如何卡住5G功能的脖子？一文读懂智能手机的射频模块

我们都知道，智能手机的体验取决于其搭载的SoC移动平台，后者又是由CPU、GPU、ISP、NPU和Modem（基带，又称Baseband）等单元构成。

如果问是谁在影响一款智能手机上网时的网速、延迟和稳定性？相信很多朋友的答案都是基带。

但是，基带却并非影响网络性能的唯一，射频+天线模块，也是让手机尽情网上冲浪的幕后功臣。

理论上讲，完整的射频模块包含“射频+天线” ，但为了便于理解我们还是将它们拆分为两个部分。如果你对手机的天线设计感兴趣，可参考《5G手机靠基带还不够！天线设计也得做手术！》这篇文章，本文我们则将目锁定在射频模块上。

先从华为手机谈起

去年华为推出了一系列新款4G手机，包括Mate 40 4G、Mate X2 4G和nova 8i（搭载骁龙662）等，相比5G版的首发价便宜了不少。

麒麟9000集成巴龙5000基带

看到这里，估计不少朋友会产生一个疑问——麒麟9000最大的特色就是集成5G基带，理论上应该可以原生支持5G ，那搭载它的新款手机为啥仅支持4G呢？难道把5G基带给“阉割”了？

再看一个奇怪的现象

如今市售的热门5G SoC中，除了骁龙865/骁龙870需要外挂骁龙X55基带以外，其他的芯片几乎都直接整合了5G基带。

问题又来了，都是搭载同一颗SoC的智能手机，为什么有些型号的网速更快更稳定，有些型号的网络体验却又非常差劲儿呢？

难道同款基带还有强弱之别？

手机5G网络的“快递部”

一款手机要想激活5G网络，不仅需要5G基带，还需要5G射频模块和配套的5G天线模块，而它们也恰好可以组建成一个“快递部门”。

其中，基带扮演的角色是快递站点的“打包/拆包”，负责将模拟信号通过AD数模转换电路，完成采样、量化、编码，变成数字信号（可以理解为把声音、画面变成0和1）；射频模块扮演的角色是快递包裹的分拣，将基带送过来的数字信号进行调制，比如滤波、放大、解调和解码等；天线模块则是负责将调制的信号发送出去，就好比快递员，只是收件人为运营商建设的基站。

需要注意的是，上述的快递流程是可逆的。

比如，作为收件人的基站也能选择发件，经由天线这个快递员接收后，经过射频模块的分拣，最终再由基带将打包的数字信号还原成模拟信号，把无数个0、1重新变回声音和画面被用户感知。

易被忽略的射频模块

5G射频模块的关键词是“模块”，它并非一颗芯片，而是一批芯片和元件的集合 。

一般情况下，当我们看到手机的拆机图片后，最为关心的通常是PCB主板上醒目的CPU（SoC）、内存、闪存、基带和电源管理等主要芯片。

你以为这些芯片很多吗？那当你看到数量更多更复杂的射频模块相关芯片后，是否有种“密集恐惧症”的既视感呢？

图里圈中的芯片全部属于射频模块范畴

射频模块作为超复杂的芯片矩阵，少了其中的任何一颗芯片或元器件，都有可能导致网络功能（如5G）受限。

华为虽然在基带芯片的研发和性能方面达到了业界一流水准，但在射频模块领域却依旧依赖于其他供应商。由于众所周知的原因，华为的部分供应链被“卡脖子”，在5G相关射频芯片的缺失下，华为手机在2021年重启4G也就在情理之中了。

射频模块的基本构成

射频的英文名是Radio Frequency，也就是我们经常念叨的“RF”，在手机领域属于具备远距离传输高频电磁波能力的功能模块。

一般来说，完整的射频模块包含射频收发器、射频前端和天线三个部分。 其中射频前端又包括功率放大器、包络追踪器、低噪声放大器、滤波器、天线开关、天线调谐器等多个组件。

射频模块的工作原理非常复杂，限于篇幅我们就不展开详细的介绍了。

简单来说，从基带芯片发送过来的信号频率很低，射频模块的主要任务，就是对这个信号进行调制，将低频调制到诸如GSM的900MHz频段、4G LTE的1.9GHz频段或5G的3.5GHz频段等。此时，虽然信号频率提高了，但依旧存在功率较小的问题，需要用功率放大器使其获得足够的射频功率，然后才会送到天线，再经滤波器消除干扰杂波，最终通过天线振子发射出去。

