半導(dǎo)體行業(yè)IC設(shè)計(jì)系列報(bào)告：低功耗藍(lán)牙（BLE）物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線連接加快布局低功耗藍(lán)牙蓄勢(shì)待發(fā)

1、內(nèi)容目錄可穿戴設(shè)備爆發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)布局驅(qū)動(dòng)低功耗藍(lán)牙市場(chǎng)需求釋放，預(yù)計(jì) 2023年全球 BLE 市場(chǎng)空間將達(dá)到 65 億美元4終端設(shè)備連接無(wú)線化，藍(lán)牙在主要的局域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)中最具應(yīng)用優(yōu)勢(shì). 4 HYPERLINK l _TOC_250007 藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)邁入 5.0 時(shí)代，Mesh 組網(wǎng)技術(shù)助力高端低功耗藍(lán)牙開拓物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)6低功耗藍(lán)牙受益可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 65 億美元，保持快速增長(zhǎng)8國(guó)外廠商搶占高端 BLE 市場(chǎng)先機(jī)，國(guó)內(nèi)廠商也開始逐步布局低功耗藍(lán)牙12 HYPERLINK l _TOC_250006 BLE 領(lǐng)域尚未完全形成寡頭壟斷格局，國(guó)外廠商布局較早，占據(jù)主要市場(chǎng)份額1

2、2 HYPERLINK l _TOC_250005 國(guó)產(chǎn)高端低功耗藍(lán)牙逐漸起步，進(jìn)口替代成為確定趨勢(shì)13藍(lán)牙芯片廠商以產(chǎn)品功耗、成本和穩(wěn)定性作為公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力16 HYPERLINK l _TOC_250004 低功耗是 BLE 設(shè)計(jì)重要要求16 HYPERLINK l _TOC_250003 無(wú)線連接穩(wěn)定性是低功耗藍(lán)牙產(chǎn)品力的體現(xiàn)17 HYPERLINK l _TOC_250002 成本是低功耗藍(lán)牙廠商進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵因素18 HYPERLINK l _TOC_250001 投資策略：19 HYPERLINK l _TOC_250000 風(fēng)險(xiǎn)提示19圖表目錄圖表 1 數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景日益豐富4圖

3、表 2 無(wú)線傳輸漸成趨勢(shì)4圖表 3 全球物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)量及增長(zhǎng)率5圖表 4 無(wú)線通信技術(shù)比較5圖表 5 藍(lán)牙通信技術(shù)發(fā)展進(jìn)程6圖表 6 藍(lán)牙 Mesh 拓展了藍(lán)牙的性能7圖表 7 經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙功能性能對(duì)比7圖表 8 經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比8圖表 9 藍(lán)牙芯片架構(gòu)示例9圖表 10 不同芯片藍(lán)牙協(xié)議棧構(gòu)成9圖表 11 全球可穿戴設(shè)備出貨量（百萬(wàn)臺(tái)）9圖表 12 2019 年一季度腕式可穿戴設(shè)備各廠商出貨情況9圖表 13 藍(lán)牙智能家居設(shè)備年出貨量（單位：億）10圖表 14 藍(lán)牙智能樓宇設(shè)備年出貨量（單位：億）10圖表 15 藍(lán)牙智慧城市設(shè)備年出貨量（單位：億）10圖表 16 藍(lán)牙

4、智能工業(yè)設(shè)備年出貨量（單位：億）10圖表 17 各類藍(lán)牙設(shè)備出貨量（單位：億）11圖表 18 預(yù)計(jì) 2023 年 BLE 設(shè)備出貨量高達(dá)九成11圖表 19 2018 年低功耗藍(lán)牙公司市場(chǎng)占有率12圖表 20 Nordic、Dialog 低功耗藍(lán)牙業(yè)務(wù)收入（百萬(wàn)美元）和增長(zhǎng)率13圖表 21 國(guó)內(nèi)外主要 BLE 廠商產(chǎn)品優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比14圖表 22 國(guó)內(nèi) BLE 廠商及主要產(chǎn)品14圖表 23 BLE 芯片主要參數(shù)解釋和影響16圖表 24 連接事件和連接間隔的功耗17圖表 25 從設(shè)備對(duì)主設(shè)備連接事件反應(yīng)時(shí)延17圖表 26 信號(hào)鏈信號(hào)處理和傳輸過(guò)程17圖表 27 芯片成本構(gòu)成18可穿戴設(shè)備爆發(fā)、物聯(lián)網(wǎng)布

5、局驅(qū)動(dòng)低功耗藍(lán)牙市場(chǎng)需求釋放，預(yù)計(jì) 2023 年全球 BLE 市場(chǎng)空間將達(dá)到 65 億美元終端設(shè)備連接無(wú)線化，藍(lán)牙在主要的局域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)中最具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用快速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸場(chǎng)景日益豐富。據(jù) We Are Social 和 Hootsuite報(bào)告統(tǒng)計(jì)，截至 2018 年底，全球互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模超過(guò) 43 億人，約占全球人口的 57%，全球一半以上人口“觸網(wǎng)”得益于互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)快速發(fā)展以及智能終端的大量普及?；ヂ?lián)網(wǎng)用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸要求不斷提高，隨著通信技術(shù)升級(jí)，傳輸內(nèi)容和形式逐漸升級(jí)，從最初的文字、圖片發(fā)展到視頻傳輸；傳輸場(chǎng)景也愈加豐富，從人與人、人與物拓展到物與物的數(shù)據(jù)傳輸。 圖表 1 數(shù)

