3G、4G、5G, 一文看懂手机里的通讯技术

三、无线通讯系统架构
　

基于前面的介绍，我们来看看智能手机里几个重要的集成电路（IC），主要包括：基频（BB）、中频（IF）、射频（RF）三个部份，如图所示，每个部分都可能有一个到数个集成电路（IC），也有可能是把数个集成电路（IC）封装成一个，称为“系统单封装（System in a Package，SiP）”，或把数个芯片整合成一个，称为“系统单芯片（System on a Chip，SoC）”。
　

基频芯片：属于数码集成电路，用来进行数码讯号的压缩／解压缩、频道编码／解码、交错置／解交错置、加密／解密、格式化／解格式化、多工／解多工、调变／解调，以及管理通讯协定、控制输入输出界面等运算工作，著名的移动电话基频芯片供应商包括：高通、博通、Marvell、联发科等。
　

调变器：将基频芯片处理的数码讯号转换成高频类比讯号（电磁波），才能传送很远，想要进一步了解通讯原理的人可以参考这里。

混频器：主要负责频率转换的工作，将调变后的高频类比讯号（电磁波）转换成所需要的频率，来配合不同通讯系统的频率范围（无线频谱）使用。

合成器：提供无线通讯电磁波与射频集成电路所需要的工作频率，通常经由“相位锁定回路（PLL：Phase Locked Loop）”与“电压控制振荡器（VCO：Voltage Controlled Oscillator）”来提供精准的工作频率。

带通滤波器：只让特定频率范围（频带）的高频类比讯号（电磁波）通过，将不需要的频率范围滤除，得到我们需要的频率范围（频带）。

功率放大器：高频类比讯号（电磁波）传送出去之前，必须先经由功率放大器（PA）放大，增强讯号才能传送到够远的地方。传送接收器（Transceiver）：负责传送（Tx：Transmitter）高频类比讯号（电磁波）到天线，或是由天线接收（Rx：Receiver）高频类比讯号（电磁波）进来。

低杂讯放大器：接收讯号时使用，天线接收进来的高频类比讯号（电磁波）很微弱，必须先经由低杂讯放大器（LNA）放大讯号，才能进行处理。

解调器：接收讯号时使用，将高频类比讯号（电磁波）转换成数码讯号，再传送到基频芯片（BB）进行数码讯号处理工作。

所以手机上传（讲电话）的原理是：先由基频芯片（BB）处理数码语音讯号，再经由调变器（Modulator）转换成高频类比讯号，由混频器（Mixer）转换成所需要的频率，由带通滤波器（BPF）得到特定频率范围（频带）的高频类比讯号（电磁波），由功率放大器（PA）增强讯号，最后由传送接收器（Tx）传送到天线输出。

相反的，手机下载（听电话）的原理是：先由天线传送过来高频类比讯号（电磁波），由传送接收器（Rx）接收进来，再经由带通滤波器（BPF）得到特定频率范围（频带）的高频类比讯号，由低杂讯放大器（LNA）将微弱的讯号放大，由混频器（Mixer）转换成所需要的频率，由解调器（Demodulator）转换成数码语音讯号，最后由基频芯片（BB）处理数码语音讯号。

　　
四、通讯相关集成电路：基频、中频、射频

　　
前面介绍的无线通讯系统后端（Back end）使用基频芯片来处理数码讯号，前端（Front end）则所使用的集成电路（IC）大致上可以分为“射频芯片”与“中频芯片”两大类，分别使用不同材料的晶圆制作：

中频芯片：

又称为“类比基频（Analog baseband）”，概念上就是“高频数码类比转换器（DAC）”与“高频类比数码转换器（ADC）”，包括：调变器（Modulator）、解调器（Demodulator），通常还有中频放大器（IF amplifier）与中频带通滤波器（IF BPF）等，通常由矽晶圆制作的 CMOS 元件组成，可能是数个集成电路，其些可能整合成一个集成电路（IC）。

射频芯片：

又称为“射频集成电路”，是处理高频无线讯号所有芯片的总称，通常包括：传送接收器、低杂讯放大器（LNA）、功率放大器（PA）、带通滤波器（BPF）、合成器（Synthesizer）、混频器（Mixer）等，通常由砷化镓晶圆制作的 MESFET、HEMT元件，或矽锗晶圆制作的 BiCMOS 元件，或矽晶圆制作的 CMOS 元件组成，目前也有用氮化镓（GaN）制作的功率放大器，可能是数个集成电路，某些可能整合成一个集成电路（IC）。