基带的具体工作流程,我们以打电话为例,先上图:
文章插图
图2 通信原理 (图源:https://my.oschina.net/u/4406457/blog/4296927)
当我们讲话时,手机麦克风会收集声音,讲话声带有一定规律的频率、幅度,可以用一条连续的曲线来表示,也就是声波 。此时的声音就是模拟信号,也称连续信号,这是一种用连续变化的物理量所表达的信息 。
但问题是,基带可不认识什么模拟信号啊!为了通信能够继续,就必须进行模数转换(A/D转换),即将模拟信号转变为基带可识别的数字信号 。
一般来说 , 模拟信号转换为数字信号需要经过信号的采样、量化与编码3个步骤 。
采样是对连续信号在时间上进行离散,即按照特定的时间间隔在原始的模拟信号上逐点采集瞬时值 。如下图 , 我们在曲线上取几组相同间隔的值:
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图3 采样(图源:sci.engr.uconn.edu)
上图左侧的曲线代表模拟信号,右侧图中的红点就表示采样取值 。其中,我们把间隔称之为采样间隔 。采样间隔是可以根据需要调整的(如上图) 。不过,间隔过大会导致信息丢失,严重时导致信息失真 。
所以,一般采样间隔的取值都很小,在毫秒、微秒的量级 。采样间隔的倒数也就是有时我们所说的采样频率,用fs表示,单位赫兹(hertz) 。比如,无线电广播所用采样频率一般为22050Hz,表示一秒内采集的样本为22050个 。
采样完成后,我们就得到了一组数值,称之为样本 。但是我们从上面也看到,一秒钟采样多达上万个样本,也就是有上万个数值,这么多的数值处理起来太麻烦,因此就需要量化 。
量化是指将信号的连续取值(或者大量可能的离散取值)近似为有限多个(或较少的)离散值的过程,也就是取整数值的过程(因为数字信号只能是整数) 。
量化完成后 , 还需要编码 。模拟信号中的取值是十进制,数字信号采用的是二进制编码,因此模拟信号转换称数字信号,编码是必不可少的 。
至此,讲话声(模拟信号)就转换成了数字信号(也就是上图右下中的蓝色线) 。不过基带的工作还没完成 。
信号在传输过程中易受到干扰和衰减,为了有效的抵抗信道中干扰和衰减,基带还要进行信道编码 。也就是在原信号中添加与其相关的附加信息,接受端会根据这种相关性来检测和纠正传输过程产生的差错,从而对抗传输过程的干扰 。
同时,为了保证讲话内容的安全性,基带还会进行加密 。
这一步完成后,信号还需要调制,也就是对基带信号的波形进行变换使它能够与信道特性相适应,这一步也被称作基带调制 。
至此,基带的工作完成 。调制后的基带信号经过射频调制(图1中橙色部分)再发送给基站,基站之间经过传输,最终信号会到达接收人的手机,基带再次发挥作用,经过解调、解密等操作,我们的声音就能被别人听到 。
可以看出,基带的作用是基础性的,直接关系着手机基础通信功能的实现 。一直以来,苹果为人诟病的信号问题就是因为基带 。
不断集中的基带市场
根据信息技术市场研究机构Strategy Analytics的数据,全球蜂窝基带处理器市场收益在2020年第二季度同比增长了20%,达到62亿美元 。
高通、海思、联发科、英特尔和三星LSI在2020年第二季度占据了全球蜂窝基带处理器市场前五名的收益份额 。高通以39%的收益份额领先,其次是海思22%,联发科占17% 。
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