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基帶和射頻有什麼用？

2022-04-14 1005

現在流行「端到端」。我們以手機通話為例，觀察一下訊號從手機到基地台的整個過程，看看基頻和射頻是做什麼用的。

當電話接通時，人的聲音會被電話麥克風拾取並變成電訊號。這個電訊號就是類比訊號，我們也可以稱之為原始訊號。

聲波（機械波）轉換為電訊號。

此時，我們的第一位主角Baseband開始出現。

基帶，英文稱為Baseband，是基本頻段。

基本頻段是指特殊的頻率頻寬，即接近零頻率（從直流電到幾百KHz）的頻率範圍。這個頻段的訊號，我們就成為基頻訊號。基頻訊號是最基本的訊號。

現實生活中，我們常說的基頻，是指手機的基頻晶片和電路，或是基地台的基頻處理單元（又稱BBU）。

我們回到剛才所說的語音模擬訊號。

這些訊號將經過基頻中的AD數類比轉換電路進行取樣、量化和編碼，成為數位訊號。具體流程如下：

上圖中的程式碼，我們稱之為來源編碼。

訊號源編碼，說穿了，就是把聲音和影像變成0和1。

對於音訊訊號，我們通常會採用脈衝編碼調變（Pulse Code Modulation，如上圖所示）和MP3編碼。在行動通訊系統中，以3G WCDMA為例，採用AMR語音編碼。

對於視訊訊號，通常使用MPEG-4編碼(MP4)、H.264和H.265編碼。大家應該都很熟了。

除了信源編碼之外，基帶還要做通道編碼。

編碼分為來源編碼以及 信道編碼

通道編碼與信源編碼完全不同。原始碼編碼就是為了減少「體積」。相反，通道編碼增加了“音量”。

通道編碼可以透過添加冗餘資訊來對抗通道中的干擾和衰減，從而提高鏈路效能。

例如，通道編碼就像在貨物的側面填充一樣。塞保護泡沫。如果路上發生顛簸、碰撞，貨物損壞的機率就會降低。

去年聯想投票活動中提到的Turbo碼、Polar碼、LDPC碼以及大家熟知的捲積碼都屬於頻道編碼。

除了編碼之外，基帶還對訊號進行加密。

接下來的工作，或者說基帶負責的，那就是調製。

調製，簡單來說，就是讓「波」更好地代表0和1。

最基本的調變方法是頻率調變（FM）、振幅調變（AM）和相位調變（PM）。如下圖所示，用不同的波形來表示0和1。

現代數位通訊技術非常發達。在此基礎上，發展了多種調製方法。舉個例子眾所周知的有幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）和正交振幅調變。鍵控（ PSK）和正交幅度調製，這是眾所周知的。QAM。

為了直觀地表達各種調製方法，我們將採用一種稱為星座球工具。星座圖中的點可以指示調變訊號的振幅和相位的可能狀態。

星座球

訊號經過調製後，單一符號所能攜帶的資訊量大大提高。目前256G中廣泛應用的5QAM可以用一個符號來表示8-8bit的資料。

256QAM

好了，基頻工作終於完成了。接下來我該做什麼？

輪到無線電頻率了。

無線電頻率，英文名稱為RadioFrequency，又稱射頻。從字面上看，RadioFrequency就是無線電頻率的意思。嚴格來說，射頻是指頻率在300kHz至300GHz之間的高頻電磁波。

眾所周知，當電流通過導體時，會形成磁場。當交流電通過導體時，會形成電磁場並產生電磁波。

頻率低於100kHz的電磁波會被地球表面吸收，無法形成有效的傳輸。頻率高於100kHz的電磁波可以在空氣中傳播，並被大氣外緣的電離層反射，形成長距離傳輸能力。

這種具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻（訊號）。

和基頻一樣，我們通常把射頻電路、射頻晶片、射頻模組、射頻元件等一系列產生射頻訊號的東西統稱為射頻。

因此，我們經常聽到有人說“XX手機的基帶很糟糕”，“XX公司做不了基帶”，“XX設備射頻性能很好”，“XX射頻很貴” …等等。基頻」、「XX設備射頻性能很好」、「XX射頻很貴」…等等。

從基頻發出的訊號頻率很低。射頻要做的就是不斷調製訊號，從低頻到指定的高頻段。例如900MHz的GSM頻段、4GHz的1.9G LTE頻段和5GHz的3.5G頻段。

無線電頻率的作用就像調度員。

一方面，如前所述，基頻訊號不利於長距離傳輸。

另一方面，無線頻譜資源緊張，低頻段一般被其他用途佔用。而高頻段資源相對豐富，更容易實現大頻寬。

而且，也必須調變到指定頻段，否則乾擾他人就是違法的。

在工程實現中，低頻是不適合的。

根據天線理論，當天線長度為無線電訊號波長的1/4時，天線的發射和接收轉換效率最高。電磁波的波長與頻率成正比（光速=波長×頻率）。如果使用低頻訊號，手機和基地台天線的尺寸會比較大，這會增加工程實施的難度。尤其是在手機端，無法容忍大的天線尺寸，這會佔用寶貴的空間。

經過射頻調變後，訊號功率較低，因此仍需通過功率放大器放大，使其獲得足夠的射頻功率，然後發送到天線。

訊號到達天線後，經過過濾器過濾（消除乾擾雜波），最後通過天線元件啟動它。

電磁波的傳播

基地台接收到無線訊號後，採用上述流程。逆過程——濾波、放大、解碼和解碼。之後，處理後的資料將透過承載網發送至核心網，完成後續的資料傳輸和處理。

以上就是訊號的大致變化過程。注意，是一般流程，實際流程還是很複雜的，還有一些中頻沒有類似的詳細介紹。

我簡單畫一下大致流程如下：

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