近日，由AIoT星圖研究院與物聯(lián)傳媒編寫(xiě)的《中國(guó)RFID無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告（2022版）》正式對(duì)外發(fā)布，報(bào)告的精華內(nèi)容，我們將會(huì)通過(guò)微信公眾號(hào)陸續(xù)對(duì)外展示。

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)，顧名思義，就是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備沒(méi)有采用電源（電池或者電線），而是通過(guò)采集環(huán)境中的微能量使物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)正常工作。

人們常說(shuō)，“水乃生命之源”，而能量，則是驅(qū)動(dòng)IoT設(shè)備工作的源頭。

在人類的發(fā)展史上，能源占據(jù)著舉足輕重的地位，目前，人們對(duì)于能量的采集、存儲(chǔ)與使用已經(jīng)爐火純青，以至于很多人都忽視了它的存在。但在IoT產(chǎn)業(yè)中，人們對(duì)能量的重視程度日益凸顯。

比如說(shuō)，最近幾年新涌現(xiàn)出來(lái)的NB-IoT、LoRa等新興傳輸技術(shù)一個(gè)最主要的賣點(diǎn)就是低功耗。而藍(lán)牙、WiFi、Zigbee等成熟的無(wú)線傳輸技術(shù)，每一代版本的演進(jìn)突破方向之一，就是如何把功耗做到更低。

為何IoT市場(chǎng)如此重視低功耗

在IoT市場(chǎng)，連接數(shù)字是被視為市場(chǎng)前景重要指標(biāo)，200億、500億、1000億，這樣的連接數(shù)字頻頻出現(xiàn)在人們的視野。

而這些龐大的IoT設(shè)備，有非常大的比例是需要用電池供電，如果綜合考慮顯性成本與隱性成本，電池在IoT設(shè)備的成本比例不可小覷。

?顯性成本就是電池的購(gòu)買成本，僅看價(jià)格，電池已經(jīng)很便宜，但是再便宜的單價(jià)×500億的量都是一個(gè)很大的數(shù)字，并且，如果功耗大，1臺(tái)設(shè)備更換電池就會(huì)很頻繁，電池的成本更高。

?隱性成本就是更換電池所耗費(fèi)的人工成本，電池對(duì)環(huán)節(jié)造成的損害等。隱性成本雖無(wú)法量化，但整體的量也是一個(gè)很大的數(shù)字。

所以，很多場(chǎng)景需要做到單個(gè)電池的使用壽命與IoT設(shè)備的迭代周期同步，即當(dāng)電池電量耗完時(shí)，這個(gè)設(shè)備也需要更換。

這一需求也促使了各類IoT相關(guān)的技術(shù)都在往低功耗的方向演進(jìn)，不僅僅是無(wú)線通信技術(shù)，還有低功耗傳感器產(chǎn)品，低功耗的IC架構(gòu)、更低功耗的基礎(chǔ)材料以及更低功耗的軟件系統(tǒng)等都逐漸被人重視。

但，有源設(shè)備中，功耗再低，還是需要電池。

那么， IoT設(shè)備能不能徹底擺脫電池的限制，不用電池就能正常使用呢？答案是肯定的。這就是最近火起來(lái)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

從技術(shù)種類來(lái)分，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)主要分為這么幾類：

第一種就是通過(guò)采集周圍環(huán)境中的無(wú)線電能量來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如說(shuō)4G信號(hào)，5G信號(hào)，Wi-Fi信號(hào)，藍(lán)牙信號(hào)等等，每一種無(wú)線電信號(hào)，都是一種能量傳輸。

這也是最受關(guān)注的方式，因?yàn)橐粋€(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要正常運(yùn)作，除了獲取工作能量之外，還需要將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，而信號(hào)的傳輸也是依靠無(wú)線電信號(hào)，因此，采用無(wú)線電方式既可以獲取能量，也可以傳輸信號(hào)，讓系統(tǒng)非常的簡(jiǎn)潔，同時(shí)成本、尺寸等都可以做到很低。

第二種常見(jiàn)的就是采集太陽(yáng)能供電，太陽(yáng)能供電可以獲取較大的電能，但是系統(tǒng)復(fù)雜，成本高，在某些場(chǎng)景適用，但是對(duì)于大規(guī)模，低成本的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景而言，很明顯是不適用的。

第三種，就是按壓式發(fā)電，通過(guò)機(jī)械力改變材料的形變而產(chǎn)生電流，這種方式也有一些比較適用的場(chǎng)景，比如說(shuō)開(kāi)關(guān)，遙控器等。但這種需要直接動(dòng)手的方式，很明顯，在大多數(shù)的場(chǎng)景中也不適合。

