手机基带与射频的连接详解

在通信行业的广袤天地里，基带与射频宛如两颗璀璨的星辰，虽常见却蕴含着复杂而精妙的奥秘。它们频繁出现在大众视野中，然而，网络上关于这两个概念的资料鱼龙混杂，错误信息屡见不鲜，这无疑给众多通信领域的初学者带来了极大的困扰，甚至导致长期的错误认知。为了拨云见日，清晰地呈现基带与射频的真实面貌，本文将以手机通话为例，深入剖析信号从手机到基站的奇妙旅程，为大家揭开基带与射频的神秘面纱。

手机内部结构复杂，但可以概括为两大核心功能模块：基带信号处理器(baseband processor)和射频处理(RF Processing)。这两个模块共同协作，使得手机能够实现通信、数据处理等多种功能。

▲ 基带信号处理器解析

基带处理器，作为手机内部的关键组件，由多个核心构成，包括应用核、多媒体核以及通信核等。这些核心不仅为操作系统和设备驱动程序提供支持，还与麦克风、摄像头、屏幕等外围设备建立接口，实现数据交换与控制。

值得一提的是，基带处理器还承载着支持2G、3G、4G乃至5G通信协议的重任。然而，并非所有手机都能同时支持这些协议，手机的具体支持情况与其类型紧密相关。例如，一款5G手机可能支持NR、4G LTE、3G WCDMA以及2G GSM EDGE等多种协议，从而使其能够接入并通信于这些网络。但同时，它也可能因不支持CDMA 2000协议而在该网络上无法正常通信。

此外，蓝牙和Wi-Fi等非3GPP协议的集成也是现代手机中的常见功能，这得益于基带处理器对这些非通信协议的支持。

在通信协议的层次结构中，物理层位于最底层。因此，5G协议软件物理层的设计必须具备先进的基带信号处理算法，以确保大规模MIMO、波束形成以及干扰抑制等技术的实现。事实上，4G与5G在物理层上的显著差异也反映在手机协议软件的功能上。

▲ 射频处理模块解析

射频处理模块，作为手机通信的关键环节，主要负责接收和发送基带信号。该模块汇聚了射频IC、前端模块(FEM)、低噪声放大器(LNA)、天线阵列以及各类传感器等众多组件。其中，射频IC负责支持Wi-Fi、蜂窝网络、GNSS等多种无线接入技术的信号共存需求。

在5G手机中，为了支持宽频段通信，如毫米波段(FR2)、低于6 GHz波段以及低频波段(FR1)，通常会配备不同的天线模块。此外，射频部分还集成了诸多传感器，如接近传感器、光传感器、气压计等，以及用于特定功能的传感器，如磁力计、加速度计等，它们共同为手机提供了丰富的感知能力。

当我们拨通手机通话的那一刻，奇妙的信号之旅便悄然开启。人的声音通过手机麦克风转化为电信号，此时产生的是模拟信号，可视为原始信号。在这个阶段，通信的 “幕后英雄”—— 基带，正式登上舞台。基带，英文为 Baseband，意即基本频带，是一段特殊的频率带宽，范围处于零频附近，从直流延伸至几百 KHz。处于此频带的信号被称作基带信号，它是整个通信信号处理的基石。在实际应用中，我们常提及的基带，更多是指手机中的基带芯片、电路，或是基站的基带处理单元(即 BBU)。

原始的语音模拟信号会在基带中经历关键的 AD 数模转换过程，通过采样、量化与编码，实现从模拟到数字的华丽变身。其中，信源编码发挥着至关重要的作用，它的任务是将声音、画面等信息转化为 0 和 1 的数字形式，并且在转换过程中尽可能地进行压缩，以减小数据 “体积”。例如，对于音频信号，常见的 PCM 编码(脉冲编码调制)、MP3 编码等，在移动通信系统中，3G WCDMA 采用的是 AMR 语音编码;而对于视频信号，MPEG - 4 编码(MP4)、H.264、H.265 编码则被广泛应用。

除了信源编码，基带还肩负着信道编码的重任。信道编码与信源编码的目标截然不同，它并非减少数据量，而是增加冗余信息，以此对抗信道中的干扰与衰减，提升链路性能。形象地说，信道编码如同在货物周边填充保护泡沫，即便运输途中遭遇颠簸碰撞，也能降低货物受损的概率。像在联想投票事件中备受关注的 Turbo 码、Polar 码、LDPC 码，以及广为人知的卷积码，都属于信道编码的范畴。此外，基带还需对信号进行加密，确保通信内容的安全性。

完成编码与加密后，基带的下一项工作是调制。调制的本质，是让信号能够更有效地用 “波” 来表示 0 和 1。从最基础的调频(FM)、调幅(AM)、调相(PM)，到现代数字通信技术衍生出的幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)，以及大名鼎鼎的正交幅度调制 QAM，调制方式不断演进。为了直观展示这些调制方式，星座图这一工具应运而生，星座图中的点能够精准指示调制信号幅度与相位的各种可能状态。以如今 5G 普遍采用的 256QAM 为例，一个符号便能表示 8bit 的数据，大大提升了信号的信息承载量。

