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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【hé】射频，相【xiàng】信【xìn】大家都不陌【mò】生。它们是通【tōng】信行业【yè】里的两个常见概念，经常出现在我们面前【qián】。
不【bú】过，越是常见的概念，网上的资料就【jiù】越混【hún】乱【luàn】，错误【wù】也【yě】就越多。这些【xiē】错误给很多初学【xué】者带【dài】来了困扰【rǎo】，甚至形成了长期的错误【wù】认知。
所以【yǐ】，我觉得有必【bì】要写一篇【piān】文章，对基带和射频进行一个基【jī】础的【de】介【jiè】绍。
—— 正文开始 ——
现在都【dōu】流行“端到端”，我们就以手【shǒu】机通话为【wéi】例，观察信号从手机到【dào】基站的整个过【guò】程，来看看【kàn】基【jī】带【dài】和射频到底是干【gàn】什么用的。
当【dāng】手【shǒu】机【jī】通话接通后【hòu】，人的声音会通过手机【jī】麦克风拾音，变成电信号。这个电信号【hào】，是模拟信号，我们【men】也可以称【chēng】之为【wéi】原【yuán】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【shì】指一段【duàn】特殊的频率带宽，也就是频率范围在零【líng】频附近【jìn】（从直流到几百KHz）的【de】这段带宽【kuān】。处于这个【gè】频【pín】带的信号，我们【men】成为基【jī】带信号【hào】。基带信号是最“基础【chǔ】”的信号。
现实生【shēng】活【huó】中我们经常提到的基带【dài】，更多是指手机的【de】基带芯片、电路，或者基站的基带【dài】处理单元（也就【jiù】是我【wǒ】们常说【shuō】的BBU）。
回到我们刚才所说的语音模拟信号。
这些信号会通【tōng】过基带中的【de】AD数模转换电路，完成【chéng】采样、量【liàng】化、编码，变成数字【zì】信号。具【jù】体过程如下如【rú】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【yīn】、画面变成0和【hé】1。在转换【huàn】的过【guò】程中，信源编码还需要进行【háng】尽可能地【dì】压缩，以便减【jiǎn】少“体积”。
对于音频信号，我【wǒ】们常【cháng】用【yòng】的是PCM编码（脉冲编码调【diào】制，上图就是【shì】）和MP3编码等。在移动通【tōng】信【xìn】系统中，以3G WCDMA为例【lì】，用的是AMR语音编码。
对【duì】于【yú】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【shú】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【mǎ】，和【hé】信源编码完全不同。信源编码是【shì】减【jiǎn】少【shǎo】“体积【jī】”。信道编码恰好相反，是增加【jiā】“体积”。
信【xìn】道编码通【tōng】过增加冗【rǒng】余信息，对【duì】抗信道中的干【gàn】扰和衰减【jiǎn】，改善链路性能。
举个【gè】例子【zǐ】，信【xìn】道编码【mǎ】就【jiù】像在货物边上填塞保护泡沫。如果路【lù】上遇到颠簸，发生碰撞，货物的受损【sǔn】概率会降低【dī】。
去年联想投票【piào】事件里提到的Turbo码、Polar码，LDPC码，还有比较【jiào】有【yǒu】名的卷积【jī】码，全部都属于【yú】信道【dào】编码【mǎ】。
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【jiù】是调频（FM）、调【diào】幅（AM）、调相【xiàng】（PM）。如下图所【suǒ】示，就是用不同的波形，代表【biǎo】0和1。
现代数字【zì】通信【xìn】技术非常【cháng】发【fā】达【dá】，在上述基础【chǔ】上，研究出了多【duō】种调制【zhì】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【míng】鼎鼎的QAM（发音是【shì】“夸姆”）。
为了【le】直观【guān】表达各种调制方式，我们会采用【yòng】一种叫做星座【zuò】图的工具。星【xīng】座图中的点，可以指示【shì】调制信号幅度【dù】和相【xiàng】位的可能状态【tài】。