除此之外，市場(chǎng)上也有溫度差，震動(dòng)等方式進(jìn)行自動(dòng)采集環(huán)節(jié)能源的方案出現(xiàn)。

因?yàn)闊o(wú)線電信號(hào)的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方式應(yīng)用最廣泛，所以，這也是本報(bào)告重點(diǎn)研究的方向。

無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)并不算新技術(shù)

為何最近這么受重視呢？

第一個(gè)原因：節(jié)能環(huán)保是全球共同的時(shí)代主題。

目前在全球范圍，關(guān)于如何對(duì)自然環(huán)境進(jìn)行保護(hù)以促進(jìn)人類的可持續(xù)發(fā)展成為了重要的課題，而我國(guó)也提出了“碳達(dá)峰”、“碳中和”的概念。

而電池的對(duì)環(huán)境有較大的損害，所以，在時(shí)代背景之下，通過(guò)吸收環(huán)境中的無(wú)線電波的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就受到了格外重視。

第二個(gè)原因：應(yīng)用需求端要求降低IoT設(shè)備的成本與尺寸。

IoT設(shè)備脫離了電池的束縛，可以做到更小的尺寸與更靈活的形態(tài)，甚至是柔性貼片式的形態(tài)，以方便應(yīng)用。

另外沒(méi)有電池也可以降低很大比例的成本，尤其是對(duì)于很多低價(jià)格的產(chǎn)品而言，幾毛錢的成本差異就會(huì)限制一大片應(yīng)用場(chǎng)景的使用。

物聯(lián)網(wǎng)的愿景就是“萬(wàn)物皆可連接”，但對(duì)于很多低價(jià)格的產(chǎn)品，比如礦泉水、零食、快遞包裹等來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品的利潤(rùn)很低，采用電池連接，顯然是不合適的。所以，采用低成本的無(wú)源連接方案成為釋放千億乃至萬(wàn)億級(jí)連接量的必然之選。

為什么是RFID將會(huì)成為時(shí)代的答案？

無(wú)線傳輸技術(shù)有很多，為什么RFID會(huì)是時(shí)代的答案？

要評(píng)判一個(gè)無(wú)源無(wú)線電技術(shù)的優(yōu)劣，主要有兩個(gè)指標(biāo)，第一個(gè)指標(biāo)是工作的距離，工作距離越遠(yuǎn)，適用的場(chǎng)景就越廣；第二個(gè)指標(biāo)就是成本，無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)適用的場(chǎng)景就是低成本，誰(shuí)的成本更低，誰(shuí)就更有優(yōu)勢(shì)。

1、相較于其他的無(wú)線技術(shù)，無(wú)源RFID可以傳輸?shù)母h(yuǎn)

無(wú)線電波無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)方案想要獲得較遠(yuǎn)的傳輸距離，對(duì)相應(yīng)產(chǎn)品有兩個(gè)層面的要求。

第一，是從無(wú)線電波中吸取能量的效率要高。

從無(wú)線電波中吸取能量有近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)之分。近場(chǎng)能量傳輸主要是通過(guò)線圈的電感耦合，傳輸距離很近，比如說(shuō)NFC就是采用這種方式，一般工作距離只有幾厘米。

而遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸為微波輻射系統(tǒng)，電磁能量的傳送是在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域(輻射場(chǎng))中完成。常見(jiàn)的通信技術(shù)比如UHF RFID、藍(lán)牙、Wi-Fi等都是在遠(yuǎn)場(chǎng)中完成能量傳輸。

影響遠(yuǎn)場(chǎng)能量傳輸?shù)臈l件主要有3個(gè)，即：信號(hào)源發(fā)射功率、天線的大小、以及無(wú)線電波的頻率。

發(fā)射功率每個(gè)國(guó)家都有嚴(yán)格的規(guī)定，尤其是民用產(chǎn)品都有發(fā)射功率上限，以避免對(duì)其他信號(hào)造成干擾或者對(duì)人體造成輻射危害，除了運(yùn)營(yíng)商的蜂窩通信技術(shù)比非授權(quán)頻譜有更高的發(fā)射功率之外，其他的技術(shù)差別不大。

天線每種技術(shù)都通用，產(chǎn)生不了差異。

所以，影響無(wú)線電波能量傳輸最大的因素就是電磁波的頻率，下面一組測(cè)試數(shù)據(jù)：固定發(fā)射天線輸出功率及接收天線尺寸，記錄不同頻率下讀距，得到如下圖所示為不同頻率下的工作距離圖。

