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。
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。
对于日常使用的射频模块,通常由五个部分组成:射频、基带、电源管理、外设、软件,本文主要针对基带和射频部分的关系和区别进行相关介绍。
射频部分主要作用为将基带处理后的信号发射出去,或者将外部的信号接收并传递给基带信号。而基带一般是信息处理的部分,负责将信号处理后传递给射频部分,或者处理来自射频部分接收回来的信号,总的来说,射频芯片负责射频收发、频率合成、功率放大。
基带芯片负责信号处理和协议处理。基带芯片可以认为是包括调制解调器,但不止于调制解调器,还包括信道编解码、信源编解码,以及一些信令处理。而射频芯片,则可看做是最简单的基带调制信号的上变频和下变频。所谓调制,就是把需要传输的信号,通过一定的规则调制到载波上面然后通过无线收发器发送出去,解调就是相反的过程,如下图所示为semtech基带芯片SX1302的内部结构。
由图可知射频前端芯片通过SPI与基带芯片进行信号交互,基带芯片再通过SPI端口与用户外部设备进行交互。
射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形,并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件,它包括功率放大器、低噪声放大器和天线开关。射频芯片架构包括接收通道和发射通道两大部分,接收时,天线把基站发送来电磁波转为微弱交流电流信号经滤波,高频放大后,送入中频内进行解调,得到接收基带信息。
发射电路由中频内部的发射调制器、发射鉴相器;发射压控振荡器(TX-VCO)、功率放大器(功放)、功率控制器(功控)、发射互感器等电路组成。在发射时,从基带过来的信号通过调制;调制信号经过PLL处理后得到所需频率的射频信号,但是这个信号很微弱,需要通过功率放大器(PA)进行功率放大;放大后的信号经过滤波器进行滤波后通过天线发射出去。由于PLL受振荡源影响很大,所以对外部晶振的频偏要求很高,目前有源晶振的频率准确率可达到1-0.5PPM以内,可以为PLL提供极其精准的振荡源。
对于接收部分,射频信号通过天线接收,并转换为电信号,接下来通过低噪声放大器进行信号放大,放大后的信号通过解调器进行解调后分离为基带信号和射频信号,然后将解调的信号进一步处理即可得到所需的信号,在接收过程中,低噪声放大器发挥着不可或缺的作用,其很大程度上影响了整个系统的接收灵敏度。