6、據(jù)傳輸場(chǎng)景日益豐富 圖表 2 無(wú)線傳輸漸成趨勢(shì)資料來(lái)源：百度百科， 資料來(lái)源：百度百科， 無(wú)線通信分為近距離和遠(yuǎn)距離傳輸，而局域物聯(lián)網(wǎng)正快速推動(dòng)短距離無(wú)線通信方式發(fā)展。根據(jù)愛立信移動(dòng)市場(chǎng)報(bào)告預(yù)計(jì)，全球物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量將由86 億增加至 2024 年的 223 億，復(fù)合增長(zhǎng)率 17%。并且短距離無(wú)線連接是物聯(lián)網(wǎng)的主要連接形式，連接設(shè)備數(shù)量將由 2018 年 75 億上升到 2024 年 178 億， 復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 15%。 圖表 3 全球物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備數(shù)量及增長(zhǎng)率資料來(lái)源：愛立信移動(dòng)市場(chǎng)報(bào)告， 無(wú)線通信技術(shù)主要分廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)兩種，差別在傳輸距離和通信協(xié)議方面。局域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)包括 NFC、I

7、rDA、WIFI、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、UWB、RFID、LiFi 等，傳輸一般在 0-300 米；廣域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)包括 GPRS、LoRa、NB-IoT 等，有效傳輸距離在公里級(jí)。藍(lán)牙是最主要的局域網(wǎng)（短距離） 無(wú)線通信方式之一，適合覆蓋距離在百米以內(nèi)、數(shù)據(jù)傳輸量較小的通信。圖表 4 無(wú)線通信技術(shù)比較無(wú)線技術(shù)NFCZig-BeeBluetoothWi-FiUVBRFIDIrDAZ-waveLifiLoRaNB-IoTGPRS13.56頻段上破障礙郊區(qū)15km20km30-100m1m5-10m無(wú)法突城市 2km10km 以10m 以內(nèi)300m300m 以內(nèi)有效傳輸0.1m 以1

8、00m距離內(nèi)以內(nèi)MHz2.4GHz2.45GHz2.45/5GHz3.1-10.6GHz1-100GHz很高908MHz380-790THz433/868/915Mhz800/900MHz935-960KHz傳輸速度424通信質(zhì)量中高高高高有限高高有限高高中kbps20-250kbps3Mbps11Mbps480Mbps106kbps16Mbps9.6-40kbps250Mbps0.3-50kbps100kbps115Kbps硬件成本低低中等中等很高低低低高中等中等高網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)星型星型星型星型點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)樹型星型星型星型星型移動(dòng)通信智能門鎖智能抄表照明LED控制局域網(wǎng)食品紅外追蹤測(cè)距公交語(yǔ)

9、音軍方典型應(yīng)用燈組網(wǎng)局域網(wǎng)系統(tǒng)傳輸追蹤是否便于應(yīng)用開發(fā)難中等方便難中等很方便方便中等難難中等很方便資料來(lái)源：電子發(fā)燒友，百度百科， 藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)功耗、成本、功能的完美結(jié)合，應(yīng)用開發(fā)方面擁有優(yōu)勢(shì)。在主要的幾種局域網(wǎng)無(wú)線通信技術(shù)中，NFC 主要用于近場(chǎng)識(shí)別與通訊，應(yīng)用領(lǐng)域較為局限；WIFI 傳輸速度快、與互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)縫連接，但功耗較高、應(yīng)用開發(fā)上無(wú)優(yōu)勢(shì)；ZigBee 最大的亮點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn) mesh 組網(wǎng)，在大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)設(shè)備控制方面具有優(yōu)勢(shì)，但與智能手機(jī)連接需額外網(wǎng)關(guān)。而藍(lán)牙在傳輸距離（最大可達(dá)300 米）、功耗（分別可實(shí)現(xiàn) 10mA 和數(shù) uA 級(jí)別的工作和待機(jī)功耗）、成本、效率和安全性上均具有較大的優(yōu)勢(shì)，

10、且集成其他通信技術(shù)的功能，如 mesh 等， 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較為明顯。藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)邁入 5.0 時(shí)代，Mesh 組網(wǎng)技術(shù)助力高端低功耗藍(lán)牙開拓物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)藍(lán)牙 4.0 引入了低功耗模塊，敲開物聯(lián)網(wǎng)的大門。藍(lán)牙技術(shù)最早由愛立信公司在 1995 年提出，主要應(yīng)用于藍(lán)牙音頻領(lǐng)域，隨后 1998 年藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）成立，負(fù)責(zé)制定和維護(hù)藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。至今藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)從 1.1 到 5.1版本，共經(jīng)歷了 10 次升級(jí)，而自 2010 年藍(lán)牙 4.0 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之后，藍(lán)牙由經(jīng)典藍(lán)牙邁向低功耗藍(lán)牙時(shí)代，而低功耗模塊的引入，也將藍(lán)牙的功耗降低了 90%以上，使更多終端尤其是移動(dòng)終端設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)化成為可能。圖表 5 藍(lán)

