说起基带和射频，相信大家都不陌生。它们是通信行业里的两个常见概念，经常出现在我们面前。
6 C( Q4 e5 x* b% D
不过，越是常见的概念，网上的资料就越混乱，错误也就越多。这些错误给很多初学者带来了困扰，甚至形成了长期的错误认知。
( ~4 z! M- x5 R9 o) {0 h/ Q% n1 _
所以，我觉得有必要写一篇文章，对基带和射频进行一个基础的介绍。
+ o% a* w- p4 _# L b! V现在都流行“端到端”，我们就以手机通话为例，观察信号从手机到基站的整个过程，来看看基带和射频到底是干什么用的。
. \2 q1 F! L6 G
2 G4 x$ r* c* k, o& L* B+ a" Z
当手机通话接通后，人的声音会通过手机麦克风拾音，变成电信号。这个电信号，是模拟信号，我们也可以称之为原始信号。
- Z+ X# q& \$ v
3 K% z& `0 e, c: x9 P
声波（机械波）转换成电信号
E/ Q8 z) X/ Y- s5 `
0 d2 e; |9 e5 s6 m此时，我们的第一个主角——基带，开始登场。
4 D* ?9 e2 Q L8 c, ?$ y
8 C9 v. ]% c, s基带，英文叫Baseband，基本频带。
. W. Z+ q4 ]: ^4 d& [, }5 o
% b5 G. G2 O& c6 F% `6 K
基本频带是指一段特殊的频率带宽，也就是频率范围在零频附近（从直流到几百KHz）的这段带宽。处于这个频带的信号，我们成为基带信号。基带信号是最“基础”的信号。
# @3 N6 A `% N/ _
( N9 F& h E& V
现实生活中我们经常提到的基带，更多是指手机的基带芯片、电路，或者基站的基带处理单元（也就是我们常说的BBU）。
8 a1 N4 M# m" t# N6 B% G+ x
$ }9 Z; z* [* p1 `0 R- ?+ q7 k
" Y0 ?$ M5 Z" C! N( [回到我们刚才所说的语音模拟信号。
2 o/ |3 m9 w- d6 d4 i: R
) Z6 C. q8 _0 m* D0 D* s这些信号会通过基带中的AD数模转换电路，完成采样、量化、编码，变成数字信号。具体过程如下如所示：
' ]5 G- Z8 a0 k" J8 q
# F* r/ O. @4 O) M9 l0 T5 ?4 o1 i, o y7 d- O% h* n
上图中的编码，我们称之为信源编码。# C8 B8 @8 ~: V# b5 Y
% H: Q, V6 P2 S8 f& ^4 l& E$ T }1 @5 L; z5 |! i/ N6 }9 K5 f* q' |
信源编码，说白了，就是把声音、画面变成0和1。在转换的过程中，信源编码还需要进行尽可能地压缩，以便减少“体积”。
! t O' L ] H; T
/ G0 {( j; n5 K# `对于音频信号，我们常用的是PCM编码（脉冲编码调制，上图就是）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。
- |- N5 D/ N, A D& {) i
3 [( a# j' l7 }; ^对于视频信号，常用的是MPEG-4编码（MP4），还有H.264、H.265编码。大家应该也比较熟悉。
3 f1 s- r. C# i& z l+ M
% G% R0 q) B- F% a7 z3 c除了信源编码之外，基带还要做信道编码。
# h& H; \9 m- G3 D, q5 K' [7 P3 }
" z& G" p! w4 p7 c+ L% G5 V3 T- L- z* G2 A
' `: A; C$ @0 V! P6 S编码分为信源编码和信道编码
# o9 W( N# k& Y
9 V! P1 j+ i: P2 w# K; M( w信道编码，和信源编码完全不同。信源编码是减少“体积”。信道编码恰好相反，是增加“体积”。
9 E: I1 [2 I+ h) A6 d& W( l, n: ?6 Y0 g
信道编码通过增加冗余信息，对抗信道中的干扰和衰减，改善链路性能。
- q6 Q& h# e5 e8 T% k j5 n$ Y6 \- t6 ^8 w: z2 d1 U: j: U
举个例子，信道编码就像在货物边上填塞保护泡沫。如果路上遇到颠簸，发生碰撞，货物的受损概率会降低。
$ t, y* O# l& w5 h
