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近场磁感应(Near Field Magnetic Induction,NFMI)市场简报

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简介

近场磁感应(Near Field Magnetic Induction, NFMI)是一种近距离无线技术,通过在设备间耦合一个紧密低功耗且非传播的磁场进行通信。在一个设备中的发射器线圈调制一个电磁场,可以通过在另一个设备中的接收器线圈测量到该电磁场。

近场磁感应通信系统与其他无线通信的不同之处在于,大多数传统的无线射频系统使用天线来产生、发射和传播电磁波,所有的传输能量都被用来辐射到空间,这种类型的传输称为“远场”。NFMI系统将传输能量控制在局部磁场内。这种磁场能量在通信系统周围共振,但不会辐射到空中。这种类型的传输被称为“近场”。NFMI相较于其他射频技术,可以做到发射功率小、低延迟等,而且不受射频(RF)干扰。

用在射频通信中调制方法(幅度调制、相位调制和频率调制)也适用于近场磁感应系统。下图是NFMI通信原理示意图:

在短距离传输时,NFMI比射频能效要高,传输距离取决于天线大小。在NFMI信号穿过(人体)组织时,信号强度下降较小,而射频的信号强度则会下降很大。NFMI的特定吸收率比蓝牙低10000倍。

NFMI传输可靠且私密。NFMI信号强度会随距离急剧下降,可降低同类设备或其他设备的干扰水平提高可靠性。信号传播距离短可增加信息的私密性。

下图是NFMI在耳机中的一个应用示意图。使用标准蓝牙A2DP配置文件不可能向两个不同耳塞发送立体声音频流。使用现有2.4GHz RF解决方案在两耳之间转发高品质音频流非常困难,大多数信号都会被人体组织吸收。NFMI是用于两耳之间无线音频和数据连接的最佳技术,在短距离传输音频和数据流时提供最低功耗。

NFMI技术主要是应用于无线音频和数据的传输,如助听器、无线耳机等。随着Hearables的发展普及,NFMI技术也会是一种选择。

使用NFMI技术的耳机有:

  • Earin - M2

  • Cannice A1

  • Goertek Wireless Earphone

  • Here One - Wireless Smart Earbuds

  • 索尼Xperia™ Ear Duo

  • Optoma NuForce BE Free8

  • BRAGI The Headphone

  • YEVO Labs,YEVO 1

  • B&O Beoplay E8

Hearables分类

Hearables是“听得见的”意思,是可穿戴设备与耳机的混合体,也可称为智能耳穿戴、可穿戴式耳机、智能耳机等,是指与耳朵听力或听觉相关的设备。Hearables可以说是耳朵用的计算机。

“Microsoft put a computer on every desk. Our goal is to put a computer in every ear.” - Doppler Labs

用户对声音的需求,产生了各种各样的产品,下面是WiFore对Hearables产品的细分:


WiFore Consulting按应用不同进行了分类:

  • Hearing Aids -  助听设备

    • Telecoil Replacement - 拾音线圈替代

    • Public Broadcast -  公共广播

  • Augmented Hearing - 增强听力

    • Person2person - 人到人

    • PSAP - Personal Sound Amplify Product,个人声音放大器产品

  • Active Protection - 主动保护

    • Consumer - 消费

    • Industrial - 工业

  • Monitoring (Biometrics) - 监测(生物测量学)

    • Athleisure - 运动

    • Medical - 医疗

  • Audio Curation - 音频策展

    • Concerts - 音乐会

    • Isolation - 隔离

    • Noise Cancelling - 降噪

  • Internet of Voice - 语音互联网,基于互联网的语音交流

    • Voice Recognition - 语音识别

    • Smart Home Control - 智能家居控制

    • Translation - 翻译

  • Audio Playback - 音频播放

无线技术

无线耳机等的穿戴设备中使用无线技术极大地方便了我们与人、与媒体设备等的交流和交互。

主要的无线技术

在助听器、耳机等穿戴设备中,常用到的无线通信技术有:

  • Near Field Magnetic Induction (NFMI) - 近场磁感应

  • Bluetooth (RF) - 蓝牙(射频)

  • Proprietary radio frequency (RF) - 专有射频


NFMI

NFMI通常工作在10MHz到14MHz的频率范围,常用的频率是13.56MHz。NFMI是通过磁场进行通信,穿透性好,可以穿透人的头部和身体。这样就可以在耳与耳之间进行通信,可以方便地调节记忆和音量。由于NFMI使用磁信号传输,信号衰减较快,传输距离有限,大多数使用NFMI的设备传输范围一般都在1米以内。NFMI一般需要一个网关或中继,并与长距离的无线技术融合(如蓝牙),进行远距离的传输。这种混合类型的无线传输会发生音频信息传输的延迟,国际电信联盟建议音频/视频传输延迟不应超过-40毫秒(音频延迟)和+20毫秒(音频提前)。

蓝牙

蓝牙是一个无线通信的开放标准,已广泛应用于音频传输。与NFMI相比,蓝牙信号强度降低的程度要小得多,可以进行远距离音频流传输,但不能很好地穿透人的头部和身体,一般不能用做双耳间通信。NFMI往往与蓝牙相结合在一起应用。

专有射频

专有射频一般使用2.4GHz和900MHz频段。900MHz具有较好的传输特性,可以进行远距离无线通信,可以不需要网关或中继设备。900MHz的信号基本可以覆盖人体周围,信号衰减比2.4 GHz信号要小。2.4GHz频段信号强度的衰减比NFMI低得多,但不能很好地穿透人体头部和身体,一般不能用做两耳通信。

NFMI主要的优点和缺点

NFMI与其他无线技术的比较


市场规模

下面是WiFore Consulting在2014年对智能穿戴和hearables全球市场收入的预测:

Source: The Market for Smart Wearable Technology - WiFore Consulting 2014年1月

根据WiFore Consulting的预测,Hearables产品未来增长将是最快的。

Source : The Market for Smart Wearable Technology - WiFore Consulting 2016年11月

按照WiFored Consulting 的预测,Hearables 2016-2020年产品类别营收排名为:

1 Headphones(耳机) 
2 Hearing Aids(助听器) 
3 Earbuds (耳塞) 
4 Industrial (行业)
5 Bluetooth Headsets (蓝牙耳机) 

目前,hearables市场主要的产品是无线耳机,其次是使用蓝牙功能的助听器或个人声音放大器,而助听器这类产品未来发展会非常迅速。无线耳机是大众消费产品,市场受大品牌产品影响大。随着手机音频接口的消失,无线耳机市场还会带来更大的增长。而技术的进步和音频品质的提升以及成本的降低,也为助听器市场带来了发展动力。耳塞是一个潜在发展的市场,如果蓝牙在功耗方面有所突破的时候,将会是新一波产品创新的开始。



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