11、牙通信技術(shù)發(fā)展進(jìn)程藍(lán)牙版本發(fā)布日期傳輸速度有效范圍主打功能1.12001748-810kbps10m-1.22003748-810kbps10m改善抗干擾調(diào)頻2.020041.8-2.1Mbps10m雙工，Stereo 譯碼2.12007.081.8-2.1Mbps10m改善設(shè)備配對(duì)3.02009.0424Mbps10m協(xié)同 802.11Wi-Fi4.02010.0724Mbps100mBLE 省電4.12013.1224Mbps100mIoT 改善通訊功能4.22014.1224Mbps100m省電5.02016.0624Mbps300m物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用5.12019.0148Mbps300m室內(nèi)

12、定位資料來(lái)源：公開資料， 藍(lán)牙 5.0 攻克了藍(lán)牙傳輸速度和傳輸距離的短板，功耗進(jìn)一步降低，高精度定位測(cè)向功能擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。藍(lán)牙 5.0 相對(duì)于 4.2 版本，傳輸速度是 4.2 的兩倍，有效傳輸距離是 4.2 的 4 倍，廣播模式信息容量提高到原來(lái)的 8 倍；并且功耗再次降低，達(dá)到毫安乃至微安級(jí)別的工作功耗，待機(jī)功耗降至毫安乃至納安級(jí)別；另外，BLE5.1 引入高精度定位測(cè)向功能，室內(nèi)導(dǎo)航定位達(dá)到厘米級(jí)精度，這些性能也進(jìn)一步鞏固了 BLE 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的地位。Mesh 組網(wǎng)技術(shù)是低功耗藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)連接的關(guān)鍵技術(shù)。藍(lán)牙Mesh 組網(wǎng)技術(shù)在 2017 年得到 SIG 批準(zhǔn)，這是一種獨(dú)立的

13、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，兼容 4 及 5 系列藍(lán)牙協(xié)議。它把藍(lán)牙設(shè)備作為信號(hào)中繼站，利用低功耗藍(lán)牙廣播的方式進(jìn)行信息收發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)多對(duì)多設(shè)備通信，從而實(shí)現(xiàn)大面積覆蓋。這種技術(shù)可組節(jié)點(diǎn)成百上千，無(wú)需網(wǎng)關(guān)就可以直接與智能終端通信，滿足物聯(lián)網(wǎng)的連接需求，尤其是在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智能建筑等領(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。 圖表 6 藍(lán)牙 Mesh 拓展了藍(lán)牙的性能資料來(lái)源：SIG， 相對(duì)于經(jīng)典藍(lán)牙，低功耗藍(lán)牙有傳輸遠(yuǎn)、功耗低、延遲低等優(yōu)勢(shì)。傳輸距離方面，經(jīng)典藍(lán)牙只有 10-100 米，而 BLE 最遠(yuǎn)能傳輸 300 米；連接方式上， 經(jīng)典藍(lán)牙只能通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式傳輸，而 BLE 設(shè)備能夠能通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、廣播、Mesh 組網(wǎng)與

14、其他設(shè)備相連；在功耗上，兩者的差別巨大，低功耗藍(lán)牙運(yùn)行和待機(jī)功耗極低，使用一顆紐扣電池便能連續(xù)工作數(shù)月甚至數(shù)年之久。圖表 7 經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙功能性能對(duì)比技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)典藍(lán)牙低功耗藍(lán)牙（BLE）無(wú)線電頻率2.4GHz2.4GHzBasic Rate：1MbpsBLE4.2: 1Mbps BLE5: 2Mbps傳輸速率EDR(/4DQPSK) 2MbpsBLE5 Long Range(S=2):500MbpsEDR(8DPSK) 3MbpsBLE5 Long Range(S=8):125Mbps距離10/100 米300m延時(shí)100ms6ms發(fā)送數(shù)據(jù)的最小總時(shí)間100ms3ms耗電量1W0.01

15、-0.5W最大運(yùn)行電流30mA15mA語(yǔ)音能力有無(wú)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潼c(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、廣播、Mesh 組網(wǎng)穩(wěn)健性自適應(yīng)快速跳頻拓展、FEC、快速 ASK自動(dòng)適應(yīng)快速跳頻代表藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)BT V1.0/2.0/3.0BT V4.0/5.0資料來(lái)源：公開資料， 經(jīng)典藍(lán)牙支持音頻傳輸，而低功耗藍(lán)牙主要用在非音頻數(shù)據(jù)傳輸上?；谶@個(gè)差距，經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙應(yīng)用場(chǎng)景有所不同。經(jīng)典藍(lán)牙主要應(yīng)用在音頻傳輸設(shè)備上，而低功耗藍(lán)牙主要用在數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，尤其是以物聯(lián)網(wǎng)為主的數(shù)據(jù)傳輸。圖表 8 經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)比藍(lán)牙分類應(yīng)用方向具體應(yīng)用場(chǎng)景通信連接方式經(jīng)典藍(lán)牙（BR/EDR/AMP）音頻應(yīng)用無(wú)線耳機(jī)無(wú)線音箱車載音箱點(diǎn)對(duì)

