<p><em>作者：小枣君，来源：鲜枣课堂</em></p>
<p><strong>导 读</strong></p>
<p>基带，英文叫Baseband，基本频带。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。</p>
<p>大家好，我是小枣君。今天我们来聊聊基带和射频。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p><img alt="声波（机械波）转换成电信号" data-entity-type="file" data-entity-uuid="35a388c1-6d10-4435-b8bb-87ae7642f8c5" src="/sites/default/files/inline-images/1_172.jpg" /></p>
<p>声波（机械波）转换成电信号</p>
<p>此时，我们的第一个主角——基带，开始登场。</p>
<p>基带，英文叫Baseband，基本频带。</p>
<p>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。</p>
<p>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）。</p>
<p><img alt="基带芯片" data-entity-type="file" data-entity-uuid="55559c57-90a5-4aa7-91de-e834dbaafc54" src="/sites/default/files/inline-images/2_170.jpg" /></p>
<p>回到我们刚才所说的语音模拟信号。</p>
<p>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：</p>
<p><img alt="上图中的编码，我们称之为信源编码" data-entity-type="file" data-entity-uuid="1f3f0c6d-923e-4c8f-9254-1197ef214b87" src="/sites/default/files/inline-images/3_151.jpg" /><br />
上图中的编码，我们称之为信源编码。</p>
<p>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”。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>除了信源编码之外，基带还要做信道编码。</p>
<p><img alt="信道编码" data-entity-type="file" data-entity-uuid="9c8b1398-e5ca-4b5c-9b3e-5a39a7d64ef1" src="/sites/default/files/inline-images/4_128.jpg" /><br />
编码分为信源编码和信道编码</p>
<p>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”。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p><img alt="信道编码" data-entity-type="file" data-entity-uuid="f2f7a2c8-7d6d-4bd7-a6f5-31ca1effca09" src="/sites/default/files/inline-images/5_115.jpg" /><br />
去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。</p>
<p>除了编码之外，基带还要对信号进行加密。</p>
<p>接下来的工作，还是基带负责，那就是调制。</p>
<p>调制，简单来说，就是让“波”更好地表示0和1。</p>
<p><img alt="调制" data-entity-type="file" data-entity-uuid="272c2a83-4e64-4d7b-83dc-3c9da3256536" src="/sites/default/files/inline-images/6_98.jpg" /><br />
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。</p>
<p><img alt="7" data-entity-type="file" data-entity-uuid="705d5f77-75e7-45bc-b4fc-f58a93e5292d" src="/sites/default/files/inline-images/7_81.jpg" /><br />
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”）。</p>
<p>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。</p>
<p><img alt="星座图" data-entity-type="file" data-entity-uuid="db12e55e-8391-4f17-9813-9b2cdc53f895" src="/sites/default/files/inline-images/8_64.jpg" /></p>
<p><img alt="9" data-entity-type="file" data-entity-uuid="35d21505-c47a-4189-9d63-456cddedf2bb" src="/sites/default/files/inline-images/9_55.jpg" /></p>
<p>星座图</p>
<p><img alt="10" data-entity-type="file" data-entity-uuid="a3ff57ad-eae7-401d-b884-d2bced4076bb" src="/sites/default/files/inline-images/10.gif" /><br />
16QAM示意图</p>
<p>（1个符号代表4个bit）</p>
<p>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。</p>
<p><img alt="11" data-entity-type="file" data-entity-uuid="6d3f0811-e99c-455f-8614-8a5c8b1dadce" src="/sites/default/files/inline-images/11_40.jpg" /><br />
256QAM</p>
<p>好了，基带的活儿总算是干完了。接下来该怎么办呢？</p>
<p>轮到射频登场了。</p>
<p>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 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。</p>
<p>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。</p>
<p><img alt="12" data-entity-type="file" data-entity-uuid="b2b18167-2dde-4ba6-93f9-3541420fe29e" src="/sites/default/files/inline-images/12.gif" /><br />
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。</p>
<p><img alt="13" data-entity-type="file" data-entity-uuid="f806138d-d98d-46de-99bf-6f4f3f2aae8f" src="/sites/default/files/inline-images/13_30.jpg" /><br />
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）。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p><img alt="14" data-entity-type="file" data-entity-uuid="a07fc7d3-4dd8-467d-aedc-ca351d9978c2" src="/sites/default/files/inline-images/14_25.jpg" /><br />
射频的作用，就像调度员</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>再有，你也必须调制到指定频段，不然干扰别人了，就是违法。</p>
<p>在工程实现上，低频也不适合。</p>
<p>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正比（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。</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p><img alt="15" data-entity-type="file" data-entity-uuid="707a8891-8025-4d48-88d9-5f52ca6b3c96" src="/sites/default/files/inline-images/15.gif" /><br />
电磁波的传播</p>
<p>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。</p>
<p>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。</p>
<p>我把大致过程画个简单的示意图如下：</p>
<p><img alt="示意图" data-entity-type="file" data-entity-uuid="a6242367-f789-4440-8154-29bb6dca3b55" height="209" src="/sites/default/files/inline-images/16_19.jpg" width="631" /><br />
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。</p>