檔，十分高效。