16、點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用運(yùn)動(dòng)與健身設(shè)備醫(yī)療健康設(shè)備點(diǎn)對(duì)點(diǎn)PC 外圍設(shè)備位置服務(wù)應(yīng)用信標(biāo)服務(wù)室內(nèi)導(dǎo)航資產(chǎn)追蹤廣播控制系統(tǒng)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用監(jiān)視系統(tǒng)Mesh 組網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)低功耗藍(lán)牙（LE）資料來(lái)源：公開資料整理， 藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（SIG）逐步停止維護(hù)經(jīng)典藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)，藍(lán)牙進(jìn)入 5.0 時(shí)代是一個(gè)必然。隨著藍(lán)牙技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，為提高藍(lán)牙產(chǎn)品品質(zhì)，推動(dòng)新版藍(lán)牙應(yīng)用，藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟對(duì)經(jīng)典藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)逐漸停止維護(hù)，已于 2019 年撤銷經(jīng)典藍(lán)牙 2.0 版本，棄用 4.1/4.0/3.0/2.1 版本，并將于 2020 年正式撤銷 4.2 以前的版本，不再認(rèn)證 4.2 標(biāo)準(zhǔn)以下的產(chǎn)品，5.0 版本的高端低功耗藍(lán)牙取代以前藍(lán)牙是未

17、來(lái)主流趨勢(shì)，藍(lán)牙進(jìn)入 5.0 時(shí)代已是板上釘釘。低功耗藍(lán)牙受益可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 65億美元，保持快速增長(zhǎng)藍(lán)牙分為經(jīng)典藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙。經(jīng)典藍(lán)牙一般包含基礎(chǔ)速率（BR）、增強(qiáng)速率（EDR）、高速率（HS/AMP）這三種模式，低功耗藍(lán)牙則包括低功耗模塊（LE）。在低功耗藍(lán)牙芯片市場(chǎng)中，存在單模和雙模兩種不同的芯片設(shè)計(jì)。單模藍(lán)牙芯片是指僅支持低功耗傳輸功能的芯片，而雙模藍(lán)牙除了支持低功耗傳輸以外，還支持經(jīng)典藍(lán)牙傳輸，這就使得藍(lán)牙芯片可以兼容 4.0 以下的版本。值得注意的是，雙模低功耗藍(lán)牙實(shí)際功耗更接近于經(jīng)典藍(lán)牙。 圖表 9 藍(lán)牙芯片架構(gòu)示例 圖表 10 不同芯片藍(lán)牙協(xié)議棧構(gòu)成資料

18、來(lái)源：安凱微電子， 資料來(lái)源：昇潤(rùn)科技， 可穿戴設(shè)備是低功耗藍(lán)牙率先爆發(fā)的市場(chǎng)，當(dāng)前處在快速增長(zhǎng)期。根據(jù)IDC 數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 2019 年全年可穿戴設(shè)備出貨量有望超過(guò) 2.23 億臺(tái)，2023 年出貨量將增加至 3.02 億臺(tái)，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 7.9%?？纱┐髟O(shè)備增長(zhǎng)主要來(lái)自腕式設(shè)備和耳戴式設(shè)備，其中腕式設(shè)備出貨量占比超過(guò) 60%，主要為智能手表和手環(huán)，常用于健康、運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)景，作為手機(jī)等移動(dòng)終端的外圍設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸是其主要功能，對(duì)功耗有很高要求。圖表 11 全球可穿戴設(shè)備出貨量（百萬(wàn)臺(tái)）圖表 12 2019 年一季度腕式可穿戴設(shè)備各廠商出貨情況40040%30030%20020%10010%0

19、0%2015 2016 2017 2018 2019E2020E2021E2022E2023E全球可穿戴設(shè)備出貨量增速資料來(lái)源：IDC， 資料來(lái)源：IDC， 物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)增量空間巨大，且對(duì)功耗和組網(wǎng)能力要求愈加嚴(yán)格，低功耗藍(lán)牙將是局域物聯(lián)網(wǎng)重要玩家。低功耗藍(lán)牙以其成本低、功耗低、Mesh 組網(wǎng)能連接上千個(gè)節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是在單個(gè)設(shè)備還是系統(tǒng)構(gòu)建上，都有用武之地，因此低功耗藍(lán)牙是局域物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景不可或缺的玩家。圖表 13 藍(lán)牙智能家居設(shè)備年出貨量（單位：億）圖表 14 藍(lán)牙智能樓宇設(shè)備年出貨量（單位：億）1510502017 2018 2019E 2020E 2021E 2022E 2023E藍(lán)

20、牙智能家居設(shè)備年出貨量增速20%15%10%5%0%432102017 2018 2019E 2020E 2021E 2022E 2023E藍(lán)牙智能樓宇設(shè)備出貨量增速100%80%60%40%20%0%資料來(lái)源：SIG， 資料來(lái)源：SIG， 圖表 15 藍(lán)牙智慧城市設(shè)備年出貨量（單位：億） 圖表 16 藍(lán)牙智能工業(yè)設(shè)備年出貨量（單位：億）2.521.510.5020172018 2019E 2020E 2021E 2022E 2023E藍(lán)牙智慧城市設(shè)備年出貨量增速100%80%60%40%20%0%32.521.510.5020172018 2019E 2020E 2021E 2022E 20

