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什么是基帶?基帶長什么樣?

2017-4-9 14:28| 來源:電工學習網| 查看: 23410| 評論: 0

摘要: 什么是基帶?對于基帶一詞,想必很多網友都是耳熟能祥的東西,畢竟在“遠古”時代的Android是可以隨意刷寫基帶,就像更新ROM一樣簡單,刷入新基帶過后還可能對手機的信號、通話質量有一定增強。不過呢在這里,我們所 ...
什么是基帶?
對于基帶一詞,想必很多網友都是耳熟能祥的東西,畢竟在“遠古”時代的Android是可以隨意刷寫基帶,就像更新ROM一樣簡單,刷入新基帶過后還可能對手機的信號、通話質量有一定增強。不過呢在這里,我們所指的基帶是硬件上的基帶芯片。
基帶芯片就是手機中的通信模塊,最主要的功能就是負責與移動通信網絡的基站進行交流,對上下行的無線信號進行調制、解調、編碼、解碼工作。沒有了它的支持,你的手機只能是一個擺設,無法發揮出手機原本應該有的通訊作用,包括通話、短信、上網一系列互連功能。基帶的作用十分類似于我們日常生活中的光貓、ADSL貓作用,只不過是將信號處理對象由光、電變成電磁波。
基帶芯片核心部分最主要分為兩個部分:射頻部分和基帶部分。射頻部分是將電信號調制成電磁波發送出去或是對接收電磁波進行解調,并且實現基帶調制信號的上變頻和下變頻。基帶部分一般是對信號處理,一般由固定功能的DSP提供強大的處理能力,在現代通信設備中,DSP一般被用作語音信號處理、信道編解碼、圖像處理等等。
因此你的手機支持什么制式網絡及頻段,通話質量的好壞、網速的快慢、信號的強弱都由這塊基帶芯片決定,不同的基帶芯片之間參數、性能、體驗區別非常之大。因此基帶的好壞已經基本上決定了你手機的使用體驗,外觀上再好看再精致的手機,沒有一款強大的基帶芯片在背后默默支持,那也只不過是個花瓶玩意,中看不中用。基帶芯片手機中最核心的部分,也是技術含量最高的部分,全球只有極少數廠家擁有此項技術。
基帶長什么樣?
集成于SoC:
目前移動基帶的趨向于集成于SoC上(System on a Chip,片上系統,就是一個芯片集成了非常多的功能)。以高通驍龍835為例,在整個SoC芯片上,集成了CPU、GPU、DSP、ISP、安全模塊以及X16 LTE Modem,也就是移動基帶。


通常情況下,SoC內置通信基帶往往意味著廠商擁有著強大的基帶設計能力,手握著最為重要的基礎通信技術專利,而且手機基帶對于功耗要求非常嚴苛,要精確控制功耗的變化一點都不容易。目前能做到在SoC上集成基帶功能的廠商包括:高通、MTK、華為等。
因此目前大量銷售高通以及MTK的SoC方案非常省事,他們已經把CPU、GPU、基帶什么的都調試好,這對于需要大量新機來維持銷量和盈利的手機廠商來說,太具有吸引力了。集成基帶也有缺點就是對射頻性能有一定影響,需要考察手機廠商對于射頻天線的設計能力。
SoC集成基帶將會是未來的主流,無論是高通、MTK、華為都在搞集成基帶,好處顯而易見,成本降下來了,這很容易理解,原來需要兩塊或者更多芯片才能完成的事情,現在只要一塊就可以搞定。
外掛基帶:
由于基帶芯片的技術門檻高、研發周期長、資金投入大, 對于一般廠商而言,自行開發基帶芯片十分不劃算,都是通過外掛別家廠商的基帶實現通信功能。另外部分廠商對于基帶研發速度較慢,跟不上CPU的更新換代速度,因此外置基帶顯然成本更為低廉。
外掛基帶也不是什么丟人的事,即便是三星仍在采用外掛基帶策略作為手機通信模塊,這個純屬無奈之舉,畢竟基礎通信技術有著不可跨越的專利壁壘,你必須得購買別家的技術授權,傳聞三星下一代shannon 359基帶將會完全集成于SoC內。
而且還有一種十分重要的原因,就是高通是Code Divsion Multi Access(CDMA)的發明者,擁有最多的CDMA基礎專利,并且設計了龐大而關系錯綜復雜的專利壁壘,而GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA網絡大量使用了CDMA的技術原理以及專利,現在以及可見的未來是繞不開的,外人很難將這些技術集成到自己的基帶設計中,除非交出一筆不菲的專利“保護費”。


蘋果iPhone 7使用的A10 Fusion SoC + Samsung RAM,外掛高通MDM9645M Cat.12基帶方案
信號處理過程
當我們用手機打電話、上網時,電信號首先要經過基帶處理,然后在手機和基站間建立邏輯信道,語音、網絡數據就通過邏輯信道發送給基站,實現信息的互聯和通信。
一個經過簡化的數字通信系統模型如下所示:


不同網絡制式下,語音信源編碼方式
信源編碼——刪繁就簡
主要目前就是前期將需要傳輸的信源數據進行過濾,把沒有用的、冗余的數據全部去掉,使用一定算法壓縮信息,好處不言而喻,節省了信道資源、提高了系統有效性。


不同網絡制式下,語音信源編碼方式
信道編碼——增加冗余檢錯
與信源編碼相反,信道編碼的主要目的就是增加冗余信息,因為電磁波信號在自由空間傳播時,信道中常有干擾、噪聲以及多徑衰落問題,造成信號收發出錯,因此發明了信道編碼,引入冗余信息使得接受的信息也可以自行糾錯檢錯。


不同網絡制式下,信道編碼方式
數字調制——頻譜搬移
發射端將調制信號從低頻端搬移到高頻端(數字基帶信號與正弦波相乘調制成數字帶通信號),便于天線發送或實現不同信號源,并且可以對頻譜進行復用,提供利用率。


信源解碼、信道解碼、數字解調都是其逆向過程,同樣需要專用硬件支持。目前隨著數字信號處理技術的發展,ARM微處理器、DSP和FPGA結構體系成為移動終端芯片實現的主要方式。

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