不同頻率下的工作距離圖，來(lái)源：《物聯(lián)網(wǎng)UHF RFID技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用》

由此可以看出，遠(yuǎn)場(chǎng)傳輸獲取能量效率最高的頻段是800MHz-1GHz區(qū)間范圍內(nèi)。在該頻段范圍內(nèi)，同等的條件下，節(jié)點(diǎn)工作的距離最遠(yuǎn)。

幾種主要的無(wú)線技術(shù)工作頻段：

第二，就是芯片的工作電流要足夠低。

芯片的工作電流越低，相應(yīng)的工作距離也會(huì)越遠(yuǎn)，我們統(tǒng)計(jì)了幾類頻率較為相近的通信技術(shù)的工作電流，見(jiàn)下圖：

在實(shí)際的應(yīng)用中，會(huì)通過(guò)加電容的方式儲(chǔ)存電量，在應(yīng)用的時(shí)候通過(guò)電容放電以達(dá)到芯片的工作要求，也可以擴(kuò)大芯片的工作距離，但這針對(duì)的是低頻次數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱?chǎng)景。

通過(guò)上述兩個(gè)維度的篩選，可以很直觀的得出一個(gè)結(jié)論，那就是RFID是最優(yōu)秀的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2、RFID的成本優(yōu)勢(shì)明顯

目前RFID的標(biāo)簽使用量每年已有數(shù)百億，龐大的規(guī)模刺激標(biāo)簽的成本價(jià)格在逐漸降低，以UHF RFID標(biāo)簽為例，目前在鞋服零售這類大批量通用市場(chǎng)上，它的市場(chǎng)售價(jià)穩(wěn)定在2-3毛人民幣，并且有繼續(xù)下降的趨勢(shì)，而市場(chǎng)上備受關(guān)注的快遞物流包裹場(chǎng)景中，對(duì)于電子標(biāo)簽的成本價(jià)要求是1毛以內(nèi)，這并不是一個(gè)不可達(dá)到的目標(biāo)。

而相比之下，wifi、藍(lán)牙、UWB等其他的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，一顆芯片的成本都要幾塊到幾十塊，即便是為了適應(yīng)無(wú)源場(chǎng)景而進(jìn)行功能的簡(jiǎn)化與成本低的優(yōu)化，也很難達(dá)到RFID的水平。

所以，從成本上來(lái)說(shuō)，RFID是未來(lái)千億級(jí)低成本IoT連接方案的正確答案。

當(dāng)然，RFID技術(shù)也不是萬(wàn)能，它也有自己的局限性。第一是它的能力非常簡(jiǎn)單，只能存儲(chǔ)傳輸小量的數(shù)據(jù)，如果應(yīng)用場(chǎng)景中需要比較復(fù)雜的技術(shù)就不太合適；第二就是UHF RFID沒(méi)法與手機(jī)產(chǎn)生互動(dòng)，而要與手機(jī)產(chǎn)生互動(dòng)就需要加上NFC這樣的雙模方案，但這會(huì)增加成本，并且NFC傳輸?shù)木嚯x很短。

所以，不同的場(chǎng)景需要用不同的方案，其他的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也會(huì)找到自己的應(yīng)用空間。

當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)千億級(jí)的目標(biāo)，挑戰(zhàn)同樣很大。

挑戰(zhàn)一：缺芯帶來(lái)的陣痛

缺芯是最近一兩年最熱的話題，幾乎各行各業(yè)都面臨著缺芯的情況，RFID同樣如此。

缺芯的原因有很多，比如因疫情導(dǎo)致很多晶圓廠生產(chǎn)停工；中間商囤貨也是一個(gè)原因；當(dāng)然還有就是以新能源汽車為代表的增量市場(chǎng)，吸走了大量的芯片生產(chǎn)產(chǎn)能。

諸多的因素刺激之下，RFID芯片的產(chǎn)能就顯得緊張。

根據(jù)市場(chǎng)信息，RFID芯片都出現(xiàn)了不同程度的漲幅，芯片廠商對(duì)于大客戶會(huì)優(yōu)先供給，并且漲幅不大；但是在散客市場(chǎng)上，因?yàn)榈貌坏叫酒瑥S商的直接供給，只能去找市場(chǎng)上的存貨，而價(jià)格體系也非?；靵y，漲幅3-5倍甚至更高的交易都會(huì)出現(xiàn)。

缺芯潮對(duì)RFID行業(yè)也必將會(huì)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

