与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带

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与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带

nicenelly 2017-10-03 17:38:00 浏览1062
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自从我们进入了4G时代,各家手机厂商处理器新品发布会现场都会听到支持全网通、x模x频等等一系列与通信网络有关的专有名词,这些技术最主要来自手机中的一个名为基带的芯片支持。那么什么是基带芯片呢?

与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带

什么是基带?

对于基带一词,想必很多网友都是耳熟能祥的东西,毕竟在“远古”时代的Android是可以随意刷写基带,就像更新ROM一样简单,刷入新基带过后还可能对手机的信号、通话质量有一定增强。不过呢在这里,我们所指的基带是硬件上的基带芯片。

基带芯片就是手机中的通信模块,最主要的功能就是负责与移动通信网络的基站进行交流,对上下行的无线信号进行调制、解调、编码、解码工作。没有了它的支持,你的手机只能是一个摆设,无法发挥出手机原本应该有的通讯作用,包括通话、短信、上网一系列互连功能。基带的作用十分类似于我们日常生活中的光猫、ADSL猫作用,只不过是将信号处理对象由光、电变成电磁波。

基带芯片核心部分最主要分为两个部分:射频部分和基带部分。射频部分是将电信号调制成电磁波发送出去或是对接收电磁波进行解调,并且实现基带调制信号的上变频和下变频。基带部分一般是对信号处理,一般由固定功能的DSP提供强大的处理能力,在现代通信设备中,DSP一般被用作语音信号处理、信道编解码、图像处理等等。

因此你的手机支持什么制式网络及频段,通话质量的好坏、网速的快慢、信号的强弱都由这块基带芯片决定,不同的基带芯片之间参数、性能、体验区别非常之大。因此基带的好坏已经基本上决定了你手机的使用体验,外观上再好看再精致的手机,没有一款强大的基带芯片在背后默默支持,那也只不过是个花瓶玩意,中看不中用。基带芯片手机中最核心的部分,也是技术含量最高的部分,全球只有极少数厂家拥有此项技术。

基带长什么样?

集成于SoC:

目前移动基带的趋向于集成于SoC上(System on a Chip,片上系统,就是一个芯片集成了非常多的功能)。以高通骁龙835为例,在整个SoC芯片上,集成了CPU、GPU、DSP、ISP、安全模块以及X16 LTE Modem,也就是移动基带。

与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带

通常情况下,SoC内置通信基带往往意味着厂商拥有着强大的基带设计能力,手握着最为重要的基础通信技术专利,而且手机基带对于功耗要求非常严苛,要精确控制功耗的变化一点都不容易。目前能做到在SoC上集成基带功能的厂商包括:高通、MTK、华为等。

因此目前大量销售高通以及MTK的SoC方案非常省事,他们已经把CPU、GPU、基带什么的都调试好,这对于需要大量新机来维持销量和盈利的手机厂商来说,太具有吸引力了。集成基带也有缺点就是对射频性能有一定影响,需要考察手机厂商对于射频天线的设计能力。

SoC集成基带将会是未来的主流,无论是高通、MTK、华为都在搞集成基带,好处显而易见,成本降下来了,这很容易理解,原来需要两块或者更多芯片才能完成的事情,现在只要一块就可以搞定。

外挂基带:

由于基带芯片的技术门槛高、研发周期长、资金投入大, 对于一般厂商而言,自行开发基带芯片十分不划算,都是通过外挂别家厂商的基带实现通信功能。另外部分厂商对于基带研发速度较慢,跟不上CPU的更新换代速度,因此外置基带显然成本更为低廉。

外挂基带也不是什么丢人的事,即便是三星仍在采用外挂基带策略作为手机通信模块,这个纯属无奈之举,毕竟基础通信技术有着不可跨越的专利壁垒,你必须得购买别家的技术授权,传闻三星下一代shannon 359基带将会完全集成于SoC内。

而且还有一种十分重要的原因,就是高通是Code Divsion Multi Access(CDMA)的发明者,拥有最多的CDMA基础专利,并且设计了庞大而关系错综复杂的专利壁垒,而GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA网络大量使用了CDMA的技术原理以及专利,现在以及可见的未来是绕不开的,外人很难将这些技术集成到自己的基带设计中,除非交出一笔不菲的专利“保护费”。

与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带

苹果iPhone 7使用的A10 Fusion SoC + Samsung RAM,外挂高通MDM9645M Cat.12基带方案

信号处理过程

当我们用手机打电话、上网时,电信号首先要经过基带处理,然后在手机和基站间建立逻辑信道,语音、网络数据就通过逻辑信道发送给基站,实现信息的互联和通信。

一个经过简化的数字通信系统模型如下所示:

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不同网络制式下,语音信源编码方式

信源编码——删繁就简

主要目前就是前期将需要传输的信源数据进行过滤,把没有用的、冗余的数据全部去掉,使用一定算法压缩信息,好处不言而喻,节省了信道资源、提高了系统有效性。

与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带
不同网络制式下,语音信源编码方式

信道编码——增加冗余检错

与信源编码相反,信道编码的主要目的就是增加冗余信息,因为电磁波信号在自由空间传播时,信道中常有干扰、噪声以及多径衰落问题,造成信号收发出错,因此发明了信道编码,引入冗余信息使得接受的信息也可以自行纠错检错。

与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带
不同网络制式下,信道编码方式

数字调制——频谱搬移

发射端将调制信号从低频端搬移到高频端(数字基带信号与正弦波相乘调制成数字带通信号),便于天线发送或实现不同信号源,并且可以对频谱进行复用,提供利用率。

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信源解码、信道解码、数字解调都是其逆向过程,同样需要专用硬件支持。目前随着数字信号处理技术的发展,ARM微处理器、DSP和FPGA结构体系成为移动终端芯片实现的主要方式。

基带领域有哪些“玩家”?

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高通:

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凭借多年来在 CDMA 技术上的积累,成为了目前基带市场中占据份额最大的厂商。根据国外市场调研机构 Strategy AnalyTIcs 最新的报告显示, 2016 年上半年,全球蜂窝基带处理器的市场规模达到了105亿美元,其中有超过50%的收益份额被高通拿走,出货量份额也达到了54%。

高通为了保持在技术上的领先优势,在基带研发投入了大量资金,因此高通拥有大量高性能、集成全网通、支持技术齐备的通信基带,无论是外挂还是内置,一样难不倒高通。而且更是发布了X50全球第一个5G网络通信基带,高通至今奉行技术先行,标准由“我”定的做事风格。

联发科:

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得益于中国以及新兴市场对于中低端的智能手机推动,MTK联发科的通信基带出货份额攀升至23%,排名第二。凭借着较低的价格,联发科大举杀入中低端市场,前期大量支持“五模”双4G的基带,成功避开了高通在CDMA方面的专利,获得大量市场用户。此后更是实现了SoC上集成了全网通。

三星:

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三星在基带市场上一直处于自研自用,不过以三星在Android市场上称皇称霸,12%份额排名第三。而且全部都以外挂形式,有报道称三星下一代shannon 359基带将会集成于SoC上。

展讯:

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作为为数不多的中国玩家,展讯的名头视乎不太响亮,但是其外挂基带在业界内可是大名鼎鼎,前几年还获得了Intel大笔投资,因此其基带性能非常不错,更是研制出连高通都没做出的来双卡双待双通方案。

Intel:

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Intel原本在基带市场也是默默无闻的,不过由于intel不再死守X86处理器市场,全面多元化旗下业务,因此在全球4G浪潮推动下,LTE基带供应商都获得超越之前的份额,而且在iPhone 7上首次集成了Intel XMM系列基带,加之iPhone每年都热卖,Intel基带市场份额将会得到进一步增长。

什么是多模多频?

我们经常在手机发布会上看到这个手机支持五模十三频、全网通之类的,那么到底是个什么玩意?

多模指的就是支持移动通信制式的种类。在中国,移动通信制式包括移动TD-LTE、电信/联通LTE FDD、移动TD SCDMA、联通WCDMA、移动/联通GSM、电信CDMA2000、电信CDMA 1x、EVDO。

多频就是在各种模式下手机能支持工作频率,由于全球范围内每个国家对于网络制式使用以及频段划分不一致,同时避免频段干扰,即便是运行在同一个网络制式上,也会有频段上的区别。

举个例子,中国移动所提出的五模十三频,就是同时支持TD-LTE、LTE FDD、TD-SCDMA、WCDMA、GSM五种移动通信制式;支持TD-LTE Band38/39/40,TD-SCDMA Band34/39,WCDMA Band1/2/5,LTE FDD Band7/3,GSM Band2/3/8 这10个中国境内最常用的频段,此外还支持TD-LTE Band41,LTE FDD Band1/17,GSM Band5频段的话,就可以实现手机全球漫游。

其实大家对于自己手机通信质量不必太担心,因为电信网是一个公共网,一个设备出现问题就有可能影响到整个网络的运行。因此中国长期以来对电信设备一直采用入网许可证制度,所有进入公共电信网的设备都必须要通过检测,符合相关要求的设备才允许入网使用。


本文作者:梁俊豪      

来源:51CTO

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