射频模块的其他组件也各司其职，比如射频天线开关用于控制天线的启用与关闭，而天线调谐器则可通过“摆弄”天线，获得最佳的收发效果。同配置智能手机之间之所以存在4G/5G信号强弱有别的问题，就是射频模块（包括天线）的布局设计和相关芯片组件的实际性能，如果手机厂商在这方面压缩成本，结果往往就是支持频段少，穿墙能力差，容易出现丢包、延迟、断网和卡顿等问题。

高通的“交钥匙”模式

在2G手机时代，联发科用“交钥匙”模式（联发科提供完整的芯片和配套系统和软件的整合，OEM厂商只需微调手机外观和系统界面再找个代工厂生产就能直接上市）横扫千军，并因此博得“山寨机之父”的美誉。在5G手机时代，高通的射频系统也走在了“交钥匙”的道路上。

前文我们已经提到了，5G射频模块长期都被Broadcom、Skywork、Qorvo、AVAGO、muRata等厂商垄断，手机厂商在购买高通骁龙、联发科天玑等SoC和配套（或整合其中）的基带以外，还需要购买很多来自第三方的射频收发器以及射频前端的无数颗芯片，再结合复杂的天线矩阵，才能实现完整的3G/4G/5G网络功能。

由A厂造基带、B厂造射频、C厂造天线，最后再由手机D厂完成最终的整合和对接，这种分散式的流程太过复杂，充满不确定性，想让来自不同厂商的芯片之间完美协同难度极高。

高通凭借其在基带芯片领域的技术和专利优势，已经成为了全球最大的基带芯片供应商，全球几乎所有的Android手机厂商都有采用高通骁龙移动平台和骁龙基带芯片。与此同时，高通还为射频前端提供端到端的解决方案，包括功率放大器、滤波器、射频收发器和天线调谐器，这意味着从基带到天线都可以使用高通的组件构建。

和分散式的5G模块相比，高通的集成式5G模块还有利于缩减系统的最终尺寸，减少对手机空间的占用。此外，这些拥有“血缘关系”的芯片矩阵，可以实现更深层次的优化整合，带来诸如宽带包络追踪（ET）、AI辅助信号增强技术、多载波优化、去耦调谐、多SIM卡增强并发等技术和功能。

我们不妨参考一下三星美国Verizon版三星Galaxy Note 20 5G UW的拆机图片，该产品从基带到天线的大量组件，包括几个功率放大器（如QPM5625）、包络追踪器（1个QET6100和2个QET5100模块等）和分级模块均来自高通。为了实现对毫米波的支持，该产品还内置2个高通最新的QTM535毫米波天线模组，后者在非常紧凑的尺寸中集成了天线、射频前端和收发器等部件。

国产化的分点突破

随着通信技术的持续迭代，需要的资金和技术投入越来越大，市场竞争日趋激烈，射频前端市场的玩家也在不断的并购当中越来越少，国产射频前端厂商存在感很低。长期以来，我们都缺少能像高通那般提供一揽子交钥匙模式的国产供应商。

好消息是，能在5G射频前端市场进行分点突破的国产厂商越来越多，比如国产5G SAW滤波器厂商主要就有天津诺思和开元通信等，国产5G PA功率放大器模组也形成了慧智微、唯捷创芯、锐石创芯以及昂瑞微为代表的多强格局，据悉华为将在2022年上市的新款旗舰机将回归5G序列，可见其已经解决了5G射频方面的芯片被卡脖子的问题。