年联想投票事件里提到的Turbo码、Polar码，LDPC码，还有比较有名的卷积码，全部都属于信道编码。
6 c) t \2 T% m: z( n$ q; y- {
7 K- \# {; u1 J除了编码之外，基带还要对信号进行加密。
) [7 R5 y4 I- a6 y5 ^' Y( F
4 K, e1 Y, ]6 l% X+ W接下来的工作，还是基带负责，那就是调制。3 ]2 t& N' D, A0 s8 O3 ^$ D
0 l& u1 _1 G5 x7 p
) L8 A" |8 \. P
调制，简单来说，就是让“波”更好地表示0和1。
+ c' Z( |- k% _5 e: _/ {
' `+ b, B" Y8 `) `/ z* }
2 c2 c$ g6 o5 w3 q5 V2 g6 j( d4 H' r6 N' n t
0 U8 y5 A4 P; b. t& l最基本的调制方法，就是调频（FM）、调幅（AM）、调相（PM）。如下图所示，就是用不同的波形，代表0和1。
$ z4 g F4 R) R/ F4 G
+ Z+ F9 P- b- j# ?
1 J7 \% ~5 a- e$ K7 O0 ]现代数字通信技术非常发达，在上述基础上，研究出了多种调制方式。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，也就是大名鼎鼎的QAM（发音是“夸姆”）。
' n7 o# a4 [* v% K- t% x
|3 Q# Q% f1 J l( N. m9 U为了直观表达各种调制方式，我们会采用一种叫做星座图的工具。星座图中的点，可以指示调制信号幅度和相位的可能状态。
! s' M. Y( e% r
+ j6 ^; s$ b/ G7 L5 _, r7 G+ D: e# q4 M4 [
$ }4 b6 r8 e& h8 N# p) e
3 @- }0 Y. a* X; I" Q
星座图
' e9 v/ S; I, Q7 }5 B
) [+ e6 Z5 h; C
7 f3 o4 u7 z) o' W- L: m* ^16QAM示意图
$ O' e w% t5 o( J' [6 ], e" v0 k
（1个符号代表4个bit）
$ h3 X. K- f; q* n" y: v, k! `$ s7 w
调制之后的信号，单个符号能够承载的信息量大大提升。现在5G普遍采用的256QAM，可以用1个符号表示8bit的数据。
* j* ]9 C+ i ?: J" Z
: g- I6 w+ P( E+ V2 K9 r. I) P6 j+ g/ \. f- c3 g5 O
9 |0 I! P, C9 f
256QAM
; S& r% o+ i, [
( R* W3 |8 _1 J# Q
8 w, N/ s+ l; W# A3 @ F! F好了，基带的活儿总算是干完了。接下来该怎么办呢？
X0 g3 P9 Q: x( I2 v
5 q& i) s/ w5 A轮到射频登场了。
* y9 M2 [0 M1 I( `
3 s/ Y6 F( P+ `# A. B V& F) N% l' w4 T射频，英文名是Radio Frequency，也就是大家熟悉的RF。从英文字面上来说，Radio }7 H f/ ~' u; V
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。
6 t2 z3 {: Q2 i$ {: r
# d$ M* g7 f0 {3 z" o4 R大家都知道，电流通过导体，会形成磁场。交变电流通过导体，会形成电磁场，产生电磁波。
( J- P# N- H3 V) j1 _' J
6 i5 T; n2 b, b4 I% s5 Y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，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力。
* `7 W. p5 \/ @( @1 l3 `# ]7 n
% L" k$ Q A* ~7 |9 G0 `
+ \3 `6 [: G( q+ T8 F
* k6 G/ {; s- W8 l( {) ]这种具有远距离传输能力的高频电磁波，我们才称为射频（信号）。
' h! ^9 e, C* s4 l, M7 j. p. G6 z: T7 @9 w- q9 s
