射頻和基帶區別是什麼?

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射頻和基帶之間既有區別,又有聯繫。兩者組合起來就是我們常說的手機中的基帶芯片。分開來講,基帶部分負責信號處理和協議處理,射頻部分負責信號的收發。

手機廠家直接把射頻芯片和基帶芯片放在一個芯片裡面,物理上合一,統稱為基帶芯片。


射頻部分

射頻簡稱又名無線電頻率,簡稱RF。射頻信號是一種高頻交流變化電磁波,射頻的頻率範圍是300KHz~300GHz。

射頻芯片的主要作用是接收和發射射頻信號。它能夠將無線通信基帶信號轉換成一定的無線電射頻信號波形,並通過天線諧振發送出去。


射頻芯片的架構包括接收通道和發射通道兩大部分,其中又有功率放大器、低噪聲放大器和天線開關等單元。

其基本工作流程就是語音輸入後,首先將由基帶進行信號轉換,然後交給射頻芯片進行調製,之後交由手機的功放,天線等發送到基站,然後傳送到接收方的基站,接收方天線接收,進行射頻調製,再交由基帶進行信號轉換為語音。


因此射頻的根本作用就是將基帶信號轉換為高頻無線電波的過程,它可以完成各種頻譜遷移和功率控制的一個芯片集合。隨著通信技術的發展,射頻芯片研發越來越難,這也是為什麼不同的手機在接打電話體驗效果不一致的重要原因。


基帶部分

信息源發出的沒有經過調製(進行頻譜搬移和變換)的原始電信號所固有的頻率帶寬,稱為基本頻帶,簡稱基帶。

基帶部分的主要作用是將輸入的原始信號比如語音,經過數字基帶編碼調製,變成基帶數字信號後,再發送給射頻端進行處理;再接收端的時候是將射頻端接收過來的基帶數字信號轉換為原始的語音信號。

如此,它就決定了我們使用的網絡制式GSM、CDMA、WCDMA、LTE等。

因此基帶本質上就是一種調制解調器,跟我們以前用電話線上網的modem,以及現在用的光貓都是一個原理,只不過前兩者調製和解調的信號更單一簡單,基帶的調製和解調更復雜。



通過上面描述,可以很明白的知道射頻和基帶的區別在於:

發送方基帶負責將原始信號轉換為基帶數字信號供給射頻端,接收方基帶負責將基帶數字信號轉換為原始信號供給用戶;

發送方射頻負責將基帶數字信號轉換為高頻無線電波進行發送給基站,接收方射頻負責將高頻無線電波轉換為基帶數字信號供給基帶。

兩者是一個完全協同工作的關係,一個乾的是翻譯的工作,一個乾的是跑腿的工作。


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基帶:Baseband信息源,也稱發終端,宣佈的沒有經過調製的原始電信號所固有的頻帶,稱為根本頻帶,簡稱基帶。

射頻:RF是Radio Frequency的縮寫,表示能夠輻射到空間的電磁頻率,頻率範圍從300KHz~30GHz之間。射頻簡稱RF射頻便是射頻電流,它是一種高頻溝通變化電磁波的簡稱。射頻便是這樣一種高頻電流。

如果嚴格界說,依我理解,射頻實際指的是高頻電磁頻率,而基帶則是指基帶信號,沒有經過調製的原始電信號。不過通常,這兒咱們將射頻和基帶理解為射頻芯片和基帶芯片。

基帶芯片能夠認為是包含調制解調器,但絕對不止於調製解調,還包含信道編解碼,信源編解碼,以及一些信令處理。

而射頻芯片,能夠最簡單理解為基帶調製信號的上變頻和下變頻實現。

在手機終端中,射頻芯片擔任射頻收發、頻率組成、功率放大;而基帶芯片擔任信號處理和協議處理。

簡單的說,射頻芯片便是起到一個發射機和接收機的效果。而基帶芯片是整個手機的中心部分,就好比電腦的主機。

手機終端中最重要的中心便是射頻芯片和基帶芯片.射頻芯片擔任射頻收發、頻率組成、功率放大;基帶芯片擔任信號處理和協議處理. 