21、23E藍(lán)牙智能工業(yè)設(shè)備年出貨量增速80%60%40%20%0%資料來(lái)源：SIG， 資料來(lái)源：SIG， 具體來(lái)說(shuō)，低功耗藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)爆發(fā)的空間集中在智能家居、智慧樓宇、智慧城市、智能工業(yè)等領(lǐng)域。根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟（ SIG）數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì) 2023 年藍(lán)牙智能家居設(shè)備年出貨量將達(dá)到 11.5 億，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 59%；預(yù)計(jì) 2023 年藍(lán)牙智能樓宇設(shè)備年出貨量會(huì)達(dá)到 3.74 億，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 46%；預(yù)計(jì) 2023 年藍(lán)牙智慧城市設(shè)備年出貨量會(huì)達(dá)到 1.97億，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 40%；預(yù)計(jì) 2023 年藍(lán)牙智慧工業(yè)設(shè)備年出貨量達(dá)到 2.78 億，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 40%。低功耗藍(lán)牙市場(chǎng)

22、將持續(xù)增長(zhǎng)，2023 年全球低功耗藍(lán)牙市場(chǎng)有望達(dá)到67 億美元，2018-2023 年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 7.6%。根據(jù)藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟 SIG 估算，2018 年低功耗單模藍(lán)牙出貨量為 5.4 億，雙模藍(lán)牙出貨量為 27 億， BLE 總市場(chǎng)規(guī)模約 45 億美元。預(yù)計(jì)到 2023 年，全球 90%以上的藍(lán)牙設(shè)備將使用低功耗藍(lán)牙芯片，約有三分之一的設(shè)備將使用單模低功耗藍(lán)牙， 出貨量預(yù)計(jì)達(dá)到 16 億，市場(chǎng)空間達(dá) 22 億美元；為了能夠充分利用藍(lán)牙技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，雙模藍(lán)牙正在取代經(jīng)典藍(lán)牙，預(yù)計(jì) 2023 年雙模藍(lán)牙芯片出貨量將達(dá) 32 億，市場(chǎng)空間高達(dá) 45 美元。2018 至 2023 年低功耗藍(lán)牙整體復(fù)合

23、增長(zhǎng)率達(dá)到 7.6%。 圖表 17 各類藍(lán)牙設(shè)備出貨量（單位：億） 圖表 18 預(yù)計(jì) 2023 年 BLE 設(shè)備出貨量高達(dá)九成32.627166.73.305.410%30%60%40.030.020.010.00.0BLEBR/EDR+BLEBR/EDR20182023BLEBR/EDR+BLEBR/EDR資料來(lái)源：SIG，IHS, 資料來(lái)源：SIG， 國(guó)外廠商搶占高端 BLE 市場(chǎng)先機(jī)，國(guó)內(nèi)廠商也開始逐步布局低功耗藍(lán)牙BLE 領(lǐng)域尚未完全形成寡頭壟斷格局，國(guó)外廠商布局較早， 占據(jù)主要市場(chǎng)份額全球低功耗藍(lán)牙企業(yè)呈現(xiàn)充分競(jìng)爭(zhēng)的格局，國(guó)外廠商布局較早，市占相對(duì)較大。自 2010 年低功耗藍(lán)牙引入

24、以來(lái)，國(guó)外廠商引領(lǐng)低功耗藍(lán)牙建設(shè)，到目前為止，全球主要低功耗藍(lán)牙廠商有 Nordic、Dialog、TI、ST、Cypress、Silicon lab、Microchip、Toshiba、泰凌微等。除泰凌微外，其他廠商多來(lái)自歐美和日本，占據(jù)高端 BLE 芯片市場(chǎng)，其中挪威的 Nordic 以 40%左右的市占率成為BLE 領(lǐng)域的龍頭，國(guó)內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域市占率較高的廠商只有泰凌微一家，目前產(chǎn)品在照明領(lǐng)域應(yīng)用較多，其他廠商多是藍(lán)牙領(lǐng)域的低端同質(zhì)產(chǎn)品。17%8%40%7%7%10%11% 圖表 19 2018 年低功耗藍(lán)牙公司市場(chǎng)占有率NordicDialogTISTQualcomm泰凌微其他資料來(lái)源：

25、TSR， 以 Nordic 為代表的國(guó)外廠商在低功耗領(lǐng)域布局較早，掌握技術(shù)和市場(chǎng)先機(jī)。早期低功耗藍(lán)牙（或稱“藍(lán)牙智能”）由諾基亞和 Nordic 合作開發(fā)，被納入藍(lán)牙 4.0 標(biāo)準(zhǔn)并發(fā)布，因而 Nordic 也為低功耗藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)貢獻(xiàn)了核心技術(shù)和專業(yè)知識(shí)，成為技術(shù)鼻祖。在擁有技術(shù)優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，Nordic 準(zhǔn)確把握市場(chǎng)趨勢(shì)，快速推進(jìn)低功耗藍(lán)牙芯片研發(fā)，在 2012 年發(fā)布了第一代超低功耗藍(lán)牙nRF51 系列，在 2015 年又成功推出 nRF52 系列低功耗芯片，并及時(shí)將這兩個(gè)系列藍(lán)牙升級(jí)到 5.0 及以上版本，占據(jù)市場(chǎng)先機(jī)。2018 年 Nordic 低功耗藍(lán)牙芯片收入為 1.85 億美元，年增長(zhǎng)

