大家好，我是小棗君。今天我們來聊聊基帶和射頻。
說起基帶和射頻，相信大家都不陌生。它們是通信行業裡的兩個常見概念，經常出現在我們面前。
不過，越是常見的概念，網上的資料就越混亂，錯誤也就越多。這些錯誤給很多初學者帶來了困擾，甚至形成了長期的錯誤認知。
所以，我覺得有必要寫一篇文章，對基帶和射頻進行一個基礎的介紹。
—— 正文開始 ——
現在都流行“端到端”，我們就以手機通話為例，觀察信號從手機到基站的整個過程，來看看基帶和射頻到底是幹什麼用的。
當手機通話接通後，人的聲音會通過手機麥克風拾音，變成電信號。這個電信號，是模擬信號，我們也可以稱之為原始信號。
聲波（機械波）轉換成電信號
此時，我們的第一個主角——基帶，開始登場。
基帶，英文叫Baseband，基本頻帶。
基本頻帶是指一段特殊的頻率帶寬，也就是頻率範圍在零頻附近（從直流到幾百KHz）的這段帶寬。處於這個頻帶的信號，我們成為基帶信號。基帶信號是最“基礎”的信號。
現實生活中我們經常提到的基帶，更多是指手機的基帶芯片、電路，或者基站的基帶處理單元（也就是我們常說的BBU）。
回到我們剛才所說的語音模擬信號。
這些信號會通過基帶中的AD數模轉換電路，完成採樣、量化、編碼，變成數字信號。具體過程如下如所示：
上圖中的編碼，我們稱之為信源編碼。
信源編碼，說白了，就是把聲音、畫面變成0和1。在轉換的過程中，信源編碼還需要進行儘可能地壓縮，以便減少“體積”。
對於音頻信號，我們常用的是PCM編碼（脈衝編碼調製，上圖就是）和MP3編碼等。在移動通信系統中，以3G WCDMA為例，用的是AMR語音編碼。
對於視頻信號，常用的是MPEG-4編碼（MP4），還有H.264、H.265編碼。大家應該也比較熟悉。
除了信源編碼之外，基帶還要做信道編碼。
編碼分為信源編碼和信道編碼
信道編碼，和信源編碼完全不同。信源編碼是減少“體積”。信道編碼恰好相反，是增加“體積”。
信道編碼通過增加冗餘信息，對抗信道中的干擾和衰減，改善鏈路性能。
舉個例子，信道編碼就像在貨物邊上填塞保護泡沫。如果路上遇到顛簸，發生碰撞，貨物的受損概率會降低。
去年聯想投票事件裡提到的Turbo碼、Polar碼，LDPC碼，還有比較有名的卷積碼，全部都屬於信道編碼。
除了編碼之外，基帶還要對信號進行加密。
接下來的工作，還是基帶負責，那就是
調製。調製，簡單來說，就是讓“波”更好地表示0和1。
最基本的調製方法，就是調頻（FM）、調幅（AM）、調相（PM）。如下圖所示，就是用不同的波形，代表0和1。
現代數字通信技術非常發達，在上述基礎上，研究出了多種調製方式。例如幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK），還有正交幅度調製，也就是大名鼎鼎的QAM（發音是“誇姆”）。
為了直觀表達各種調製方式，我們會採用一種叫做星座圖的工具。星座圖中的點，可以指示調製信號幅度和相位的可能狀態。
星座圖
16QAM示意圖（1個符號代表4個bit）
調製之後的信號，單個符號能夠承載的信息量大大提升。現在5G普遍採用的256QAM，可以用1個符號表示8bit的數據。
256QAM
好了，基帶的活兒總算是幹完了。接下來該怎麼辦呢？
輪到射頻登場了。
射頻，英文名是Radio Frequency，也就是大家熟悉的RF。從英文字面上來說，Radio Frequency是無線電頻率的意思。嚴格來說，射頻是指頻率範圍在300KHz~300GHz的高頻電磁波。
大家都知道，電流通過導體，會形成磁場。交變電流通過導體，會形成電磁場，產生電磁波。
頻率低於100kHz的電磁波會被地表吸收，不能形成有效的傳輸。頻率高於100kHz的電磁波可以在空氣中傳播，並經大氣層外緣的電離層反射，形成遠距離傳輸能力。
這種具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波，我們才稱為射頻（信號）。
和基帶一樣，我們通常會把射頻電路、射頻芯片、射頻模組、射頻元器件等產生射頻信號的一系列東東，籠統簡稱為射頻。
所以，我們經常會聽到有人說：“XX手機的基帶很爛”，“XX公司做不出基帶”，“XX設備的射頻性能很好”，“XX的射頻很貴”……之類的話。
基帶送過來的信號頻率很低。而射頻要做的事情，就是繼續對信號進行調製，從低頻，調製到指定的高頻頻段。例如900MHz的GSM頻段，1.9GHz的4G LTE頻段，3.5GHz的5G頻段。
射頻的作用，就像調度員
之所以RF射頻要做這樣的調製，一方面是如前面所說，基帶信號不利於遠距離傳輸。
另一方面，無線頻譜資源緊張，低頻頻段普遍被別的用途佔用。而高頻頻段資源相對來說比較豐富，更容易實現大帶寬。
再有，你也必須調製到指定頻段，不然干擾別人了，就是違法。
在工程實現上，低頻也不適合。
根據天線理論，當天線的長度是無線電信號波長的1/4時，天線的發射和接收轉換效率最高。電磁波的波長和頻率成正比（光速=波長×頻率），如果使用低頻信號，手機和基站天線的尺寸就會比較大，增加工程實現的難度。尤其是手機側，對大天線尺寸是不能容忍的，會佔用寶貴的空間。
信號經過RF射頻調製之後，功率較小，因此，還需要經過功率放大器的放大，使其獲得足夠的射頻功率，然後才會送到天線。
信號到達天線之後，經過濾波器的濾波（消除干擾雜波），最後通過天線振子發射出去。
電磁波的傳播
基站天線收到無線信號之後，採取的是前面過程的逆過程——濾波，放大，解調，解碼。處理之後的數據，會通過承載網送到核心網，完成後面的數據傳遞和處理。
以上，就是信號大致的變化過程。注意，是大致的過程，實際過程還是非常複雜的，還有一些中頻之類的都沒有詳細介紹。
我把大致過程畫個簡單的示意圖如下：
怎麼樣，是不是相當於重溫了一遍我們的《通信原理》？事實上，大家會發現，現實中的情況，和我們書本上的內容，還是有很大出入的。
哈哈，好啦，今天的內容就到這裡。
*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅為了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。
今天是《半導體行業觀察》為您分享的第2287期內容，歡迎關注。
★中國半導體的“大四洗”
★Nvidia收購Mellanox背後的野心和啟示
★“逆行”芯片
閃存｜華為｜封測｜藍牙｜比亞迪｜晶圓｜硅｜射頻｜臺積電
閱讀更多 半導體行業觀察 的文章
