高通不做手机,但他的芯片确是无数手机厂商最爱的东西。高通同时还在做手机的基带,这是一款手机信号优劣的关键,此前苹果一直使用高通的基带。但现在苹果却决定彻底和高通决裂,不再使用其提供的基带,转而和因特尔展开合作。
英特尔的CPU制作技术很强,作为全球最大的PC电脑芯片供应商,英特尔的芯片处理器占据这个市场的绝大部分份额。同时这家公司也提供基带产品,但是因为本身的技术实力不太好,此前很少有公司会选择英特尔的产品,但是现在英特尔成为苹果为数不多的几个可以选择合作的厂商。
影响手机信号好坏的基带芯片到底是什么?
先说基带,基带(Baseband)是手机中的一块电路,负责完成移动网络中无线信号的解调、解扰、解扩和解码工作,并将最终解码完成的数字信号传递给上层处理系统进行处理。
而基带芯片是用来合成即将发射的基带信号,或对接收到的基带信号进行解码。具体地说,就是发射时,把音频信号编译成用来发射的基带码;接收时,把收到的基带码解译为音频信号。同时,也负责地址信息(手机号、网站地址)、文字信息(短讯文字、网站文字)、图片信息的编译。基带芯片由:CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块组成。
而苹果不做这项技术的原因主要是苹果在移动通信领域专利很少,也不做网络侧设备或芯片,自己研发基带芯片需要超大投入,还得交专利费,还不如直接采购外挂来得划算。
手机里的射频芯片和基带芯片是什么关系?
目前的手机芯片分为三块,射频收发机(RF transceiver), 基带调制解调器(baseband modem)以及应用处理器(AP: applicaTIon processor)。以高通的产品线为例,射频收发机芯片的产品代号为WTR1605,基带调制解调器芯片为MDM9x25系列,应用处理器则是比较熟悉的骁龙系列。
按照高通的产品划分来看,射频收发机芯片负责无线通信,应用处理器就是传统意义的CPU和GPU,基带调制解调器芯片负责对无线通信的收发信号进行数字信号处理,在整个系统中的位置介于前两者之间。
高通的RF360解决方案,个人认为是和基带芯片有关的。从公开的资料来看,RF360里面用到了功率放大器(PA, power amplifier)的包络追踪(envelope tracking)技术,这个需要根据要发射的数据实时调整PA的供电电压,一般来说通过基带和射频的协同可以获得更好的效果。
基带信号现在都是数字的了,所以用DSP处理,前端是模拟的高频modulated的RF信号,后端是DSP芯片,中间是AD/DA,调制解调器放在基带芯片里(见下图)。
那么射频芯片和基带芯片是什么关系?基带芯片是否就是调制解调器?射频芯片和基带芯片是不是一个前端一个后端?
先讲一下历史,射频(Radio Frenquency)和基带(Base Band)皆来自英文直译。其中射频最早的应用就是Radio——无线广播(FM/AM),迄今为止这仍是射频技术乃至无线电领域最经典的应用。基带则是band中心点在0Hz的信号,所以基带就是最基础的信号。有人也把基带叫做“未调制信号”,曾经这个概念是对的,例如AM为调制信号(无需调制,接收后即可通过发声元器件读取内容)。但对于现代通信领域而言,基带信号通常都是指经过数字调制的,频谱中心点在0Hz的信号。而且没有明确的概念表明基带必须是模拟或者数字的,这完全看具体的实现机制。
言归正传,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。
总结一下,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让后通过无线收发器(RF Transceiver)发送出去的工程,解调就是相反的过程。
DSP如果涉及通信,在这里指的究竟是什么?DSP和基带芯片、射频芯片是什么关系?它们的工作流程是怎样的?
简言之,DSP芯片和射频芯片、基带芯片无关。DSP芯片是一个有强大数字处理能力的专用处理器,用于语音信号处理、信道编解码、图像处理等方面,基带芯片或射频芯片内部可内置一至多个DSP,但它是用于大量数据计算的,因而DSP可在芯片内部做成硬核(hardcore),但这样做灵活性欠佳。
基带处理器的研发难在哪?
苹果如今已经拥有了性能强大的A系列处理器,但负责手机和移动基站的通信,实现通话、短信、数据上网等功能的基带处理器一直使用英特尔或者高通的产品。苹果iPhone早期用的是英飞凌的产品,不过在2012年苹果还是选择了性能更具有优势的高通基带处理器。从2017年开始苹果又重新引入英特尔基带芯片,但表现仍然无法和高通基带处理器媲美。
为什么研发基带处理器难?一方面,随着通信技术的演进和复杂程度的提升,设计基带处理器越来越难。比如在3G到4G的转换过程当中,TI、Broadcom、Marvell等芯片厂商就纷纷退出智能手机市场,目前手机基带芯片市场的主要还有高通、英特尔、三星、华为、联发科、展讯等。其中,高通在这一领域保持领先,特别是在3G时代,高通凭借其在3G领域强大的专利组合称霸天下。4G时代高通虽然不再是一家独大,但依然是非常强势。在即将到来的5G时代,高通在2017年率先推出了首款千兆级LTE基带芯片。
此外,还有另一个关键因素——专利。前面提到iPhone改用高通基带处理器,主要的原因就是英飞凌缺乏CDMA产品,英特尔同样面临这一困扰。在苹果推出iPhone之前,英特尔有自己的无线设备芯片部门,不过在2006年将其卖给了Marvell。在移动互联网时代,英特尔为了弥补这个失误在2010年收购了英飞凌无线解决方案部,后来又在2015年9月斥资1亿美元收购了威盛旗下威睿电通的CDMA专利,解决了CDMA专利问题。2017年,英特尔正式推出其首款千兆级LTE基带芯片XMM7560集成了CDMA实现全网通,虽然与高通骁龙X16参数相当,但从实际使用仍有一定差距。
随着通信技术复杂程度的增加,特别是5G手机发射功率比以前大,频率范围也有大概有3倍提升,这对基带芯片的设计者提出了更高的要求。另外一方面包括CDMA在内的专利技术也成为了限制高通之外其他基带芯片厂商发展的关键。基带芯片市场未来将如何发展,我们拭目以待。
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