26、率 23.3%，市占率 40%左右。細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域的漸次滲透助力Nordic 完成市場(chǎng)開拓。早在 2013 年，Nordic在電腦配件市場(chǎng)占有一席之地，這個(gè)市場(chǎng)為其低功耗藍(lán)牙應(yīng)用提供了良好的過(guò)渡。在此基礎(chǔ)上，Nordic 瞄準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，不斷開拓低功耗藍(lán)牙在物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分領(lǐng)域中的應(yīng)用，尤其在可穿戴設(shè)備、智能家居、醫(yī)療保健設(shè)備市場(chǎng)上獲得了不少客戶的青睞，在市場(chǎng)上占據(jù)了領(lǐng)先地位。Nordic 客戶分部在歐洲、美洲和亞太；2018 年亞太地區(qū)客戶帶來(lái)的業(yè)務(wù)收入高達(dá) 75%，中國(guó)是主要的客戶之一。 圖表 20 Nordic、Dialog 低功耗藍(lán)牙業(yè)務(wù)收入（百萬(wàn)美元）和增長(zhǎng)率2001801601401201

27、00806040200 185150111107635221254334201320142015201620172018250%200%150%100%50%0%-50%NordicDialogNordic增速Dialog增速資料來(lái)源：Nordic、Dialog 年報(bào)， Dialog 是僅次于 Nordic 的第二大低功耗藍(lán)牙芯片公司，截至 2018 年，低功耗藍(lán)牙芯片出貨量超過(guò) 2 億顆。2018 年 Dialog 低功耗藍(lán)牙業(yè)務(wù)收入約 0.52 億美元，年增長(zhǎng)率 21%，市占率約 11%。公司從 2013 年開始研發(fā)低功耗藍(lán)牙， 2015 年第一代低功耗藍(lán)牙出貨，逐漸形成完整的產(chǎn)品組合，2

28、016 年第二代低功耗藍(lán)牙出貨，并在 2017 年升級(jí)到藍(lán)牙 5.0。其產(chǎn)品主要應(yīng)用在可穿戴設(shè)備和智能家居上?？梢?，國(guó)外占據(jù)一定市場(chǎng)份額的公司在低功耗藍(lán)牙研發(fā)上起步較早，與下游客戶聯(lián)系緊密，為最近幾年低功耗藍(lán)牙應(yīng)用場(chǎng)景的爆發(fā)做了充足的鋪墊。盡管低功耗藍(lán)牙以國(guó)外廠商為主，但在全球市場(chǎng)上并未形成少數(shù)廠商壟斷的局面。2.2 國(guó)產(chǎn)高端低功耗藍(lán)牙逐漸起步，進(jìn)口替代成為確定趨勢(shì)低功耗藍(lán)牙作為物聯(lián)網(wǎng)重要無(wú)線連接技術(shù)，使用場(chǎng)景越來(lái)越豐富，國(guó)內(nèi)廠商也在加速布局，除去傳統(tǒng)藍(lán)牙企業(yè)積極轉(zhuǎn)型或拓展新板塊，低功耗藍(lán)牙創(chuàng)業(yè)公司也如雨后春筍般萌發(fā)。盡管國(guó)外低功耗藍(lán)牙芯片發(fā)展較早占據(jù)優(yōu)勢(shì)， 但國(guó)外產(chǎn)品普遍價(jià)格昂貴，且面臨著繼

29、續(xù)開發(fā)難度大、國(guó)內(nèi)本土化服務(wù)不足等劣勢(shì)，為國(guó)內(nèi)企業(yè)進(jìn)入低功耗藍(lán)牙領(lǐng)域創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。圖表 21 國(guó)內(nèi)外主要 BLE 廠商產(chǎn)品優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比廠商產(chǎn)品優(yōu)劣勢(shì)Nordic產(chǎn)品豐富、性能好、軟件資料齊全；電源管理出身，功耗低、性能好、穩(wěn)定性好、價(jià)格低；Dialog軟件復(fù)雜，開發(fā)難度大，OTA 升級(jí)需要外置 Flash。軟件框架過(guò)于復(fù)雜，應(yīng)用層不夠簡(jiǎn)單清晰，小客戶價(jià)格高。開發(fā)資料全，參考設(shè)計(jì)多，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，技術(shù)支持好，首家量產(chǎn) BLE5.0 芯片；TIRAM、Flash 偏小，有點(diǎn)雞肋，應(yīng)用稍復(fù)雜些需要外置Flash。雙處理器架構(gòu)，性能好、應(yīng)用開發(fā)靈活，待機(jī)功耗超低，F(xiàn)itbit 手環(huán)供應(yīng)商；進(jìn)入時(shí)間較晚，產(chǎn)

30、品線少，應(yīng)用方案少。STQualcomm專注音頻應(yīng)用，是目前中高端藍(lán)牙音頻領(lǐng)域龍頭；國(guó)內(nèi)第一家 BLE 廠商，產(chǎn)品性能好、品質(zhì)優(yōu)異，主要用于燈控領(lǐng)域；泰凌微產(chǎn)品線少，其他領(lǐng)域拓展緩慢。BLE 領(lǐng)域開發(fā)較少。資料來(lái)源：公開資料， 國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)藍(lán)牙廠商出貨的 BLE 的普遍集中在低端 BLE 上，版本在 4.2 及以下，近兩年才開始轉(zhuǎn)型布局 BLE5.0，但主要還是應(yīng)用在藍(lán)牙音頻上的雙模低功耗藍(lán)牙芯片，少數(shù)廠商開發(fā)具有藍(lán)牙 mesh 和室內(nèi)定位等功能的單模藍(lán)牙透?jìng)餍酒?。臺(tái)灣絡(luò)達(dá)、瑞昱成立時(shí)間較早，主要生產(chǎn)藍(lán)牙音頻芯片，在 2016 年以后才陸續(xù)研發(fā)高端BLE，近兩年有部分BLE5.0 產(chǎn)品出貨，但量還