最直接影響的就是改變了市場(chǎng)形態(tài)。在以往的商業(yè)環(huán)境中，誰(shuí)手里有項(xiàng)目誰(shuí)就有話語(yǔ)權(quán)，拿到項(xiàng)目的企業(yè)可以自己去擴(kuò)充產(chǎn)能去做，也可以外包給其他企業(yè)去做，這是一個(gè)買方市場(chǎng)。

而缺芯之后，逐漸變成了賣方市場(chǎng)，誰(shuí)手里有芯片，誰(shuí)手里有產(chǎn)能，誰(shuí)就能拿到更多的項(xiàng)目。

另一個(gè)深遠(yuǎn)影響就是國(guó)產(chǎn)替代芯片的崛起。

雖然從性能上來(lái)說(shuō)，國(guó)產(chǎn)RFID芯片與國(guó)外芯片還有些差距，但是國(guó)產(chǎn)芯片的價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯，再加上缺芯的因素，國(guó)產(chǎn)芯片在很多時(shí)候成為了市場(chǎng)的必然選擇。

有更多的項(xiàng)目使用，國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)就會(huì)有更多的財(cái)力以及項(xiàng)目驗(yàn)證去升級(jí)完善產(chǎn)品，這將會(huì)形成一個(gè)正反饋，相信即便是缺芯結(jié)束之后，國(guó)產(chǎn)芯片在市場(chǎng)上也會(huì)站穩(wěn)腳跟。

挑戰(zhàn)二：價(jià)格優(yōu)化的天花板

目前RFID標(biāo)簽最大的應(yīng)用領(lǐng)域是鞋服零售行業(yè)，而想要讓RFID標(biāo)簽有更普及的應(yīng)用領(lǐng)域，比如在快遞包裹、日常生活消耗品等，標(biāo)簽的價(jià)格依然是最主要的限制因素。

目前大項(xiàng)目中的UHF RFID鞋服標(biāo)簽價(jià)格水平約2-3毛錢，用國(guó)產(chǎn)的芯片甚至可以做到2毛以內(nèi)，但這依然不夠，很多場(chǎng)景需要標(biāo)簽的成本要低于1毛錢，這對(duì)成本的考驗(yàn)很大。

目前的UHF RFID標(biāo)簽成本主要來(lái)源于5個(gè)部分，即芯片、天線、生產(chǎn)設(shè)備投入、人工成本以及其他的耗材成本，每個(gè)標(biāo)簽成本占比見(jiàn)下表。

從上表中可以分析，標(biāo)簽的成本可以優(yōu)化的路徑有：芯片工藝的提升，以降低芯片的成本；天線工藝的改進(jìn)以降低天線成本；綁定機(jī)與復(fù)合機(jī)等設(shè)備的國(guó)產(chǎn)替代化以降低設(shè)備投入成本等。

綜合評(píng)估，雖然成本還有一定的優(yōu)化空間，但成本的優(yōu)化會(huì)有天花板，如果達(dá)到成本優(yōu)化的極限但是依然沒(méi)有達(dá)到低成本應(yīng)用場(chǎng)景的需要，則RFID標(biāo)簽的發(fā)展就會(huì)受阻。

挑戰(zhàn)三：在手機(jī)植入的不確定性

市場(chǎng)上已有RFID這一非常成熟非常優(yōu)秀的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，那為什么最近一兩年會(huì)冒出基于藍(lán)牙、UWB甚至5G的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呢？

一個(gè)非常重要的因素就是UHF RFID沒(méi)有植入手機(jī)，雖然NFC植入了手機(jī)，但是NFC的技術(shù)特點(diǎn)與藍(lán)牙、UWB等沒(méi)有可比性，應(yīng)用需求完全不一樣，而新興的無(wú)源技術(shù)都是可以與手機(jī)產(chǎn)生直接互動(dòng)。

RFID植入手機(jī)的好處顯而易見(jiàn)，首先是量大，智能手機(jī)每年的出貨量都有10億量級(jí)左右，這本身就是一個(gè)很大的市場(chǎng)。其次就是基于手機(jī)可以與消費(fèi)者產(chǎn)生直接的互動(dòng)，讓RFID的應(yīng)用從B端為主，轉(zhuǎn)為B+C端同步開(kāi)展。最后，就是手機(jī)可以扮演讀頭的角色，讓大量的應(yīng)用不需要額外添置專用的讀寫(xiě)器設(shè)備。

手機(jī)廠商植入U(xiǎn)HF RFID芯片在目前看來(lái)還沒(méi)有相關(guān)的信息，這一點(diǎn)，也會(huì)成為其他的無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相比RFID無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一個(gè)最主要的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)。

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