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“基帶”和“射頻”是通信行業裡的兩個常見概念,每個人可能對這兩個概念的理解都不一樣,造成這樣的原因是對它們理解的不夠。

基帶和射頻是做什麼用的呢?以手機通話為例,來觀察信號從手機到基站的整個過程基帶和射頻所起到的作用。

一、通過麥克風的拾音將聲波(機械波)轉換為電信號。

當手機通話接通後,人發出的聲音會通過手機麥克風拾音,變成電信號(這個就是原始的模擬信號)。

二、通過基帶調製將聲音原始模擬信號轉換為數字信號

基帶,基本頻帶(Baseband),是指一段頻率範圍非常窄的信號,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,我們稱為基帶信號,它是未經過載波調製的最“基礎”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(BBU)。

這時,我們會很難理解什麼是載波調製,通過模擬信號的載波調製,我更加容易理解數字載波調製的過程。

調製是改變載波信號一個或多個特性的過程。所謂改變特性,無非就是改變載波信號的振幅或者相位。調製信號通常包含要傳輸的信息。

  • 模擬調製的目的是將模擬基帶(或低通)信號,在不同頻率的模擬帶通信道上傳輸。
  • 數字調製的目的是在模擬通信信道上傳輸數字比特流。

這些原始模擬信號會通過基帶芯片中的數/模(A/D)轉換電路,完成信號採樣、量化、編碼,變成數字信號。

上圖中的這個過程稱之為信源編碼,就是把聲音、畫面變成“0”和“1”,目的是使信源減少冗餘,更加有效、經濟地傳輸,更加有效、經濟地傳輸,最常見的應用形式就是壓縮,以便減少“體積”。

除了信源編碼之外,基帶還要做信道編碼。

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(如校驗碼等),對抗信道中的干擾和衰減,改善鏈路性能。

信道編碼就像在貨物邊上填塞保護泡沫。這樣貨物運輸途中受損概率就會降低。

除了編碼之外,基帶還要對信號進行加密。

最基本的調製方法,就是調頻(FM)、調幅(AM)、調相(PM)。如下圖,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。如:ASK(幅移鍵控)、FSK(頻移鍵控)、PSK(相移鍵控)等,還有現在常見到的QAM(正交幅度調製)。

我們通過星座圖來直觀的表達各種調製方式,如下圖:

星座圖中的點,可以指示調製信號幅度和相位的可能狀態。

如:16QAM,可以用1個符號表示4個bit的數據。

5G普遍採用的256QAM,可以用1個符號表示8bit的數據。

調製之後的信號,單個符號能夠承載的信息量大大提升。

三、到此,基帶幹完了它該乾的活,輪到射頻了

射頻(Radio Frequency,簡稱RF),是指頻率範圍在300KHz~300GHz的高頻電磁波。

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。具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波,我們才稱為射頻(信號)。

電磁波的產生,是交變電流通過導體,會形成電磁場,產生電磁波。

現實生活中,我們通常會把產生射頻信號的射頻電路、射頻芯片、射頻模組、射頻元器件等,籠統簡稱為射頻。

如: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”……

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。如:900MHz的GSM頻段,1.9GHz的4G LTE頻段,3.5GHz的5G頻段。

為什麼射頻要做這樣的調製?

  • 無線頻譜資源緊張,法律法規有明確指示頻段的相應用途,這樣才不會互相造成干擾。低頻頻段普遍被用作其他用途,高頻頻段資源相對來說比較豐富,更容易實現大帶寬。
  • 基帶信號不利於遠距離傳輸;
  • 低頻頻段不利於工程實現;

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反比(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。尤其是手機端,對大天線尺寸是不能容忍的,會佔用寶貴的空間。

信號經過射頻調製之後,功率較小,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),最後通過天線振子以電磁波的形式發射出去。

四、無線信號的接收和轉換

基站天線收到無線信號之後,會對信號進行濾波,放大,解調,解碼,然後通過承載網送到核心網,再由對方手機基站和手機完成後面的數據傳遞和處理,這個過程是上面接收到的逆過程。

以上,就是手機端到手機端信號大致的變化過程,實際過程還是會複雜很多。


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