深入分析基帶、基站同5G通信的交叉關(guān)系

陳曉瑜　康政

摘要：5G是現(xiàn)在移動通信最熱門的話題，5G的出現(xiàn)讓人們能感受到更快的速度和智能功能。移動速度的更新在這幾十年來發(fā)展十分迅速，其核心技術(shù)的提升，和基站和基帶的技術(shù)密切相關(guān)。該文主要介紹了移動通信技術(shù)的核心，其對應基站基帶的工作原理，技術(shù)難關(guān)，以及全球的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]手機基帶基站移動通信網(wǎng)絡(luò)

1手機移動通信技術(shù)核心

移動通信的精髓就是蜂窩，蜂窩通信即若千個基站組成蜂窩狀的覆蓋范圍，手機在其中一棟的時候，信號就會被蜂窩狀的基站接力?，F(xiàn)在人們常說的2G，3G，4G以及即將普及的5G網(wǎng)絡(luò)，這些都是正在服役的通信網(wǎng)絡(luò)類型，是根據(jù)不同電磁波的頻率范圍劃分的。因為每個基站的有效覆蓋區(qū)域就是一個“蜂窩”，手機在基站的覆蓋范圍內(nèi)，對應的基站就能為該手機提供服務(wù)。若在基站覆蓋不到的范圍，那么手機就無法進行通信。基站和手機基帶技術(shù)的提升就成為了移動網(wǎng)絡(luò)更新?lián)Q代的基石，如果基帶和基站技術(shù)沒有得到提升，那么移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也會止步不前。

2基站的組成

基站是建立通信的第一關(guān)鍵問題，它主要由基站收發(fā)臺和基站控制器兩部分組成。

收發(fā)臺由無線發(fā)/接受設(shè)備、天線和處理信號的無線接口三部分共同協(xié)作?？刂破魇秦撠煂Πl(fā)送或者接收到的信號進行處理和轉(zhuǎn)發(fā)。不同的收發(fā)臺之間的信號覆蓋范圍即網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。當移動設(shè)備在一個收發(fā)臺的范圍內(nèi)移動到另外一個收發(fā)臺的覆蓋范圍時，這兩個收發(fā)臺之間就是在完成接受和轉(zhuǎn)發(fā)的操作。為了有選擇行的發(fā)送和接收信號，收發(fā)臺的接收和發(fā)送天線還分為全向和定向兩種不同模式。兩種天線和兩種模式可組成三種不同的配置方式去篩選頻道數(shù)（本應該是天線類型和模式自由組合構(gòu)成四種配置方式，但發(fā)定向和收全向不能實現(xiàn)）。

控制器由無線收發(fā)信機、天線和信號處理電路等組成?？刂破鞑粌H可以實現(xiàn)對收發(fā)臺的控制，而且能完成信道之間的切換。當移動設(shè)備在某個基站范圍內(nèi)進行通訊時，控制器就會為該移動設(shè)備開啟一個信道，當通訊結(jié)束時，控制器又會把信道關(guān)閉起來。若移動設(shè)備要從該基站移動到另一個基站覆蓋范圍時，控制器就會把對于這個移動設(shè)備開啟關(guān)閉信道的任務(wù)轉(zhuǎn)交給下一個基站的控制器。

3手機基帶和基站的工作原理

手機基帶與基站是共同作用的，二者缺一不可。

3.1手機基帶工作原理

手機基帶是手機中重要的組成部分，手機基帶中，又可繼續(xù)劃分，劃分為基帶芯片、基帶信號調(diào)制解調(diào)器及各種小型元器件，整個手機基帶在需要發(fā)送將特定的數(shù)字信號時，會把它進行調(diào)制把它加到載波上達到特定的頻段從而形成調(diào)制信號，再通過傳輸信道將其傳輸至基站進行通信交換至接收源，而手機基帶在接收時則需要通過基帶芯片的解調(diào)器將負載在載波中的特定信號截取下來然后將其解調(diào)回原本的數(shù)字信號并將它上傳至手機上層進行再處理。

