原文作者：小棗君
原文公號：鮮棗課堂
大家好。今天我們來聊聊基帶和射頻。
說起基帶和射頻，相信大家都不陌生。它們是通訊行業裡的兩個常見概念，經常出現在我們面前。
不過，越是常見的概念，網上的資料就越混亂，錯誤也就越多。這些錯誤給很多初學者帶來了困擾，甚至形成了長期的錯誤認知。
所以，有必要寫一篇文章，對基帶和射頻進行一個基礎的介紹。
—— 正文開始 ——
現在都流行“端到端”，我們就以手機通話為例，觀察訊號從手機到基站的整個過程，來看看基帶和射頻到底是幹什麼用的。
當手機通話接通後，人的聲音會透過手機麥克風拾音，變成電訊號。這個電訊號，是模擬訊號，我們也可以稱之為原始訊號。
聲波（機械波）轉換成電訊號
此時，我們的第一個主角——基帶，開始登場。
基帶，英文叫Baseband，基本頻帶。
基本頻帶是指一段特殊的頻率頻寬，也就是頻率範圍在零頻附近（從直流到幾百KHz）的這段頻寬。處於這個頻帶的訊號，我們成為基帶訊號。基帶訊號是最“基礎”的訊號。
現實生活中我們經常提到的基帶，更多是指手機的基帶晶片、電路，或者基站的基帶處理單元（也就是我們常說的BBU）。
回到我們剛才所說的語音模擬訊號。
這些訊號會透過基帶中的AD數模轉換電路，完成取樣、量化、編碼，變成數字訊號。具體過程如下如所示：
上圖中的編碼，我們稱之為
信源編碼
。
信源編碼，說白了，就是把聲音、畫面變成0和1。在轉換的過程中，信源編碼還需要進行儘可能地壓縮，以便減少“體積”。
對於音訊訊號，我們常用的是PCM編碼（脈衝編碼調製，上圖就是）和MP3編碼等。在移動通訊系統中，以3G WCDMA為例，用的是AMR語音編碼。
對於影片訊號，常用的是MPEG-4編碼（MP4），還有H。264、H。265編碼。大家應該也比較熟悉。
除了信源編碼之外，基帶還要做
通道編碼
。
編碼分為
信源編碼
和
通道編碼
通道編碼，和信源編碼完全不同。信源編碼是減少“體積”。通道編碼恰好相反，是增加“體積”。
通道編碼透過增加冗餘資訊，對抗通道中的干擾和衰減，改善鏈路效能。
舉個例子，通道編碼就像在貨物邊上填塞保護泡沫。如果路上遇到顛簸，發生碰撞，貨物的受損機率會降低。
去年聯想投票事件裡提到的Turbo碼、Polar碼，LDPC碼，還有比較有名的卷積碼，全部都屬於通道編碼。
除了編碼之外，基帶還要對訊號進行加密。
接下來的工作，還是基帶負責，那就是
調製
。
調製，簡單來說，就是讓“波”更好地表示0和1。
最基本的調製方法，就是調頻（FM）、調幅（AM）、調相（PM）。如下圖所示，就是用不同的波形，代表0和1。
現代數字通訊技術非常發達，在上述基礎上，研究出了多種調製方式。例如幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK），還有正交幅度調製，也就是大名鼎鼎的
QAM（發音是“誇姆”）
。
為了直觀表達各種調製方式，我們會採用一種叫做
星座圖
的工具。星座圖中的點，可以指示調製訊號幅度和相位的可能狀態。
星座圖
16QAM示意圖
（1個符號代表4個bit）
調製之後的訊號，單個符號能夠承載的資訊量大大提升。現在5G普遍採用的256QAM，可以用1個符號表示8bit的資料。
256QAM
好了，基帶的活兒總算是幹完了。接下來該怎麼辦呢？
輪到射頻登場了。
射頻，英文名是Radio Frequency
，也就是大家熟悉的RF。
從英文字面上來說，Radio Frequency是無線電頻率的意思。嚴格來說，射頻是指頻率範圍在300KHz~300GHz的高頻電磁波。
大家都知道，電流透過導體，會形成磁場。交變電流透過導體，會形成電磁場，產生電磁波。
頻率低於100kHz的電磁波會被地表吸收，不能形成有效的傳輸。頻率高於100kHz的電磁波可以在空氣中傳播，並經大氣層外緣的電離層反射，形成遠距離傳輸能力。
這種具有遠距離傳輸能力的高頻電磁波，我們才稱為射頻（訊號）。
和基帶一樣，我們通常會把射頻電路、射頻晶片、射頻模組、射頻元器件等產生射頻訊號的一系列東東，籠統簡稱為射頻。
所以，我們經常會聽到有人說：“XX手機的基帶很爛”，“XX公司做不出基帶”，“XX裝置的射頻效能很好”，“XX的射頻很貴”……之類的話。
基帶送過來的訊號頻率很低。而射頻要做的事情，就是繼續對訊號進行調製，從低頻，調製到指定的高頻頻段。例如900MHz的GSM頻段，1。9GHz的4G LTE頻段，3。5GHz的5G頻段。
射頻的作用，就像排程員
之所以RF射頻要做這樣的調製，一方面是如前面所說，基帶訊號不利於遠距離傳輸。
另一方面，無線頻譜資源緊張，低頻頻段普遍被別的用途佔用。而高頻頻段資源相對來說比較豐富，更容易實現大頻寬。
再有，你也必須調製到指定頻段，不然干擾別人了，就是違法。
在工程實現上，低頻也不適合。
根據天線理論，當天線的長度是無線電訊號波長的1/4時，天線的發射和接收轉換效率最高。電磁波的波長和頻率成正比（光速=波長×頻率），如果使用低頻訊號，手機和基站天線的尺寸就會比較大，增加工程實現的難度。尤其是手機側，對大天線尺寸是不能容忍的，會佔用寶貴的空間。
訊號經過RF射頻調製之後，功率較小，因此，還需要經過
功率放大器
的放大，使其獲得足夠的射頻功率，然後才會送到天線。
訊號到達天線之後，經過
濾波器
的濾波（消除干擾雜波），最後透過
天線振子
發射出去。
電磁波的傳播
基站天線收到無線訊號之後，採取的是前面過程的
逆過程
——濾波，放大，解調，解碼。處理之後的資料，會透過承載網送到核心網，完成後面的資料傳遞和處理。
以上，就是訊號大致的變化過程。注意，是大致的過程，實際過程還是非常複雜的，還有一些
中頻
之類的都沒有詳細介紹。
我把大致過程畫個簡單的示意圖如下：
哈哈，好啦，今天的內容就到這裡。
最後我們推薦一本非常值得大家學習的《國之重器出版工程 5G-NR 通道編碼》。
《
5G—NR 通道編碼
》
作者：徐俊、袁弋非 著
書號：978-7-115-47960-0
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鑑於此，本書描述了這些編碼方案的原理、應用、複雜度、效能等。本書的特色是，首先，書的內容不僅有對5G-NR協議的解讀，也有學術理論介紹；
不僅面向無線通訊的工程技術人員，同時可供科研院所的老師和學生作參考
。其次，本書有豐富的理論效能分析和計算機模擬結果。再次，本書涵蓋的面較廣，包括工業界主流的通道編碼方式以及學術界比較關注的新型編碼5G-NR通道編碼方式。考慮LDPC碼和Polar碼在NR中的廣泛應用，本書對這兩類通道編碼做了較為詳盡的描述。
