与手机网速、通话质量千丝万缕的通信基带

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摘要:原标题:详解手机处理器和电脑CPU的区别!5G凭什么收专利费? 自从我们进入了4G时代,各家手机厂商处理器新品发布会现场都会听到支持全网通、x模x频等等一系列与通信网络有关的专

原标题:详解手机处理器和电脑CPU的区别!5G凭什么收专利费?

自从我们进入了4G时代,各家手机厂商处理器新品发布会现场都会听到支持全网通、x模x频等等一系列与通信网络有关的专有名词,这些技术最主要来自手机中的一个名为基带的芯片支持。那么什么是基带芯片呢?

我们常说的高通845、高通660、麒麟970这些手机处理器和电脑的CPU有什么区别?

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手机处理器不单单是CPU那么简单,而是高度集成的芯片,称之为SoC(就是System-on-a-Chip)。

什么是基带?

SoC芯片相当于控制中枢,它既包括基带芯片,也包括CPU(中央处理器芯片)、GPU(图形处理器芯片)、其它芯片(例如电源管理芯片)等。其中的基带芯片,相当于Modem,手机支持什么样的网络制式(GSM、CDMA、WCDMA、LTE、5G等)都是由它来决定的,基带芯片就相当于一个语言翻译器,他会把我们要发送的信息(比如:语音,视频),根据制定好的规则(比如:WCDMA,CDMA2000、5G),进行格式转换,然后发送出去。

对于基带一词,想必很多网友都是耳熟能祥的东西,毕竟在“远古”时代的Android是可以随意刷写基带,就像更新ROM一样简单,刷入新基带过后还可能对手机的信号、通话质量有一定增强。不过呢在这里,我们所指的基带是硬件上的基带芯片。

5G标准的制定,实际上就是影响着基带芯片,谁的专利多,谁就有更大的话语权,高通收取的专利费就是来自于此。

基带芯片就是手机中的通信模块,最主要的功能就是负责与移动通信网络的基站进行交流,对上下行的无线信号进行调制、解调、编码、解码工作。没有了它的支持,你的手机只能是一个摆设,无法发挥出手机原本应该有的通讯作用,包括通话、短信、上网一系列互连功能。基带的作用十分类似于我们日常生活中的光猫、ADSL猫作用,只不过是将信号处理对象由光、电变成电磁波。

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基带芯片核心部分最主要分为两个部分:射频部分和基带部分。射频部分是将电信号调制成电磁波发送出去或是对接收电磁波进行解调,并且实现基带调制信号的上变频和下变频。基带部分一般是对信号处理,一般由固定功能的DSP提供强大的处理能力,在现代通信设备中,DSP一般被用作语音信号处理、信道编解码、图像处理等等。

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因此你的手机支持什么制式网络及频段,通话质量的好坏、网速的快慢、信号的强弱都由这块基带芯片决定,不同的基带芯片之间参数、性能、体验区别非常之大。因此基带的好坏已经基本上决定了你手机的使用体验,外观上再好看再精致的手机,没有一款强大的基带芯片在背后默默支持,那也只不过是个花瓶玩意,中看不中用。基带芯片手机中最核心的部分,也是技术含量最高的部分,全球只有极少数厂家拥有此项技术。

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基带长什么样?

集成于SoC:

目前移动基带的趋向于集成于SoC上(System on a Chip,片上系统,就是一个芯片集成了非常多的功能)。以高通骁龙835为例,在整个SoC芯片上,集成了CPU、GPU、DSP、ISP、安全模块以及X16 LTE Modem,也就是移动基带。

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通常情况下,SoC内置通信基带往往意味着厂商拥有着强大的基带设计能力,手握着最为重要的基础通信技术专利,而且手机基带对于功耗要求非常严苛,要精确控制功耗的变化一点都不容易。目前能做到在SoC上集成基带功能的厂商包括:高通、MTK、华为等。

因此目前大量销售高通以及MTK的SoC方案非常省事,他们已经把CPU、GPU、基带什么的都调试好,这对于需要大量新机来维持销量和盈利的手机厂商来说,太具有吸引力了。集成基带也有缺点就是对射频性能有一定影响,需要考察手机厂商对于射频天线的设计能力。

SoC集成基带将会是未来的主流,无论是高通、MTK、华为都在搞集成基带,好处显而易见,成本降下来了,这很容易理解,原来需要两块或者更多芯片才能完成的事情,现在只要一块就可以搞定。

外挂基带:

由于基带芯片的技术门槛高、研发周期长、资金投入大, 对于一般厂商而言,自行开发基带芯片十分不划算,都是通过外挂别家厂商的基带实现通信功能。另外部分厂商对于基带研发速度较慢,跟不上CPU的更新换代速度,因此外置基带显然成本更为低廉。

外挂基带也不是什么丢人的事,即便是三星仍在采用外挂基带策略作为手机通信模块,这个纯属无奈之举,毕竟基础通信技术有着不可跨越的专利壁垒,你必须得购买别家的技术授权,传闻三星下一代shannon 359基带将会完全集成于SoC内。

而且还有一种十分重要的原因,就是高通是Code Divsion Multi Access(CDMA)的发明者,拥有最多的CDMA基础专利,并且设计了庞大而关系错综复杂的专利壁垒,而GSM、WCDMA、CDMA、TD-SCDMA网络大量使用了CDMA的技术原理以及专利,现在以及可见的未来是绕不开的,外人很难将这些技术集成到自己的基带设计中,除非交出一笔不菲的专利“保护费”。

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苹果iPhone 7使用的A10 Fusion SoC Samsung RAM,外挂高通MDM9645M Cat.12基带方案

信号处理过程

当我们用手机打电话、上网时,电信号首先要经过基带处理,然后在手机和基站间建立逻辑信道,语音、网络数据就通过逻辑信道发送给基站,实现信息的互联和通信。

一个经过简化的数字通信系统模型如下所示:

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不同网络制式下,语音信源编码方式

信源编码——删繁就简

主要目前就是前期将需要传输的信源数据进行过滤,把没有用的、冗余的数据全部去掉,使用一定算法压缩信息,好处不言而喻,节省了信道资源、提高了系统有效性。

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不同网络制式下,语音信源编码方式

信道编码——增加冗余检错

与信源编码相反,信道编码的主要目的就是增加冗余信息,因为电磁波信号在自由空间传播时,信道中常有干扰、噪声以及多径衰落问题,造成信号收发出错,因此发明了信道编码,引入冗余信息使得接受的信息也可以自行纠错检错。

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不同网络制式下,信道编码方式

数字调制——频谱搬移

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