3.2基站工作原理

基站則是無線電臺站的一種形式，可分為四類，宏基站、微基站、微微基站和分布基站，同時基站又可分為基站收發(fā)臺和控制器。簡單來說基站的作用就是在特定的覆蓋范圍內(nèi)，通過移動通信交換中心，與每個人的手機端等移動設(shè)備之間進行信息傳遞，將接收到的電磁波信號轉(zhuǎn)發(fā)至它需要去的地方。如果沒有基站，發(fā)送的信息就相當于失去了指南針，失去目的地信息則會導致無法傳輸至正確的地方或中途丟失，自然也就會發(fā)送失敗。基站最主要功能就是提供無線覆蓋，基站的基帶和射頻處理能力，決定了基站的物理結(jié)構(gòu)由基帶模塊和射頻模塊兩大部分組成?；鶐K（基站的基帶與手機基帶不同）主要是完成基帶的調(diào)制與解調(diào)、無線資源的分配、呼叫處理、功率控制與軟切換等。射頻模塊主要是完成空中射頻信道和基帶數(shù)字信道之間的轉(zhuǎn)換，以及射頻信道的放大、收發(fā)等功能。

4通訊基帶和移動通信網(wǎng)絡(luò)的應用

從已經(jīng)被拋棄很久的1G網(wǎng)絡(luò)到即將普及的5G網(wǎng)絡(luò)，為了實現(xiàn)人們對手機功能以及網(wǎng)速的更高要求，基帶技術(shù)和移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到快速的發(fā)展。通訊基帶和移動通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系密不可分。簡單來說，基帶是為移動通訊網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的。就以實現(xiàn)手機5G網(wǎng)絡(luò)通信為例，要想實現(xiàn)該功能，就需要基站和人們手機里的基帶芯片配合運作。5G指的是頻率在3.5GHz的電磁波，基站是在無線電覆蓋區(qū)中，通過交換中心，與移動電話中斷之間進行信息交換的無線電收發(fā)電臺而手機里基帶芯片是用來處理基帶信號。通過類比來解釋兩者的應用原理，基站就相當于是發(fā)射器，而基帶就相當于接收器，兼?zhèn)淠馨l(fā)射5G頻道的波的基站以及5G基帶之后才能實現(xiàn)5G通信。5G的頻率很高速度很快，所以它衰減很快也很難穿透障礙，即穿透力差。相比4G網(wǎng)使用的宏基站覆蓋范圍，5G網(wǎng)要使用的微基站覆蓋范圍就小很多，僅能覆蓋幾十米，所以需要大量大范圍安裝。但它很好能解決4G網(wǎng)絡(luò)離基站遠就信號差的問題

5技術(shù)難關(guān)

至今為止，普及使用的手機通信網(wǎng)絡(luò)為4G，5G網(wǎng)絡(luò)至今還未普及使用的原因只要有以下幾點。對于基站方面，要想實現(xiàn)5G通信，就要建新的基站，以前用于1G-4G通信的基站就不能支持5G的網(wǎng)絡(luò)。要把所有的的基站都更新?lián)Q代，這不僅要花費大金錢，這也是個任務(wù)量很大的工程。另一方面則是基帶芯片。基帶芯片最關(guān)鍵的技術(shù)困難是芯片其中很多通訊技術(shù)涉及專利問題。目前只有極少數(shù)公司能造出成熟的5G基帶芯片。由于目前所有手機都沒有相應的5G手機基帶，必須更換帶有5G基帶芯片的手機才能更好的享受該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?；蛟S我們現(xiàn)在更加期待有其他辦法替換必須更換手機才能體驗5G網(wǎng)絡(luò)這個困境。

6現(xiàn)狀和未來趨勢

目前，全球的手機基帶芯片主要集中于高通，英特爾，和華為三大廠商。對于的國外通信公司來說，高通在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，而我們中國也有華為公司在該領(lǐng)域貢獻十分出色。從4G到5G的跨越是一個極大的進步。在如今5G爭奪戰(zhàn)正打得火熱，要想占領(lǐng)主導權(quán)就必須投入更多人力物力到5G技術(shù)的研發(fā)之中，其技術(shù)研發(fā)過程仍遇到許多困難。在2018年年底，高通公司就發(fā)布了驍龍855芯片，該芯片是首款7nm工藝CPU采用八核Kryo'485架構(gòu)的芯片，驍龍855是2019年上半年安卓平臺最強的Soc，但是由于高通還未將驍龍855配備驍龍X505G調(diào)制解調(diào)器以及相應的毫米波天線模組等，在5G基站覆蓋后驍龍855仍舊無法直接使用5G網(wǎng)絡(luò)。

5G時代不僅僅是給人們速度上的改變，更多的是5G能同時連接海量終端實現(xiàn)萬物相連，即現(xiàn)在很火的一個名詞“物聯(lián)網(wǎng)”。5G時代即將到來，相信在未來隨著科技發(fā)展人們能得到技術(shù)上更大的突破6G，7G時代會陸續(xù)到來，但仍有許多科技難關(guān)需要數(shù)代人為之努力并把它們逐一攻破。

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