当基带完成一系列复杂操作后，轮到射频闪亮登场。射频，英文名 Radio Frequency，简称 RF，从字面理解，即无线电频率。严格来讲，射频指的是频率范围在 300KHz - 300GHz 的高频电磁波。大家知道，电流通过导体时会产生磁场，交变电流则会形成电磁场并产生电磁波。频率低于 100kHz 的电磁波会被地表吸收，无法实现有效传输;而高于 100kHz 的电磁波能够在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，具备远距离传输能力，这类高频电磁波便是我们所说的射频(信号)。在实际中，射频通常涵盖射频电路、芯片、模组及元器件等产生射频信号的一系列组件。

基带处理后的信号频率较低，射频的首要任务便是对信号再次调制，将其从低频提升至指定的高频频段，如 900MHz 的 GSM 频段、1.9GHz 的 4G LTE 频段、3.5GHz 的 5G 频段等。射频的这一操作具有多重意义，一方面，基带信号本身不利于远距离传输;另一方面，无线频谱资源紧张，低频频段大多已被其他用途占用，而高频频段资源相对丰富，更利于实现大带宽;再者，只有调制到指定频段，才能避免干扰他人，符合法规要求。从工程实现角度看，低频信号也存在弊端，根据天线理论，当天线长度为无线电信号波长的 1/4 时，天线的发射和接收转换效率最高，由于电磁波波长与频率成正比，若使用低频信号，手机和基站天线尺寸会过大，尤其对于空间宝贵的手机而言，大尺寸天线难以接受。

信号经 RF 射频调制后功率较小，需经过功率放大器放大，获得足够的射频功率，再送往天线。到达天线后，信号会经过滤波器滤波，去除干扰杂波，最后通过天线振子发射出去。当基站天线接收到无线信号后，将执行与发射过程相反的操作，即滤波、放大、解调、解码，处理后的数据通过承载网传输至核心网，完成后续的数据传递与处理。

基带与射频在通信过程中各司其职，紧密协作，共同构建起高效可靠的通信链路。尽管本文呈现的只是信号变化的大致过程，实际情况远比这复杂，还有中频等诸多细节未详细阐述，但通过此番介绍，相信大家对基带与射频有了更为清晰的认识。在通信领域，理论与实际应用往往存在差异，而不断探索这些差异，正是推动通信技术持续进步的动力源泉。

手机里的数据是怎么传输的?

我们以打电话为例，当你拨打了一个长途电话给一个素未谋面的陌生人，你说了一句，你好，我叫xxx，你是否会思考过，我们发出的声音是怎么通过手机传输到那么远的地方的呢?这一系列内容，将会揭开无线数据传输的神秘面纱。今天先简单了解一下，手机与基站数据的相互传输。

手机里的数据是怎么传输到基站的?

第一步：编码过程

当你打电话时，对着麦克风说了一句话，我是xxx，此时麦克风模组，就将我们的声音(声信号)转化为了电流信号(模拟信号)，在我们的手机里有着一块基带芯片，称为SoC芯片，负责处理手机与无线网络之间的通信任务，集成了处理器、存储器、解码器等模块。

电流信号传递到基带芯片中时，基带芯片会进行采样量化和编码，将模拟信号转化为数字信号。

对于音频信号，我们常用的是PCM编码和MP3编码等。在移动通信系统中，采用的是语音编码。

对于视频信号，常用的是MP4，还有H.264、H.265编码等

以上的编码我们称之为信源编码，同时为了减少传输时不可抗力造成的磨损，还对再对信道额外添加一个信道编码。

第二步：调制过程

为了将我们的信息编码能够远距离传播出去，还需要对数字信号进行调制，采用的方法有大致以下几种：

频分复用(FDM)：FDM允许在同一个物理信道上同时传输多个信号，每个信号占用不同的频率范围。这样，多个用户或服务可以在同一时间使用同一信道，而不会相互干扰。时分复用(TDM)：TDM是另一种多路复用技术，它将时间划分为多个时间片，不同的信号在不同的时间片内传输。这种方法在数字通信中非常普遍，可以实现多个数据流的高效传输。码分多址(CDMA)：CDMA使用独特的编码序列来区分不同的用户，即使他们使用相同的频率和时间资源。这种方法在无线通信中特别有用，可以提高频谱的利用率。正交频分复用(OFDM)：OFDM是一种高效的调制技术，它将数据流分割成多个并行的低速子流，每个子流在不同的子载波上进行传输。由于子载波之间相互正交，所以即使在存在多径效应的环境中，也能保证数据的正确传输。第三步：射频过程

射频指的是频率范围在300KHz~300GHz的高频电磁波，通常频率低于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，并会通过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，称为射频。

经过调制后的信号会进一步的传输到射频单元里面，继续完成调制，这里的调制是将原有的信号频率进行放大处理，形成高频电磁信号，比如1.9GHZ的4G LTE频段，3.5GHZ的5G频段，再进行功率放大处理，这样信号才能传递到天线，通过天线振子的振动发射到大气中，被基站接受。