超能課堂(83)：與手機網速、通話質量千絲萬縷的通信基帶

自從我們進入了4G時代，各家手機廠商處理器新品發布會現場都會聽到支持全網通、x模x頻等等一系列與通信網路有關的專有名詞，這些技術最主要來自手機中的一個名為基帶的晶元支持。那麼什麼是基帶晶元呢？

什麼是基帶？

對於基帶一詞，想必很多網友都是耳熟能祥的東西，畢竟在「遠古」時代的Android是可以隨意刷寫基帶，就像更新ROM一樣簡單，刷入新基帶過後還可能對手機的信號、通話質量有一定增強。不過呢在這裡，我們所指的基帶是硬體上的基帶晶元。

基帶晶元就是手機中的通信模塊，最主要的功能就是負責與移動通信網路的基站進行交流，對上下行的無線信號進行調製、解調、編碼、解碼工作。沒有了它的支持，你的手機只能是一個擺設，無法發揮出手機原本應該有的通訊作用，包括通話、簡訊、上網一系列互連功能。基帶的作用十分類似於我們日常生活中的光貓、ADSL貓作用，只不過是將信號處理對象由光、電變成電磁波。

基帶晶元核心部分最主要分為兩個部分：射頻部分和基帶部分。射頻部分是將電信號調製成電磁波發送出去或是對接收電磁波進行解調，並且實現基帶調製信號的上變頻和下變頻。基帶部分一般是對信號處理，一般由固定功能的DSP提供強大的處理能力，在現代通信設備中，DSP一般被用作語音信號處理、信道編解碼、圖像處理等等。

因此你的手機支持什麼制式網路及頻段，通話質量的好壞、網速的快慢、信號的強弱都由這塊基帶晶元決定，不同的基帶晶元之間參數、性能、體驗區別非常之大。因此基帶的好壞已經基本上決定了你手機的使用體驗，外觀上再好看再精緻的手機，沒有一款強大的基帶晶元在背後默默支持，那也只不過是個花瓶玩意，中看不中用。基帶晶元手機中最核心的部分，也是技術含量最高的部分，全球只有極少數廠家擁有此項技術。

基帶長什麼樣？

集成於SoC：

目前移動基帶的趨向於集成於SoC上（System on a Chip，片上系統，就是一個晶元集成了非常多的功能）。以高通驍龍835為例，在整個SoC晶元上，集成了CPU、GPU、DSP、ISP、安全模塊以及X16 LTE Modem，也就是移動基帶。

通常情況下，SoC內置通信基帶往往意味著廠商擁有著強大的基帶設計能力，手握著最為重要的基礎通信技術專利，而且手機基帶對於功耗要求非常嚴苛，要精確控制功耗的變化一點都不容易。目前能做到在SoC上集成基帶功能的廠商包括：高通、MTK、華為等。

因此目前大量銷售高通以及MTK的SoC方案非常省事，他們已經把CPU、GPU、基帶什麼的都調試好，這對於需要大量新機來維持銷量和盈利的手機廠商來說，太具有吸引力了。集成基帶也有缺點就是對射頻性能有一定影響，需要考察手機廠商對於射頻天線的設計能力。

SoC集成基帶將會是未來的主流，無論是高通、MTK、華為都在搞集成基帶，好處顯而易見，成本降下來了，這很容易理解，原來需要兩塊或者更多晶元才能完成的事情，現在只要一塊就可以搞定。

外掛基帶：

由於基帶晶元的技術門檻高、研發周期長、資金投入大， 對於一般廠商而言，自行開發基帶晶元十分不划算，都是通過外掛別家廠商的基帶實現通信功能。另外部分廠商對於基帶研發速度較慢，跟不上CPU的更新換代速度，因此外置基帶顯然成本更為低廉。

外掛基帶也不是什麼丟人的事，即便是三星仍在採用外掛基帶策略作為手機通信模塊，這個純屬無奈之舉，畢竟基礎通信技術有著不可跨越的專利壁壘，你必須得購買別家的技術授權，傳聞三星下一代shannon 359基帶將會完全集成於SoC內。

而且還有一種十分重要的原因，就是高通是Code Divsion Multi Access（CDMA）的發明者，擁有最多的CDMA基礎專利，並且設計了龐大而關係錯綜複雜的專利壁壘，而GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA網路大量使用了CDMA的技術原理以及專利，現在以及可見的未來是繞不開的，外人很難將這些技術集成到自己的基帶設計中，除非交出一筆不菲的專利「保護費」。