星座图
16QAM示意图（1个符号代表4个bit）
调【diào】制之【zhī】后的【de】信号，单个符号能够【gòu】承【chéng】载的信息量大大提【tí】升【shēng】。现【xiàn】在5G普遍【biàn】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【yīng】文名是【shì】Radio Frequency，也就是大家熟悉的【de】RF。从英文字面【miàn】上来说，Radio Frequency是无【wú】线电频率的【de】意思【sī】。严格来说，射频是指频率【lǜ】范围在【zài】300KHz~300GHz的高频电磁【cí】波。
大家【jiā】都知道，电流通过导体，会形成磁场。交【jiāo】变【biàn】电流通过导体，会形成电【diàn】磁场，产【chǎn】生【shēng】电磁波。
频率低【dī】于100kHz的电磁波会【huì】被【bèi】地表【biǎo】吸收，不能形成【chéng】有效的传输。频率高于100kHz的电磁波可【kě】以在【zài】空气【qì】中传播，并经大气【qì】层外缘的电离层反射，形【xíng】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【yī】样【yàng】，我们通常会【huì】把射频电路、射频芯片、射频模【mó】组、射【shè】频元器件等产【chǎn】生【shēng】射频信号【hào】的一系【xì】列东东，笼统简称为射频。
所【suǒ】以【yǐ】，我们【men】经常会听到有人说：“XX手机的基【jī】带很烂”，“XX公【gōng】司做不出基带”，“XX设【shè】备的射频性能很好”，“XX的射频很【hěn】贵”……之类的话。
基带送过【guò】来【lái】的信号频率很【hěn】低。而射频要【yào】做【zuò】的事情，就是【shì】继续对信号进行【háng】调制【zhì】，从【cóng】低频，调制到指定【dìng】的高【gāo】频频【pín】段。例【lì】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【zhì】，一方【fāng】面【miàn】是如前面所说，基带信号不利【lì】于远距离传输【shū】。
另一方面，无线频谱资【zī】源【yuán】紧张，低频频【pín】段普遍被别的用途占用。而高频频段【duàn】资源【yuán】相对【duì】来说比较丰富，更容【róng】易实现大【dà】带【dài】宽【kuān】。
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【gēn】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【fā】射和接收转【zhuǎn】换效率最【zuì】高。电磁波的波长和频率成正【zhèng】比【bǐ】（光速【sù】=波长×频率），如果使【shǐ】用低频信【xìn】号，手机和基站【zhàn】天线的尺寸就会比【bǐ】较大【dà】，增加工【gōng】程【chéng】实现的难【nán】度。尤其是手机侧【cè】，对大天线尺寸是【shì】不能容忍【rěn】的，会【huì】占用宝贵【guì】的空间。
信号经过RF射频调制之后，功【gōng】率【lǜ】较小【xiǎo】，因【yīn】此【cǐ】，还需要经过功率【lǜ】放大器【qì】的放大，使其获得足【zú】够的射频功率【lǜ】，然【rán】后才会送到天线。
信号到【dào】达天线之后，经过滤波器【qì】的滤波【bō】（消除干扰杂波【bō】），最【zuì】后通过天线振子发射出去【qù】。
电磁波的传播
基站天线【xiàn】收到无线信号之后【hòu】，采取的是前面过程的逆【nì】过程——滤波，放【fàng】大，解调，解【jiě】码。处【chù】理【lǐ】之后的数据，会通过承载网送到核心网，完成后面的数据【jù】传【chuán】递【dì】和处理。
以上，就是信【xìn】号大致【zhì】的变化过程。注意，是【shì】大致的【de】过【guò】程，实【shí】际过程还【hái】是非常复杂【zá】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【shì】不是相【xiàng】当于重【chóng】温了一遍我们【men】的《通信【xìn】原理》？事实上，大家会【huì】发现，现【xiàn】实中的【de】情况，和我们书本上【shàng】的内容，还是【shì】有很大出入的。
哈哈，好啦，今天的内容就到这里。
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