秒懂，手機(jī)射頻芯片有啥用

　　無(wú)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(lái)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(lái)看看它們到底有什么不同？

　　數(shù)位訊號(hào)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(lái)代表 0 與 1 兩種不同的數(shù)位訊號(hào)。ASK 用振幅大小來(lái)代表 0 與 1、FSK 用頻率大小來(lái)代表 0 與 1、PSK 用相位（波形）不同來(lái)代表 0 與 1、QAM 同時(shí)使用振幅大小與相位（波形）不同來(lái)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(hào) 0 與 1 都變成不同波形的電磁波了，問(wèn)題又來(lái)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(lái)區(qū)分是你的還是我的，F(xiàn)DMA 用不同頻率來(lái)區(qū)分是你的還是我的，CDMA 用不同密碼（正交展頻碼）來(lái)區(qū)分是你的還是我的，OFDM 用不同正交子載波頻率來(lái)區(qū)分是你的還是我的。

　　值得注意的是，不論數(shù)位訊號(hào)調(diào)變技術(shù)或多工技術(shù)，都是在數(shù)位訊號(hào)（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(hào)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(hào)），先由手機(jī)轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的0與1兩種數(shù)位訊號(hào)，再經(jīng)由數(shù)位調(diào)變轉(zhuǎn)換成電磁波（類比訊號(hào)載著數(shù)位訊號(hào)），最后從天線傳送出去，原理如圖一所示。

　　▲ 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(yǔ)音通信或上網(wǎng)進(jìn)行資料通信，我們分別說(shuō)明如下：

　　▲ 圖二：通訊系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

　　語(yǔ)音上傳（講電話）：聲音由麥克風(fēng)接收以后為低頻類比訊號(hào)，經(jīng)由低頻類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)位訊號(hào)，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(hào)處理，如圖二（b）所示。

　　接下來(lái)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(hào)（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(yǔ)音下載（聽(tīng)電話）：天線將不同時(shí)間、頻率、波形的電磁波接收進(jìn)來(lái)，經(jīng)由“射頻晶片（RF）”處理后得到高頻類比訊號(hào)（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(hào)。

　　接下來(lái)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(hào)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(hào)（聲音）由麥克風(fēng)播放出來(lái)。

　　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(hào)，所以直接進(jìn)入基頻晶片（BB）處理即可，其他流程與語(yǔ)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(duì)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(jiǎn)化復(fù)雜度讓大家容易看懂，上面對(duì)于數(shù)位通訊系統(tǒng)的介紹只是示意，與實(shí)際的情況會(huì)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(lái)進(jìn)一步了解技術(shù)細(xì)節(jié)。