31、不算大。其余公司例如恒玄、珠海杰理、炬芯、博通集成等，近年來(lái)都陸續(xù)轉(zhuǎn)向高端低功耗雙模藍(lán)牙產(chǎn)品研發(fā)。例如，2019 年 4 月上市的公司博通集成，上市籌資主要用于研發(fā) BLE5.0 和 5.1 芯片。核心產(chǎn)品成立時(shí)間BLE創(chuàng)業(yè)企業(yè)核心產(chǎn)品成立時(shí)間經(jīng)典藍(lán)牙企業(yè)轉(zhuǎn)型圖表 22 國(guó)內(nèi) BLE 廠商及主要產(chǎn)品炬芯科技2014雙模 BLE4.0/4.2/5.0泰凌微2010雙模 BLE4.0/5.0單模 BLE4.2/5.0單模 BLE4.2/5.0藍(lán)牙m(xù)esh2014富瑞坤雙模 BLE5.02000安凱微藍(lán)牙m(xù)esh單模 BLE5.0藍(lán) 牙 mesh2015奉加微雙模 BLE4.0/5.0單模 BLE4

32、.2/5.02003建榮珠海杰理2010雙模 BLE4.2/5.0上海巨微2014單模 BLE 4.0博通集成2004雙模 4.0/4.1桃芯科技2017單模 BLE5.0單模 BLE4.0聯(lián)睿微2015單模 BLE5.0資料來(lái)源：公開資料， 國(guó)內(nèi)早期切入 BLE 芯片市場(chǎng)的廠商只有泰凌微一家，但近幾年以 BLE 作為創(chuàng)業(yè)方向的公司越來(lái)越多。泰凌微于 2010 年成立，是我國(guó)第一家真正意義上的低功耗藍(lán)牙，2014 年第一代低功耗藍(lán)牙芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，2016 年多模低功耗藍(lán)牙芯片誕生。產(chǎn)品主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)中智能照明和可穿戴設(shè)備，它是國(guó)內(nèi)出貨量最大的低功耗藍(lán)牙廠商，全球占比接近 8%。其他低功耗藍(lán)牙

33、創(chuàng)業(yè)公司比如富瑞坤、巨微、奉加微、聯(lián)睿微、桃芯科技等也正在起步，并結(jié)合中國(guó)企業(yè)的需求，開發(fā)本土化程度更高的低功耗藍(lán)牙芯片。芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移大勢(shì)所趨，多重驅(qū)動(dòng)使得國(guó)內(nèi)低功耗藍(lán)牙廠商實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代確定性高。隨著中國(guó)對(duì)集成電路產(chǎn)業(yè)政策支持發(fā)力，以及為了抵御中美貿(mào)易摩擦帶來(lái) IC 供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)等外部因素；還有國(guó)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)藍(lán)牙終端市場(chǎng)巨大需求刺激，以及國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)優(yōu)秀人才變多等內(nèi)部因素；藍(lán)牙廠商逐漸向內(nèi)地轉(zhuǎn)移，高端低功耗藍(lán)牙作為一個(gè)好賽道，國(guó)產(chǎn)替代是一個(gè)必然。藍(lán)牙芯片廠商以產(chǎn)品功耗、成本和穩(wěn)定性作為公司的核心競(jìng)爭(zhēng)力低功耗是 BLE 設(shè)計(jì)重要要求無(wú)線連接設(shè)備對(duì)功耗要求高，平衡 BLE 性能和功耗十分關(guān)鍵

34、。在可穿戴設(shè)備、藍(lán)牙位置服務(wù)、智能家居、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等藍(lán)牙新興應(yīng)用方向中，這些設(shè)備不需要時(shí)刻保持運(yùn)行，只需在被喚醒時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸或執(zhí)行控制，而且每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不大。出于體積限制和無(wú)線連接的要求，要設(shè)備保持長(zhǎng)久運(yùn)行就需要功耗極低，這就對(duì) BLE 芯片的功耗提出了要求。BLE 參數(shù)參數(shù)解釋參數(shù)影響圖表 23 BLE 芯片主要參數(shù)解釋和影響尺寸BLE 芯片的面積不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì) BLE 芯片面積要求不同BLE 連接狀態(tài)下廣播或連市場(chǎng)上 BLE5.0 基本處在 4-8mA 范圍續(xù)傳輸數(shù)據(jù)的功耗工作功耗待機(jī)功耗BLE 處在待機(jī)或深度睡眠的功耗市場(chǎng)上 BLE5.0 基本降至 1uA 左右接收（RX）靈敏度

