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关于基带和射频的一个基础介绍

作者:小枣君,滥觞:鲜枣讲堂

导 读

基带,英文叫Baseband,基础频带。基础频带是指一段特殊的频率带宽,也便是频率范围在零频相近(从直流到几百KHz)的这段带宽。处于这个频带的旌旗灯号,我们成为基带旌旗灯号。基带旌旗灯号是最“根基”的旌旗灯号。

大年夜家好,我是小枣君。本日我们来聊聊基带和射频

提及基带和射频,信托大年夜家都不陌生。它们是通信行业里的两个常见观点,常常呈现在我们眼前。

不过,越是常见的观点,网上的资料就越纷乱,差错也就越多。这些差错给很多初学者带来了困扰,以致形成了经久的差错认知。

以是,我感觉有需要写一篇文章,对基带和射频进行一个根基的先容。

在都盛行“端到端”,我们就以手机通话为例,察看旌旗灯号从手机到基站的全部历程,来看看基带和射频到底是干什么用的。

当手机通话接通后,人的声音会经由过程手机麦克风拾音,变成电旌旗灯号。这个电旌旗灯号,是模拟旌旗灯号,我们也可以称之为原始旌旗灯号。

声波(机器波)转换成电旌旗灯号

此时,我们的第一个主角——基带,开始登场。

基带,英文叫Baseband,基础频带。

基础频带是指一段特殊的频率带宽,也便是频率范围在零频相近(从直流到几百KHz)的这段带宽。处于这个频带的旌旗灯号,我们成为基带旌旗灯号。基带旌旗灯号是最“根基”的旌旗灯号。

现实生活中我们常常提到的基带,更多是指手机的基带芯片、电路,或者基站的基带处置惩罚单元(也便是我们常说的BBU)。

回到我们刚才所说的语音模拟旌旗灯号。

这些旌旗灯号会经由过程基带中的AD数模转换电路,完成采样、量化、编码,变成数字旌旗灯号。详细历程如下如所示:

上图中的编码,我们称之为信源编码。

信源编码,说白了,便是把声音、画面变成0和1。在转换的历程中,信源编码还必要进行尽可能地压缩,以便削减“体积”。

对付音频旌旗灯号,我们常用的是PCM编码(脉冲编码调制,上图便是)和MP3编码等。在移动通信系统中,以3G WCDMA为例,用的是AMR语音编码。

对付视频旌旗灯号,常用的是MPEG-4编码(MP4),还有H.264、H.265编码。大年夜家应该也对照认识。

除了信源编码之外,基带还要做信道编码。

编码分为信源编码和信道编码

信道编码,和信源编码完全不合。信源编码是削减“体积”。信道编码正好相反,是增添“体积”。

信道编码经由过程增添冗余信息,抗衡信道中的滋扰和衰减,改良链路机能。

举个例子,信道编码就像在货物边上填塞保护泡沫。假如路上碰到波动,发生碰撞,货物的受损概率会低落。

去年遐想投票事故里提到的Turbo码、Polar码,LDPC码,还有对照着名的卷积码,整个都属于信道编码。

除了编码之外,基带还要对旌旗灯号进行加密。

接下来的事情,照样基带认真,那便是调制。

调制,简单来说,便是让“波”更好地表示0和1。

最基础的调制措施,便是调频(FM)、调幅(AM)、调相(PM)。如下图所示,便是用不合的波形,代表0和1。

今世数字通信技巧异常蓬勃,在上述根基上,钻研出了多种调制要领。例如幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),还有正交幅度调制,也便是大年夜名鼎鼎的QAM(发音是“夸姆”)。

为了直不雅表达各类调制要领,我们会采纳一种叫做星座图的对象。星座图中的点,可以唆使调制旌旗灯号幅度和相位的可能状态。

星座图

16QAM示意图

(1个符号代表4个bit)

调制之后的旌旗灯号,单个符号能够承载的信息量大年夜大年夜提升。现在5G普遍采纳的256QAM,可以用1个符号表示8bit的数据。

256QAM

好了,基带的活儿总算是干完了。接下来该怎么办呢?

轮到射频登场了。

射频,英文名是Radio Frequency,也便是大年夜家认识的RF。从英翰墨面上来说,Radio Frequency是无线电频率的意思。严格来说,射频是指频率范围在300KHz~300GHz的高频电磁波。

大年夜家都知道,电流经由过程导体,会形成磁场。交变电流畅过导体,会形成电磁场,孕育发生电磁波。

频率低于100kHz的电磁波会被地表接受,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,并经大年夜气层外缘的电离层反射,形成远间隔传输能力。

这种具有远间隔传输能力的高频电磁波,我们才称为射频(旌旗灯号)。

和基带一样,我们平日会把射频电路、射频芯片、射频模组、射频元器件等孕育发生射频旌旗灯号的一系列东东,笼统简称为射频。

以是,我们常常会听到有人说:“XX手机的基带很烂”,“XX公司做不出基带”,“XX设备的射频机能很好”,“XX的射频很贵”……之类的话。

基带送过来的旌旗灯号频率很低。而射频要做的工作,便是继承对旌旗灯号进行调制,从低频,调制到指定的高几回再三段。例如900MHz的GSM频段,1.9GHz的4G LTE频段,3.5GHz的5G频段。

射频的感化,就像调整员

之以是RF射频要做这样的调制,一方面是如前面所说,基带旌旗灯号晦气于远间隔传输。

另一方面,无线频谱资本首要,低几回再三段普遍被其余用途占用。而高几回再三段资本相对来说对照富厚,更轻易实现大年夜带宽。

再有,你也必须调制到指定频段,不然滋扰别人了,便是违法。

在工程实现上,低频也不得当。

根据天线理论,当天线的长度是无线电旌旗灯号波长的1/4时,天线的发射和接管转换效率最高。电磁波的波长和频率成正比(光速=波长×频率),假如应用低频旌旗灯号,手机和基站天线的尺寸就会对照大年夜,增添工程实现的难度。尤其是手机侧,对大年夜天线尺寸是不能容忍的,会占用宝贵的空间。

旌旗灯号颠末RF射频调制之后,功率较小,是以,还必要颠末功率放大年夜器的放大年夜,使其得到足够的射频功率,然后才会送到天线。

旌旗灯号到达天线之后,颠末滤波器的滤波(打消滋扰杂波),着末经由过程天线振子发射出去。

电磁波的传播

基站天线收到无线旌旗灯号之后,采取的是前面历程的逆历程——滤波,放大年夜,解调,解码。处置惩罚之后的数据,会经由过程承载网送到核心网,完成后面的数据通报和处置惩罚。

以上,便是旌旗灯号大年夜致的变更历程。留意,是大年夜致的历程,实际历程照样异常繁杂的,还有一些中频之类的都没有具体先容。

我把大年夜致历程画个简单的示意图如下:

怎么样,是不是相称于重温了一遍我们的《通信道理》?事实上,大年夜家会发明,现实中的环境,和我们书籍上的内容,照样有很大年夜进出的。

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