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手機(jī)射頻芯片有啥用,看完秒懂!

發(fā)布時(shí)間:2015-10-29 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】無線通訊的頻譜有限,分配非常嚴(yán)格,相同頻寬的電磁波只能使用一次,為了解決僧多粥少的難題,工程師研發(fā)出許多“調(diào)變技術(shù)”(Modulation)與 “多工技術(shù)”(Multiplex),來增加頻譜效率,因此才有了 3G、4G、5G 不同通訊世代技術(shù)的發(fā)明,那么在我們的手機(jī)里,是什么元件負(fù)責(zé)替我們處理這些技術(shù)的呢?
 
調(diào)變技術(shù)與多工技術(shù)
 
首先我們要了解“調(diào)變技術(shù)(Modulation)”與“多工技術(shù)(Multiplex)”是完全不一樣的東西,讓我們先來看看它們到底有什么不同?
 
數(shù)位訊號調(diào)變技術(shù)(ASK、FSK、PSK、QAM):將類比的電磁波調(diào)變成不同的波形來代表 0 與 1 兩種不同的數(shù)位訊號。ASK 用振幅大小來代表 0 與 1、FSK 用頻率大小來代表 0 與 1、PSK 用相位(波形)不同來代表 0 與 1、QAM 同時(shí)使用振幅大小與相位(波形)不同來代表 0 與 1。
 
好啦,每個(gè)人的手機(jī)天線要傳送出去的數(shù)位訊號 0 與 1 都變成不同波形的電磁波了,問題又來了,這么多不同波形的電磁波丟到空中,該如何區(qū)分那些是你的(和你通話的),那些是我的(和我通話的)呢?
 
多工技術(shù)(TDMA、FDMA、CDMA、OFDM):將電磁波區(qū)分給不同的使用者使用。TDMA 用時(shí)間先后來區(qū)分是你的還是我的,F(xiàn)DMA 用不同頻率來區(qū)分是你的還是我的,CDMA 用不同密碼(正交展頻碼)來區(qū)分是你的還是我的,OFDM 用不同正交子載波頻率來區(qū)分是你的還是我的。
 
值得注意的是,不論數(shù)位訊號調(diào)變技術(shù)或多工技術(shù),都是在數(shù)位訊號(0 與 1)進(jìn)行運(yùn)算與處理的時(shí)候就一起進(jìn)行,一般是先進(jìn)行多工技術(shù)再進(jìn)行數(shù)位訊號調(diào)變技術(shù)(OFDM 除外),所以多工技術(shù)與調(diào)變技術(shù)必定是同時(shí)使用。
 
數(shù)位調(diào)變技術(shù)(Digital modulation)
 
現(xiàn)在的手機(jī)是屬于“數(shù)位通訊”,也就是我們講話的聲音(連續(xù)的類比訊號),先由手機(jī)轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的0與1兩種數(shù)位訊號,再經(jīng)由數(shù)位調(diào)變轉(zhuǎn)換成電磁波(類比訊號載著數(shù)位訊號),最后從天線傳送出去,原理如圖一所示。
數(shù)位通訊示意圖。(Source:the Noun Project)
 圖一:數(shù)位通訊示意圖。(Source:the Noun Project)
 
數(shù)位通訊系統(tǒng)架構(gòu)
 
數(shù)位通訊系統(tǒng)的架構(gòu)如圖二(a)所示,使用者可能使用智慧型手機(jī)打電話進(jìn)行語音通信或上網(wǎng)進(jìn)行資料通信,我們分別說明如下:
通訊系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
▲ 圖二:通訊系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
 
語音上傳(講電話):聲音由麥克風(fēng)接收以后為低頻類比訊號,經(jīng)由低頻類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)位訊號,經(jīng)由“基頻晶片(BB)”進(jìn)行資料壓縮(Encoding)、加循環(huán)式重復(fù)檢查碼(CRC)、頻道編碼(Channel coding)、交錯(cuò)置(Inter-leaving)、加密(Ciphering)、格式化(Formatting),再進(jìn)行多工(Multiplexing)、調(diào)變(Modulation)等數(shù)位訊號處理,如圖二(b)所示。
 
接下來經(jīng)由“中頻晶片(IF)”也就是高頻數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)換為高頻類比訊號(電磁波);最后再經(jīng)由“射頻晶片(RF)”形成不同時(shí)間、頻率、波形的電磁波由天線傳送出去。
 
語音下載(聽電話):天線將不同時(shí)間、頻率、波形的電磁波接收進(jìn)來,經(jīng)由“射頻晶片(RF)”處理后得到高頻類比訊號(電磁波),再經(jīng)由“中頻晶片(IF)”也就是高頻類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)位訊號。
 
接下來經(jīng)由“基頻晶片(BB)”進(jìn)行解調(diào)(De-modulation)、解多工(De-multiplexing)、解格式化(De- formatting)、解密(De-ciphering)、解交錯(cuò)置(De-inter-leaving)、頻道解碼(Channel decoding)、解循環(huán)式重復(fù)檢查碼(CRC)、資料解壓縮(Decoding)等數(shù)位訊號處理,最后再經(jīng)由低頻數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)換為低頻類比訊號(聲音)由麥克風(fēng)播放出來。
 
資料通信(上網(wǎng)):基本上資料通信不論上傳或下載都是數(shù)位訊號,所以直接進(jìn)入基頻晶片(BB)處理即可,其他流程與語音通信類似,在此不再重復(fù)描述。
 
注:通訊的原理就是一大堆的數(shù)學(xué),由于手機(jī)是我們天天都在用的東西,一般人對通訊感多感少都有些好奇想要進(jìn)一步了解,但是往往走進(jìn)教室第一堂課看到的就是一大堆復(fù)雜的數(shù)位:傅立葉轉(zhuǎn)換(Fourier Transform)、拉普拉斯轉(zhuǎn)換(Laplace Transform)、離散(Discrete),立刻就打退堂鼓,為了簡化復(fù)雜度讓大家容易看懂,上面對于數(shù)位通訊系統(tǒng)的介紹只是示意,與實(shí)際的情況會有落差,建議有興趣進(jìn)一步了解的人可以立足于上面的概念,來進(jìn)一步了解技術(shù)細(xì)節(jié)。
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