深度解析手机中的通信组件.doc

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1、深度解析手机中的通信组件　　无线通信的频谱有限，分配非常严格，相同带宽的电磁波只能使用一次，为了解决僧多粥少的难题，工程师研发出许多「调变技术」（ModulaTIon）与「多任务技术」（MulTIplex），来增加频谱效率，因此才有了3G、4G、5G不同通信技术的发明，那么在我们的手机里，是什么组件负责替我们处理这些技术的呢？　　　　调变技术与多任务技术　　首先我们要了解「调变技术（ModulaTIon）」与「多任务技术（MulTIplex）」是完全不一样的东西，让我们先来看看它们到底有什么不同？　　数字信号调变技术（ASK

2、、FSK、PSK、QAM）：将模拟的电磁波调变成不同的波形来代表0与1两种不同的数字信号。ASK用振幅大小来代表0与1、FSK用频率大小来代表0与1、PSK用相位（波形）不同来代表0与1、QAM同时使用振幅大小与相位（波形）不同来代表0与1。　　好啦，每个人的手机天线要传送出去的数字信号0与1都变成不同波形的电磁波了，问题又来了，这么多不同波形的电磁波丢到空中，该如何区分那些是你的（和你通话的），那些是我的（和我通话的）呢？　　多任务技术（TDMA、FDMA、CDMA、OFDM）：将电磁波区分给不同的使用者使用。TDMA用时

3、间先后来区分是你的还是我的，FDMA用不同频率来区分是你的还是我的，CDMA用不同密码（正交展频码）来区分是你的还是我的，OFDM用不同正交子载波频率来区分是你的还是我的。　　值得注意的是，不论数字信号调变技术或多任务技术，都是在数字信号（0与1）进行运算与处理的时候就一起进行，所以多任务技术与调变技术必定是同时使用。　　数字调变技术（Digitalmodulation）　　现在的手机是属于「数字通信」，也就是我们讲话的声音（连续的模拟信号），先由手机转换成不连续的0与1两种数字信号，再经由数字调变转换成电磁波（模拟信号载着

4、数字信号），最后从天线传送出去，原理如图一所示。　　　　图一：数字通信示意图。（Source：theNounProject）　　数字通信系统架构　　数字通信系统的架构如图二（a）所示，使用者可能使用智能型手机打电话进行语音通信或上网进行数据通信，我们分别说明如下：　　　　图二：通信系统架构示意图。　　语音上传（讲电话）：声音由麦克风接收以后为低频模拟信号，经由低频模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号，经由「基频芯片（BB）」进行数据压缩（Encoding）、加循环式重复检查码（CRC）、频道编码（Channelcoding

5、）、交错置（Inter-leaving）、加密（Ciphering）、格式化（Formatting），再进行多任务（Multiplexing）、调变（Modulation）等数字信号处理，如图二（b）所示。　　接下来经由高频数字模拟转换器（DAC）转换为高频模拟信号（电磁波）；最后再经由「射频芯片（RF）」形成不同时间、频率、波形的电磁波由天线传送出去。　　语音下载（听电话）：天线将不同时间、频率、波形的电磁波接收进来，经由「射频芯片（RF）」处理后得到高频模拟信号（电磁波），再经由高频模拟数字转换器（ADC）转换为数字信号

6、。　　接下来经由「基频芯片（BB）」进行解调（De-modulation）、解多任务（De-multiplexing）、解格式化（De-formatting）、解密（De-ciphering）、解交错置（De-inter-leaving）、频道译码（Channeldecoding）、解循环式重复检查码（CRC）、数据解压缩（Decoding）等数字信号处理，最后再经由低频数字模拟转换器（DAC）转换为低频模拟信号（声音）由耳机播放出来。　　数据通信（上网）：基本上数据通信不论上传或下载都是数字信号，所以直接进入基频芯片（BB

7、）处理即可，其他流程与语音通信类似，在此不再重复描述。　　注：通信的原理就是一大堆的数学，由于手机是我们天天都在用的东西，一般人对通信感多感少都有些好奇想要进一步了解，但是往往走进教室第一堂课看到的就是一大堆复杂的数字：傅立叶变换（FourierTransform）、拉普拉斯转换（LaplaceTransform）、离散（Discrete），立刻就打退堂鼓，为了简化复杂度让大家容易看懂，上面对于数字通信系统的介绍只是示意，与实际的情况会有落差，建议有兴趣进一步了解的人可以立足于上面的概念，来进一步了解技术细节。　　通信相关集

8、成电路：基频芯片、中频芯片、射频芯片　　基频芯片（Baseband，BB）：属于数字集成电路，用来进行数字信号的压缩／解压缩、频道编码／译码、交错置／解交错置、加密／解密、格式化／解格式化、多任务／解多任务、调变／解调，以及管理通信协议、控制输入输出接口等运算工作，目前都已经整合成一个「系