信号问题频出,果粉叫苦不迭:影响手机信号的基带到底是个啥?( 二 )


采样是对连续信号在时间上进行离散 , 即按照特定的时间间隔在原始的模拟信号上逐点采集瞬时值 。 如下图 , 我们在曲线上取几组相同间隔的值:
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图3 采样(图源:sci.engr.uconn.edu)
上图左侧的曲线代表模拟信号 , 右侧图中的红点就表示采样取值 。 其中 , 我们把间隔称之为采样间隔 。 采样间隔是可以根据需要调整的(如上图) 。 不过 , 间隔过大会导致信息丢失 , 严重时导致信息失真 。
所以 , 一般采样间隔的取值都很小 , 在毫秒、微秒的量级 。 采样间隔的倒数也就是有时我们所说的采样频率 , 用fs表示 , 单位赫兹(hertz) 。 比如 , 无线电广播所用采样频率一般为22050Hz , 表示一秒内采集的样本为22050个 。
采样完成后 , 我们就得到了一组数值 , 称之为样本 。 但是我们从上面也看到 , 一秒钟采样多达上万个样本 , 也就是有上万个数值 , 这么多的数值处理起来太麻烦 , 因此就需要量化 。
量化是指将信号的连续取值(或者大量可能的离散取值)近似为有限多个(或较少的)离散值的过程 , 也就是取整数值的过程(因为数字信号只能是整数) 。
量化完成后 , 还需要编码 。 模拟信号中的取值是十进制 , 数字信号采用的是二进制编码 , 因此模拟信号转换称数字信号 , 编码是必不可少的 。
至此 , 讲话声(模拟信号)就转换成了数字信号(也就是上图右下中的蓝色线) 。 不过基带的工作还没完成 。
信号在传输过程中易受到干扰和衰减 , 为了有效的抵抗信道中干扰和衰减 , 基带还要进行信道编码 。 也就是在原信号中添加与其相关的附加信息 , 接受端会根据这种相关性来检测和纠正传输过程产生的差错 , 从而对抗传输过程的干扰 。
同时 , 为了保证讲话内容的安全性 , 基带还会进行加密 。
这一步完成后 , 信号还需要调制 , 也就是对基带信号的波形进行变换使它能够与信道特性相适应 , 这一步也被称作基带调制 。
至此 , 基带的工作完成 。 调制后的基带信号经过射频调制(图1中橙色部分)再发送给基站 , 基站之间经过传输 , 最终信号会到达接收人的手机 , 基带再次发挥作用 , 经过解调、解密等操作 , 我们的声音就能被别人听到 。
可以看出 , 基带的作用是基础性的 , 直接关系着手机基础通信功能的实现 。 一直以来 , 苹果为人诟病的信号问题就是因为基带 。
不断集中的基带市场
根据信息技术市场研究机构Strategy Analytics的数据 , 全球蜂窝基带处理器市场收益在2020年第二季度同比增长了20% , 达到62亿美元 。
高通、海思、联发科、英特尔和三星LSI在2020年第二季度占据了全球蜂窝基带处理器市场前五名的收益份额 。 高通以39%的收益份额领先 , 其次是海思22% , 联发科占17% 。
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图4 2020 Q2全球基带市场份额(数据来源:Strategy Analytics)
从市场的发展来看 , 基带市场的集中程度在不断增加 。
3G时代 , 具有基带研发能力的厂商包括高通、英飞凌、飞思卡尔、意法半导体-恩智浦、博通、Marvell、德州仪器和英伟达 。
到了4G时代 , 市场洗牌 , 各家业务调整 , 具有全网通基带能力的只有高通、联发科、英特尔、华为海思和三星 。 到现在的5G , 真正具有能力而且能被市场接受的只有高通、海思和联发科 。
可以看出 , 高通在基带市场多年来一直屹立不倒 。 在3G时代 , 高通和另一家公司掌握了3G网络制式CDMA的绝大部分核心专利 , 想要使用就必须缴纳高额专利费 。 这也就导致当时许多基带不支持全网通 , 市场上就出现了运营商定制机 。
4G时代的高通 , 凭借自己在手机处理器市场上的绝对优势 , 其4G基带业务也得到了很大的增长 。
5G时代的高通也相当领先 , 早在2016年10月 , 全球5G标准还没制定好的时候 , 高通抢跑发布了10nm制程的X50 5G基带芯片 。 不过 , 从性能来看 , X50的表现很一般 , 完全像是一款过渡产品 。
去年2月 , 7nm制程的二代基带X55发布 。 iPhone12采用的就是X55基带 , 不过标注的型号却是X55M , 目前尚不知道和X55有何区别 。
今年2月 , 高通又发布了第三代5G基带芯片X60 , 制程达到了5nm , 预计将在2021年初商用 。 不论是从技术还是市场来看 , 高通都是当之无愧的霸主 。
通讯起家的华为涉足基带市场较早 , 凭借自身在5G技术上的领先优势 , 在5G基带市场上目前也打下了一片天地 。