解析通讯元件:由基频、中频、射频零组件让你一次看懂手机晶片

浏览量:273 发布于:2020-08-05
解析通讯元件:由基频、中频、射频零组件让你一次看懂手机晶片

在《解析通讯技术(上)》与《解析通讯技术(下)》中,我们了解到无线通讯的频谱有限,分配非常严格,相同频宽的电磁波只能使用一次,为了解决僧多粥少的难题,工程师研发出许多「调变技术」(Modulation)与「多工技术」(Multiplex),来增加频谱效率,因此才有了 3G、4G、5G 不同通讯世代技术的发明,那幺在我们的手机里,是什幺元件负责替我们处理这些技术的呢?

调变技术与多工技术

首先我们要了解「调变技术(Modulation)」与「多工技术(Multiplex)」是完全不一样的东西,让我们先来看看它们到底有什幺不同?

数位讯号调变技术(ASK、FSK、PSK、QAM):将类比的电磁波调变成不同的波形来代表 0 与 1 两种不同的数位讯号。ASK 用振幅大小来代表 0 与 1、FSK 用频率大小来代表 0 与 1、PSK 用相位(波形)不同来代表 0 与 1、QAM 同时使用振幅大小与相位(波形)不同来代表 0 与 1。

好啦,每个人的手机天线要传送出去的数位讯号 0 与 1 都变成不同波形的电磁波了,问题又来了,这幺多不同波形的电磁波丢到空中,该如何区分那些是你的(和你通话的),那些是我的(和我通话的)呢?

多工技术(TDMA、FDMA、CDMA、OFDM):将电磁波区分给不同的使用者使用。TDMA 用时间先后来区分是你的还是我的,FDMA 用不同频率来区分是你的还是我的,CDMA 用不同密码(正交展频码)来区分是你的还是我的,OFDM 用不同正交子载波频率来区分是你的还是我的。

值得注意的是,不论数位讯号调变技术或多工技术,都是在数位讯号(0 与 1)进行运算与处理的时候就一起进行,所以多工技术与调变技术必定是同时使用。

数位调变技术(Digital modulation)

现在的手机是属于「数位通讯」,也就是我们讲话的声音(连续的类比讯号),先由手机转换成不连续的 0 与 1 两种数位讯号,再经由数位调变转换成电磁波(类比讯号载着数位讯号),最后从天线传送出去,原理如图一所示。

解析通讯元件:由基频、中频、射频零组件让你一次看懂手机晶片 图一:数位通讯示意图。数位通讯系统架构

数位通讯系统的架构如图二(a)所示,使用者可能使用智慧型手机打电话进行语音通信或上网进行资料通信,我们分别说明如下:

解析通讯元件:由基频、中频、射频零组件让你一次看懂手机晶片 图二:通讯通讯系统架构示意图。

语音上传(讲电话):声音由麦克风接收以后为低频类比讯号,经由低频类比数位转换器(ADC)转换为数位讯号,经由「基频晶片(BB)」进行资料压缩(Encoding)、加循环式重複检查码(CRC)、频道编码(Channel coding)、交错置(Inter-leaving)、加密(Ciphering)、格式化(Formatting),再进行多工(Multiplexing)、调变(Modulation)等数位讯号处理,如图二(b)所示。

接下来经由高频数位类比转换器(DAC)转换为高频类比讯号(电磁波);最后再经由「射频晶片(RF)」形成不同时间、频率、波形的电磁波由天线传送出去。

语音下载(听电话):天线将不同时间、频率、波形的电磁波接收进来,经由「射频晶片(RF)」处理后得到高频类比讯号(电磁波),再经由高频类比数位转换器(ADC)转换为数位讯号。

接下来经由「基频晶片(BB)」进行解调(De-modulation)、解多工(De-multiplexing)、解格式化(De-formatting)、解密(De-ciphering)、解交错置(De-inter-leaving)、频道解码(Channel decoding)、解循环式重複检查码(CRC)、资料解压缩(Decoding)等数位讯号处理,最后再经由低频数位类比转换器(DAC)转换为低频类比讯号(声音)由耳机播放出来。

资料通信(上网):基本上资料通信不论上传或下载都是数位讯号,所以直接进入基频晶片(BB)处理即可,其他流程与语音通信类似,在此不再重複描述。

注:通讯的原理就是一大堆的数学,由于手机是我们天天都在用的东西,一般人对通讯感多感少都有些好奇想要进一步了解,但是往往走进教室第一堂课看到的就是一大堆複杂的数位:傅立叶转换(Fourier Transform)、拉普拉斯转换(Laplace Transform)、离散(Discrete),立刻就打退堂鼓,为了简化複杂度让大家容易看懂,上面对于数位通讯系统的介绍只是示意,与实际的情况会有落差,建议有兴趣进一步了解的人可以立足于上面的概念,来进一步了解技术细节。通讯相关积体电路:基频晶片、中频晶片、射频晶片

基频晶片(Baseband,BB):属于数位积体电路,用来进行数位讯号的压缩/解压缩、频道编码/解码、交错置/解交错置、加密/解密、格式化/解格式化、多工/解多工、调变/解调,以及管理通讯协定、控制输入输出介面等运算工作,目前都已经整合成一个「系统单晶片(System on a Chip,SoC)」了,着名的行动电话基频晶片供应商包括:高通(Qualcomm)、博通(Broadcom)、迈威尔(Marvell)、联发科(MediaTek)等。

中频晶片(Intermediate Frequency,IF):由于通讯电磁波的频率很高,要由数位讯号开始直接将讯号的频率提高到电磁波的频率(GHz)会遇到许多困难,因此可以先以讯号频率比高频电磁波还低的「中频」来处理,早期的通讯系统有中频晶片,后来由于「直接转换(Direct conversion)」技术的进步,可以克服讯号灵敏度与杂讯问题,射频可以直接降为基频处理,少了中频晶片可以结省空间与降低成本,达到「零中频(Zero IF,ZIF)」的目标。

射频晶片(Radio Frequency,RF):又称为「射频积体电路(RFIC)」,是处理高频电磁波所有晶片的总称,通常包括:传送接收器(Transceiver)、低杂讯放大器(LNA)、功率放大器(PA)、带通滤波器(BPF)、合成器(Synthesizer)、混频器(Mixer)等,通常由砷化镓晶圆製作的 MESFET、HEMT 元件,或硅锗晶圆製作的 BiCMOS 元件,或硅晶圆製作的 CMOS 元件组成,目前也有用氮化镓(GaN)製作的功率放大器,可能是数个积体电路(IC),某些可能整合成一个「系统单晶片(SoC)」。

申博太阳城_sungame备用网站|提供免费的即时资讯|关注热点新闻|网站地图 申博赌城开户 申博包杀包赢