基带芯片到底是什么？它为什么这么难做？

序言

注意！本期会非常硬核！

2020年8月7号，华为消费者业务CEO余承东在演讲时表示，华为Mate 40系列仍搭载最新的麒麟9000，这颗芯片将采用5nm制程工艺。

也就是台积电赶在美国禁令生效前，赶工的5nm制程芯片，但是可能是最后一代高端芯片，同时也是最后的麒麟高端Soc。

这里给大家普及下什么是Soc。

Soc的全称叫做"System-on-a-Chip"，中文的意思就是“把系统都做在一个芯片上”。也就是说SoC上集成了很多手机上最关键的部件。

而这里面最核心的芯片就是，咱们这一期视频的主角-基带芯片。

基带芯片

基带芯片它是一种用于无线电传输和接收数据的数字芯片。

讲的通俗易懂就是，把我们的数据变成天线可以发出的电磁波，再把接收到的电磁波解码成我们所需要的数据。

而想要完成这个功能，就需要两大核心部分-射频部分和基带部分。

射频部分是处理信号发送和接收的，同时还要负责信号的放大，基带部分是负责信号的处理。

一句话，基带芯片可以看成是手机与外界联系的纽带。没有基带，手机就不能打电话，不能用移动数据上网。

说白了，基带芯片就类似咱们日常的翻译官。当然了，它的功能比翻译官的工作可复杂多了。

基带芯片开发

可以说，基带芯片是手机中最核心的部分，同时也是技术含量最高的部分。

目前全球只有极少数厂家拥有此项技术，分别为高通、英特尔、三星，华为、联发科、紫光展锐等等。

嗯？你还别不信！

让我来告诉你基带芯片的开发有多难？

首先它必须支持全模全频段。

什么意思？

全模指的是不同的通信模式，比如2G/3G/4G/5G，这里面又有很多协议，比如GSM, WCDMA, TD-SCDMA，TD-LTE等等。

全频段是指在各种模式下手机能支持工作频率，包括美洲频段，欧洲频段，中国频段等等。

更麻烦的是除了这么多网络制式之外，还包括不同通信设备的设备兼容，比如爱立信、华为、中兴等等。

由于运营商在组网时所用设备的不确定性，所以最保险的方式就是全设备兼容支持，而这就造成了大量的编码工作和测试工作。

除此之外呢，其它厂商难以超越高通基带芯片的，一个关键因素专利。

手机厂商每出货一部手机，除支付高通芯片费用外，还要按手机零售价的5%，作为专利授权费用上交给高通。

苹果与高通

不仅仅是国内小米手机，甚至连苹果，都因为不掌握基带芯片的研发能力，而被高通折磨的痛不欲生。

苹果 CEO 库克曾表示，苹果研发的 Touch ID、屏幕、摄像头，都跟高通没有任何关系，然而高通却要毫无理由的从中抽成。这就像是一个人去买沙发，然而老板却要根据顾客房子的价值给沙发定价。

这让苹果实在气不过，于是2017年跟高通吵了一架，转向用英特尔的基带芯片。

但英特尔无奈却是坑爹货，性能不行，导致苹果的通话信号质量差等等问题，在体验上被众多安卓手机吊打。

后来苹果不得不向高通妥协了，支付了一笔没有公开数目的和解费。

到了5G时代，由于英特尔基带芯片设计能力有限，后来英特尔索性直接放弃不玩了。

华为与高通

有同学会问了，那华为呢？它怕不怕高通呢？

先说结论，华为不怕高通。

为啥呢？

因为华为在通讯领域积累了二十年以上，华为本身也积累了大量的通讯专利，高通的专利华为要用，但是华为的专利高通也绕不开。

这样就形成了我中有你，你中有我的局面，当两个人实力差不多的时候，就会相互妥协，互相专利授权，这样就能活下来。

所以华为能做到在SoC上集成基带功能的厂商之一。

总结

无论是智能手机还是功能手机，想要实现通讯功能，基带芯片是不可或缺的。

因此对手机厂商来说，如果能把基带芯片掌控在自己手里，那么在盈利的空间上会大大提高。

对手机处理器厂商来说也是如此。如果能把基带芯片整合到自家平台中，那么产品在市场上就更有竞争力。

而华为海思的巴龙基带芯片算一个，从命名看，"巴龙"原本是西藏一座海拔7013米雪山的名字，寓意迎难而上，大有和高通"骁龙"一较高下之意。

回顾华为海思的发展，它从2005年推出WCDMA基带芯片，用十五年时间从远远落后于美国芯片企业，到如今已取得可以同高通扳手腕的地位。可见华为在技术上的快速进展！

华为取得的成绩是值得我们每个人自豪的！

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