蘋果iPhone 7使用的A10 Fusion SoC + Samsung RAM，外掛高通MDM9645M Cat.12基帶方案

信號處理過程

當我們用手機打電話、上網時，電信號首先要經過基帶處理，然後在手機和基站間建立邏輯信道，語音、網路數據就通過邏輯信道發送給基站，實現信息的互聯和通信。

一個經過簡化的數字通信系統模型如下所示：

不同網路制式下，語音信源編碼方式

信源編碼——刪繁就簡

主要目前就是前期將需要傳輸的信源數據進行過濾，把沒有用的、冗餘的數據全部去掉，使用一定演算法壓縮信息，好處不言而喻，節省了信道資源、提高了系統有效性。

不同網路制式下，語音信源編碼方式

信道編碼——增加冗餘檢錯

與信源編碼相反，信道編碼的主要目的就是增加冗餘信息，因為電磁波信號在自由空間傳播時，信道中常有干擾、雜訊以及多徑衰落問題，造成信號收發出錯，因此發明了信道編碼，引入冗餘信息使得接受的信息也可以自行糾錯檢錯。

不同網路制式下，信道編碼方式

數字調製——頻譜搬移

發射端將調製信號從低頻端搬移到高頻端（數字基帶信號與正弦波相乘調製成數字帶通信號），便於天線發送或實現不同信號源，並且可以對頻譜進行復用，提供利用率。

信源解碼、信道解碼、數字解調都是其逆向過程，同樣需要專用硬體支持。目前隨著數字信號處理技術的發展，ARM微處理器、DSP和FPGA結構體系成為移動終端晶元實現的主要方式。

基帶領域有哪些「玩家」？

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高通：

憑藉多年來在 CDMA 技術上的積累，成為了目前基帶市場中佔據份額最大的廠商。根據國外市場調研機構 Strategy AnalyTIcs 最新的報告顯示， 2016 年上半年，全球蜂窩基帶處理器的市場規模達到了105億美元，其中有超過50%的收益份額被高通拿走，出貨量份額也達到了54%。

高通為了保持在技術上的領先優勢，在基帶研發投入了大量資金，因此高通擁有大量高性能、集成全網通、支持技術齊備的通信基帶，無論是外掛還是內置，一樣難不倒高通。而且更是發布了X50全球第一個5G網路通信基帶，高通至今奉行技術先行，標準由「我」定的做事風格。

聯發科：

得益於中國以及新興市場對於中低端的智能手機推動，MTK聯發科的通信基帶出貨份額攀升至23%，排名第二。憑藉著較低的價格，聯發科大舉殺入中低端市場，前期大量支持「五模」雙4G的基帶，成功避開了高通在CDMA方面的專利，獲得大量市場用戶。此後更是實現了SoC上集成了全網通。

三星：

三星在基帶市場上一直處於自研自用，不過以三星在Android市場上稱皇稱霸，12%份額排名第三。而且全部都以外掛形式，有報道稱三星下一代shannon 359基帶將會集成於SoC上。

展訊：

作為為數不多的中國玩家，展訊的名頭視乎不太響亮，但是其外掛基帶在業界內可是大名鼎鼎，前幾年還獲得了Intel大筆投資，因此其基帶性能非常不錯，更是研製出連高通都沒做出的來雙卡雙待雙通方案。

Intel：

Intel原本在基帶市場也是默默無聞的，不過由於intel不再死守X86處理器市場，全面多元化旗下業務，因此在全球4G浪潮推動下，LTE基帶供應商都獲得超越之前的份額，而且在iPhone 7上首次集成了Intel XMM系列基帶，加之iPhone每年都熱賣，Intel基帶市場份額將會得到進一步增長。

什麼是多模多頻？

我們經常在手機發布會上看到這個手機支持五模十三頻、全網通之類的，那麼到底是個什麼玩意？

多模指的就是支持移動通信制式的種類。在中國，移動通信制式包括移動TD-LTE、電信/聯通LTE FDD、移動TD SCDMA、聯通WCDMA、移動/聯通GSM、電信CDMA2000、電信CDMA 1x、EVDO。

多頻就是在各種模式下手機能支持工作頻率，由於全球範圍內每個國家對於網路制式使用以及頻段劃分不一致，同時避免頻段干擾，即便是運行在同一個網路制式上，也會有頻段上的區別。

舉個例子，中國移動所提出的五模十三頻，就是同時支持TD-LTE、LTE FDD、TD-SCDMA、WCDMA、GSM五種移動通信制式；支持TD-LTE Band38/39/40，TD-SCDMA Band34/39，WCDMA Band1/2/5，LTE FDD Band7/3，GSM Band2/3/8 這10個中國境內最常用的頻段，此外還支持TD-LTE Band41，LTE FDD Band1/17，GSM Band5頻段的話，就可以實現手機全球漫遊。

其實大家對於自己手機通信質量不必太擔心，因為電信網是一個公共網，一個設備出現問題就有可能影響到整個網路的運行。因此中國長期以來對電信設備一直採用入網許可證制度，所有進入公共電信網的設備都必須要通過檢測，符合相關要求的設備才允許入網使用。