射频和基带区别是什么?

FC余新华


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射频和基带之间既有区别,又有联系。两者组合起来就是我们常说的手机中的基带芯片。分开来讲,基带部分负责信号处理和协议处理,射频部分负责信号的收发。

手机厂家直接把射频芯片和基带芯片放在一个芯片里面,物理上合一,统称为基带芯片。


射频部分

射频简称又名无线电频率,简称RF。射频信号是一种高频交流变化电磁波,射频的频率范围是300KHz~300GHz。

射频芯片的主要作用是接收和发射射频信号。它能够将无线通信基带信号转换成一定的无线电射频信号波形,并通过天线谐振发送出去。


射频芯片的架构包括接收通道和发射通道两大部分,其中又有功率放大器、低噪声放大器和天线开关等单元。

其基本工作流程就是语音输入后,首先将由基带进行信号转换,然后交给射频芯片进行调制,之后交由手机的功放,天线等发送到基站,然后传送到接收方的基站,接收方天线接收,进行射频调制,再交由基带进行信号转换为语音。


因此射频的根本作用就是将基带信号转换为高频无线电波的过程,它可以完成各种频谱迁移和功率控制的一个芯片集合。随着通信技术的发展,射频芯片研发越来越难,这也是为什么不同的手机在接打电话体验效果不一致的重要原因。


基带部分

信息源发出的没有经过调制(进行频谱搬移和变换)的原始电信号所固有的频率带宽,称为基本频带,简称基带。

基带部分的主要作用是将输入的原始信号比如语音,经过数字基带编码调制,变成基带数字信号后,再发送给射频端进行处理;再接收端的时候是将射频端接收过来的基带数字信号转换为原始的语音信号。

如此,它就决定了我们使用的网络制式GSM、CDMA、WCDMA、LTE等。

因此基带本质上就是一种调制解调器,跟我们以前用电话线上网的modem,以及现在用的光猫都是一个原理,只不过前两者调制和解调的信号更单一简单,基带的调制和解调更复杂。



通过上面描述,可以很明白的知道射频和基带的区别在于:

发送方基带负责将原始信号转换为基带数字信号供给射频端,接收方基带负责将基带数字信号转换为原始信号供给用户;

发送方射频负责将基带数字信号转换为高频无线电波进行发送给基站,接收方射频负责将高频无线电波转换为基带数字信号供给基带。

两者是一个完全协同工作的关系,一个干的是翻译的工作,一个干的是跑腿的工作。


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基带:Baseband信息源,也称发终端,宣布的没有经过调制的原始电信号所固有的频带,称为根本频带,简称基带。

射频:RF是Radio Frequency的缩写,表示能够辐射到空间的电磁频率,频率范围从300KHz~30GHz之间。射频简称RF射频便是射频电流,它是一种高频沟通变化电磁波的简称。射频便是这样一种高频电流。

如果严格界说,依我理解,射频实际指的是高频电磁频率,而基带则是指基带信号,没有经过调制的原始电信号。不过通常,这儿咱们将射频和基带理解为射频芯片和基带芯片。

基带芯片能够认为是包含调制解调器,但绝对不止于调制解调,还包含信道编解码,信源编解码,以及一些信令处理。

而射频芯片,能够最简单理解为基带调制信号的上变频和下变频实现。

在手机终端中,射频芯片担任射频收发、频率组成、功率放大;而基带芯片担任信号处理和协议处理。

简单的说,射频芯片便是起到一个发射机和接收机的效果。而基带芯片是整个手机的中心部分,就好比电脑的主机。

手机终端中最重要的中心便是射频芯片和基带芯片.射频芯片担任射频收发、频率组成、功率放大;基带芯片担任信号处理和协议处理. 




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“基带”和“射频”是通信行业里的两个常见概念,每个人可能对这两个概念的理解都不一样,造成这样的原因是对它们理解的不够。

基带和射频是做什么用的呢?以手机通话为例,来观察信号从手机到基站的整个过程基带和射频所起到的作用。

一、通过麦克风的拾音将声波(机械波)转换为电信号。

当手机通话接通后,人发出的声音会通过手机麦克风拾音,变成电信号(这个就是原始的模拟信号)。

二、通过基带调制将声音原始模拟信号转换为数字信号

基带,基本频带(Baseband),是指一段频率范围非常窄的信号,也就是频率范围在零频附近(从直流到几百KHz)的这段带宽。处于这个频带的信号,我们称为基带信号,它是未经过载波调制的最“基础”信号。

