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！

基带、射频，到底是干什么用的？

来源：内容授权转载自「鲜枣课堂」，作者：小枣君，谢谢。

大家好，我是小枣君。今天我们来聊聊基带和射频。

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。

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。

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。

—— 正文开始 ——

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。

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。

声波（机械波）转换成电信号

此时，我们的第一个主角——基带，开始登场。

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。

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）。

回到我们刚才所说的语音模拟信号。

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：

上图中的编码，我们称之为信源编码 。

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”。

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。

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。

除了信源编码之外，基带还要做信道编码 。

编码分为信源编码 和信道编码

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”。

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。

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。

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。

除了编码之外，基带还要对信号进行加密。

接下来的工作，还是基带负责，那就是调制 。

调制，简单来说，就是让“波”更好地表示0和1。

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。

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”） 。

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。

星座图

16QAM示意图（1个符号代表4个bit）

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。

256QAM

好了，基带的活儿总算是干完了。接下来该怎么办呢？

轮到射频登场了。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

射频的作用，就像调度员

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。

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。

再有，你也必须调制到指定频段，不然干扰别人了，就是违法。

在工程实现上，低频也不适合。

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。

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。

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。

电磁波的传播

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。

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。

我把大致过程画个简单的示意图如下：

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。

哈哈，好啦，今天的内容就到这里。

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