35、BLE 能夠正確識(shí)別有用信號(hào)的最小信號(hào)接收功率BLE 接收靈敏度在-90dBm 左右，負(fù)的越多， 接收的信號(hào)強(qiáng)度越低，靈敏度就越高通訊接口BLE 模塊提供的靈活硬件接口根據(jù)藍(lán)牙應(yīng)用方案需求不同選擇 BLE 芯片發(fā)射（TX）靈敏度BLE 發(fā)射輸出功率發(fā)射功率小的射頻傳輸方式距離近BLE 藍(lán)牙角色以及 BLE 連BLE 藍(lán)牙一般分為主機(jī)、從機(jī)、主從一體的工作方式接方式和設(shè)備數(shù)量角色。主機(jī)能連接多個(gè)從機(jī)，藍(lán)牙 Mesh 能實(shí)現(xiàn)多對(duì)多通訊。資料來(lái)源：公開資料， 低功耗藍(lán)牙芯片功耗主要來(lái)源為動(dòng)態(tài)運(yùn)行功耗和靜態(tài)睡眠功耗。而這些功耗是受設(shè)備激活時(shí)間、休眠時(shí)間、激活和休眠之間轉(zhuǎn)換頻率、執(zhí)行通信協(xié)議和應(yīng)用程序的

36、效率、供電電壓、工作溫度等因素影響。圖 24 反映了連接事件和連接間隔對(duì)功耗的影響，當(dāng)設(shè)備激活運(yùn)行時(shí)，功耗較高，處在休眠狀態(tài)時(shí)，功耗較低；當(dāng)連接間隔越長(zhǎng)時(shí)，通信頻率下降，傳輸時(shí)間變長(zhǎng)，而功耗也變低了。另外，圖 25 表示從設(shè)備（slave）對(duì)主設(shè)備（master）發(fā)出的連接事件響應(yīng)的時(shí)間也對(duì)功耗有影響。從設(shè)備只在有數(shù)據(jù)的時(shí)候才傳輸，在沒有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)那樾蜗虏恍枰獙?duì)主設(shè)備進(jìn)行響應(yīng)，功耗也會(huì)降低。 圖表 24 連接事件和連接間隔的功耗 圖表 25 從設(shè)備對(duì)主設(shè)備連接事件反應(yīng)時(shí)延資料來(lái)源：TI， 資料來(lái)源：TI， BLE 功耗的降低，主要是通過(guò)芯片設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)之初， 通過(guò)合理地劃分軟硬

37、件，得到比較合理的低功耗系統(tǒng)方案。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，芯片設(shè)計(jì)上需要考慮防異常功耗設(shè)計(jì)、功耗管理設(shè)計(jì)、電源管理設(shè)計(jì)、微功耗值守電路設(shè)計(jì)等；具體而言是要減少射頻、電源管理和系統(tǒng)控制的功耗。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面需要外圍軟件開發(fā)適應(yīng)硬件，優(yōu)化軟件代碼以減少運(yùn)算復(fù)雜性，采用低功耗的程序設(shè)計(jì)以及有效的外圍功耗管理設(shè)計(jì)，從而達(dá)到產(chǎn)品功耗和性能的最佳平衡。無(wú)線連接穩(wěn)定性是低功耗藍(lán)牙產(chǎn)品力的體現(xiàn)BLE 連接穩(wěn)定性直接影響用戶體驗(yàn)，是決定產(chǎn)品市場(chǎng)開拓廣度和深度的重要因素。外界環(huán)境無(wú)線干擾很多，給 BLE 連接帶來(lái)問題，比如設(shè)備無(wú)法連接、連接異常斷開、反復(fù)斷開重連、復(fù)位從機(jī)連接的情況。藍(lán)牙芯片要良好抵御外部干擾，廠商的芯

38、片設(shè)計(jì)是保證穩(wěn)定性的首要環(huán)節(jié)。特別是對(duì)模擬信號(hào)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、射頻端的電路設(shè)計(jì)，決定了產(chǎn)品穩(wěn)定性。 圖表 26 信號(hào)鏈信號(hào)處理和傳輸過(guò)程資料來(lái)源：深入淺出通信原理， 從信號(hào)鏈角度出發(fā)，藍(lán)牙芯片要傳輸傳感器收集的數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過(guò)基帶和射頻來(lái)實(shí)現(xiàn)?；鶐Р糠痔幚頂?shù)字信號(hào)，進(jìn)行信道編碼、脈沖成形和調(diào)制解調(diào)等，射頻端則通過(guò)功放、濾波器、天線等發(fā)送信號(hào)。而在這些過(guò)程中，藍(lán)牙芯片需要區(qū)分并處理其他藍(lán)牙設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)或其他無(wú)線技術(shù)產(chǎn)生的無(wú)關(guān)信號(hào)，以保證數(shù)據(jù)完整且高質(zhì)量的傳輸，這也是藍(lán)牙芯片穩(wěn)定性的體現(xiàn)。BLE 芯片穩(wěn)定性很大程度上體現(xiàn)了產(chǎn)品性能，這要求公司經(jīng)驗(yàn)豐富的模擬芯片工程師對(duì)芯片架構(gòu)做合理設(shè)計(jì)，使藍(lán)牙傳輸信號(hào)保持穩(wěn)定，優(yōu)化藍(lán)牙性能。成本是低功耗藍(lán)牙廠商進(jìn)入市場(chǎng)的關(guān)鍵因素BLE 廠商能否成功切入市場(chǎng)，不僅需要產(chǎn)品性能好，還要售價(jià)合理；而公司自身也需保有較高毛利率來(lái)維持運(yùn)轉(zhuǎn)。這兩個(gè)因素都要求公司的產(chǎn)品成本要低，而芯片成本主要包括芯片設(shè)計(jì)成本和芯片硬件成本。BLE 芯片設(shè)計(jì)成本包括研發(fā)費(fèi)用、EDA 開發(fā)工具、IP 授