和基带一样，我们通常会把射频电路、射频芯片、射频模组、射频元器件等产生射频信号的一系列东东，笼统简称为射频。
3 M' f* Z9 L/ |! U+ X8 V& w所以，我们经常会听到有人说：“XX手机的基带很烂”，“XX公司做不出基带”，“XX设备的射频性能很好”，“XX的射频很贵”……之类的话。
2 l/ L8 t% E- e
7 d7 A: A( H3 C0 R5 `+ w+ b" m基带送过来的信号频率很低。而射频要做的事情，就是继续对信号进行调制，从低频，调制到指定的高频频段。例如900MHz的GSM频段，1.9GHz的4G LTE频段，3.5GHz的5G频段。
; \$ @; x) I) r* X3 i: E! [7 i6 r! K; N7 A. w/ w
+ H: `) u1 [+ e射频的作用，就像调度员
1 L- }4 q: {; h# j" E# l9 k, U
- ]1 i& W2 A5 B% f: i( e( @. q/ P1 e6 ?; w1 N+ b# w1 o/ e3 Z& i
之所以RF射频要做这样的调制，一方面是如前面所说，基带信号不利于远距离传输。
$ f$ l, G; U; N0 a
另一方面，无线频谱资源紧张，低频频段普遍被别的用途占用。而高频频段资源相对来说比较丰富，更容易实现大带宽。
# d1 c: A, ` Y1 Q
8 F7 Y- p- b0 }5 e: N9 I2 {再有，你也必须调制到指定频段，不然干扰别人了，就是违法。
$ X6 ^ B: s& ~- b: V' }# S
% `; G) K! Q; y7 T6 L. h2 S在工程实现上，低频也不适合。
. E. W( F6 T; Q# }; i: w) v
) t0 S8 Q6 R. E; Z5 q* Q; D
根据天线理论，当天线的长度是无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高。电磁波的波长和频率成反比（光速=波长×频率），如果使用低频信号，手机和基站天线的尺寸就会比较大，增加工程实现的难度。尤其是手机侧，对大天线尺寸是不能容忍的，会占用宝贵的空间。
+ a A% s2 G& E$ R A
$ @: p1 I& L0 ]3 a. F1 |, |" E7 ^% [4 `
信号经过RF射频调制之后，功率较小，因此，还需要经过功率放大器的放大，使其获得足够的射频功率，然后才会送到天线。
* E" U# Z4 x3 x/ G# G# f0 c
; G2 g5 C, P3 h0 |
5 N- Z! P% _+ w `# C% s9 f信号到达天线之后，经过滤波器的滤波（消除干扰杂波），最后通过天线振子发射出去。
# S0 {7 n3 u& j; W' B* i5 o# d9 c
: f# F) l7 f8 ^( ]* N4 R. n
, i7 i `0 S# ]电磁波的传播
7 R1 k( G. j5 _ Q& f+ J1 b6 \
2 |: V( b& M) m% g/ m2 Z4 ]0 ~+ j: _4 f1 L
基站天线收到无线信号之后，采取的是前面过程的逆过程——滤波，放大，解调，解码。处理之后的数据，会通过承载网送到核心网，完成后面的数据传递和处理。
! b8 u$ z5 w6 Q. z
# K8 \9 Q. \% p3 M
以上，就是信号大致的变化过程。注意，是大致的过程，实际过程还是非常复杂的，还有一些中频之类的都没有详细介绍。
X; v3 {& D. [; }5 d! Z. c( L. c& F
+ q6 m L+ }7 r我把大致过程画个简单的示意图如下：
' i, l7 t9 P6 k' B
+ |3 U; b. m) O5 x @- f4 y$ S" n' h) ] D! b! Y
8 ^, B' l* G7 o5 b" V怎么样，是不是相当于重温了一遍我们的《通信原理》？事实上，大家会发现，现实中的情况，和我们书本上的内容，还是有很大出入的。
. _8 O( K* e- t. `
3 O, C# a( \6 V _7 |0 J哈哈!
; N; P; H; V1 e+ f& |
$ u/ d* {9 I% g% f2 o$ B& Q+ F
6 j2 d }4 A5 {9 m2 @& P. C
/1 
发表于 2020-5-12 10:28
收藏
淘帖
支持！
反对！