现实生活中我们经常提到的基带,更多是指手机的基带芯片、电路,或者基站的基带处理单元(BBU)。

这时,我们会很难理解什么是载波调制,通过模拟信号的载波调制,我更加容易理解数字载波调制的过程。

调制是改变载波信号一个或多个特性的过程。所谓改变特性,无非就是改变载波信号的振幅或者相位。调制信号通常包含要传输的信息。

  • 模拟调制的目的是将模拟基带(或低通)信号,在不同频率的模拟带通信道上传输。
  • 数字调制的目的是在模拟通信信道上传输数字比特流。

这些原始模拟信号会通过基带芯片中的数/模(A/D)转换电路,完成信号采样、量化、编码,变成数字信号。

上图中的这个过程称之为信源编码,就是把声音、画面变成“0”和“1”,目的是使信源减少冗余,更加有效、经济地传输,更加有效、经济地传输,最常见的应用形式就是压缩,以便减少“体积”。

除了信源编码之外,基带还要做信道编码。

信道编码,和信源编码完全不同。信源编码是减少“体积”。信道编码恰好相反,是增加“体积”。信道编码通过增加冗余信息(如校验码等),对抗信道中的干扰和衰减,改善链路性能。

信道编码就像在货物边上填塞保护泡沫。这样货物运输途中受损概率就会降低。

除了编码之外,基带还要对信号进行加密。

最基本的调制方法,就是调频(FM)、调幅(AM)、调相(PM)。如下图,就是用不同的波形,代表0和1。

现代数字通信技术非常发达,在上述基础上,研究出了多种调制方式。如:ASK(幅移键控)、FSK(频移键控)、PSK(相移键控)等,还有现在常见到的QAM(正交幅度调制)。

我们通过星座图来直观的表达各种调制方式,如下图:

星座图中的点,可以指示调制信号幅度和相位的可能状态。

如:16QAM,可以用1个符号表示4个bit的数据。

5G普遍采用的256QAM,可以用1个符号表示8bit的数据。

调制之后的信号,单个符号能够承载的信息量大大提升。

三、到此,基带干完了它该干的活,轮到射频了

射频(Radio Frequency,简称RF),是指频率范围在300KHz~300GHz的高频电磁波。

频率低于100kHz的电磁波会被地表吸收,不能形成有效的传输。频率高于100kHz的电磁波可以在空气中传播,并经大气层外缘的电离层反射,形成远距离传输能力。具有远距离传输能力的高频电磁波,我们才称为射频(信号)。

电磁波的产生,是交变电流通过导体,会形成电磁场,产生电磁波。

现实生活中,我们通常会把产生射频信号的射频电路、射频芯片、射频模组、射频元器件等,笼统简称为射频。

如:有人说,“XX手机的基带很烂”,“XX公司做不出基带”,“XX设备的射频性能很好”,“XX的射频很贵”……

基带送过来的信号频率很低。而射频要做的事情,就是继续对信号进行调制,从低频,调制到指定的高频频段。如:900MHz的GSM频段,1.9GHz的4G LTE频段,3.5GHz的5G频段。

为什么射频要做这样的调制?

  • 无线频谱资源紧张,法律法规有明确指示频段的相应用途,这样才不会互相造成干扰。低频频段普遍被用作其他用途,高频频段资源相对来说比较丰富,更容易实现大带宽。
  • 基带信号不利于远距离传输;
  • 低频频段不利于工程实现;

当天线的长度是无线电信号波长的1/4时,天线的发射和接收转换效率最高。

电磁波的波长和频率成反比(光速=波长×频率)

如果使用低频信号,手机和基站天线的尺寸就会比较大,增加工程实现的难度。尤其是手机端,对大天线尺寸是不能容忍的,会占用宝贵的空间。

信号经过射频调制之后,功率较小,还需要经过功率放大器的放大,使其获得足够的射频功率,然后才会送到天线。

信号到达天线之后,经过滤波器的滤波(消除干扰杂波),最后通过天线振子以电磁波的形式发射出去。

四、无线信号的接收和转换

基站天线收到无线信号之后,会对信号进行滤波,放大,解调,解码,然后通过承载网送到核心网,再由对方手机基站和手机完成后面的数据传递和处理,这个过程是上面接收到的逆过程。

以上,就是手机端到手机端信号大致的变化过程,实际过程还是会复杂很多。


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