来源:半导体产业园


当你问别人4G和3G的区别的时候,别人会告诉你4G网速快,但是如果你追问一句,为什么4G网速快?我相信会问倒90%的人,包括你问谷歌度娘,我相信90%的答案也都是说4G更快,但是为什么快,很少有人回答。要想知道这个原因,就必须先知道,当我们拿起手机打电话或者上网看电影的时候,手机是怎么工作的?使用了哪些芯片?
所以,我认为还是先和大家聊一下关于手机通信系统的内容,只有这样才能在后面聊芯片的时候,你知道这些芯片是使用在什么地方(不聊太多的通信方面的内容,什么编码啊,信道啊等等这些统统不说,就是用普通人能看懂得大白话)
第0代通信系统(0G):就是用嗓子喊,你能听到就是我能传递信息给你。但是这里要注意的是我们人嗓子发出来的声音是模拟信号(很难解释模拟信号是个啥?科学上的定义是连续的,但是我觉得还是不够清晰,这东西就像“太极”一样,很难给它下一个很准确的定义)。
第1代通信系统(1G):这是模拟通信系统,也就是传说中的大哥大时代,人的嗓子发出模拟信号,被大哥大收集,然后经过天线发送到基站,然后再发送到各地。
第2,3,4代通信系统(2G,3G,4G):从第2代通信系统开始人们就把模拟通信系统改成数字通信系统,也就是说把模拟信号改成了数字信号(数字信号这个概念又很难解释,它和模拟相反,是不连续的,离散的)。2G时代是典型的诺基亚时代,3G4G就到了苹果高通的时代。但是这三个的共同点就是符合下面这个通信系统。
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我们主要就是聊这个东西,人发出声音之后,首先经过ADC,滤波处理,模拟信号转换为数字信号,然后传入到基带芯片里面,在基带芯片里面进行编码,压缩,格式化,调频等等,然后经过射频芯片将BB出来的信号转换为RF信号,再进行调频,功率放大等等。最后传入到天线里面发出电磁波传向基站。其中射频芯片之前叫做基带信号,射频之后叫做射频信号。在这个系统里面,BB是绝对核心,第几代通信系统完全是有BB这个芯片来决定的。
我们再在这个系统上深入一下。首先看这一部分,它的主要作用就是采集人发出来的声音,然后将得到的声音进行模数转换,转换成数字信号之后,将这些信号送到BB中处理。最简单的就是需要滤波芯片和高精度ADC芯片。
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然后再看这个部分,基带芯片是整个通信系统的核心,下图右侧就是IphoneX Max使用的intel的4G基带芯片(没看过IphoneX Max拆机的请看这里 成本3000,售价10999的Iphone是由这些芯片组成的)。这个通信标准的操作都是在这里完成的,不论是是FSK,PSK,QAM等等的调制方式,还是多工技术,编码方式等等都是在这里完成的。
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最后再看一下这部分,射频信号,虽然上面的图中,用一个方框表示RF,但是其实里面有很多内容,我们就把这个方框拆开。其实这个方框主要包括四个方面,modulate,混频,滤波,功率放大。高通之所以牛X就是在这里做的牛X。
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BB完成之后编码之后,再将编码好的数字信号转化为高频模拟信号(在后面的PS中会详细说,这么写只是为了更好理解),这一步有一个名字叫做modulate(这也是RF芯片的主要工作,有的RF芯片没有后面三个,只有这一步)。在完成这一步之后,BB的数字信号就变成了高频电磁波了。混频就是将RF出来的电磁波频率,转换成为不同的频率来适合不同的通信系统或者通信协议(比如你是联通的,我是移动的,他是电信的等等)。滤波就是将滤除噪音,得到想要的频率。最后一步就是功率放大。想要天线发送信号,必须要有足够大的功率,所以发明了功率放大器这么个东西,它就是将电磁波的功率放大,然后才能更容易发射。
PS:

  • 电磁波和光波,X光,各种射线一样,都是具有波粒二象性,所以modulate不是讲BB的数字信号转换为模拟信号,然后提高频率(当然你可以这么理解)。天线也只能发射电磁波,所以不能直接发射BB的数字信号。
  • 当不是打电话,而是手机上网的时候,过程是一样的,只不过没有前面的将人的声音转换为数字信号,而是将你输入的网址直接转换为数字信号送到BB里面,后面都是一样的了。
  • 为什么需要功率放大?因为根据无线电理论,信号的功率越大,频率越高,越容易发送,越容易传输。
5G时代的基带芯片:
5G时代到来的标志就是BB的产生。现在全球第一颗5G芯片就是上文提到的intel的XMM8160,虽然只是一个工程芯片,离量产还有些距离,但是也确实实现了5G的功能。
现在就全球5G基带芯片市场来看,主要有高通,intel,联发科,海思,紫光展锐,三星为主。其中高端手机产品被高通,intel瓜分,这俩也占据了觉大多数手机市场。中低端手机使用联发科的基带芯片,再低端产品就使用紫光展锐的基带芯片。两个特例就是三星和海思,这俩都不外卖,都是自家用,所以没有什么高端中端之分。
在未来的5G时代,我相信,高端市场绝对不是高通一家独大,intel绝对是高通的一个最大对手,苹果也需要一个公司来和高通竞争,来压低价格。所以高端市场会形成二人转的局面。中端市场来看,联发科的综合实力第一,但是紫光展锐会抢夺5G时代的一个名额,不论是国资入住还是intel技术合作(好吧,我承认是带有主观因素,希望展锐能脱颖而出)。所以会和联发科在中端市场,展开竞争。低端市场的话,我相信会涌现出一到两家公司来补充。这些公司将和联发科,展锐的低端产品竞争。至于海思和三星,这俩还是不外卖,都是自家用,但是我相信,单纯就基带芯片技术来讲,已经和高通不相上下了,特别是华为,已经超越高通了。
5G时代的射频芯片:
芯片芯片的功能大家都了解了,包括射频调制,滤波和功率放大等等。其实这些市场已经被瓜分的差不多了。比如调制,滤波方面被博通,Qorvo,TDK等等垄断。功率放大器方面被博通,Skyworks,Avago垄断。今年的IphoneX Max里面又有了intel的射频芯片。所以RF领域又多了一个巨头。所以中国的一些手机RF公司都是在喝汤,肉都被他们吃了。
但是我今天详聊的不是这个。因为随着5G时代的到来,还会有一个产业会崛起。那就是Iot-物联网。要想实现物联网就必须要有射频芯片来通信,所以也需要RF芯片,中国的RF设计公司完全可以从这里下手,比进入手机行业竞争小很多。事实也确实如此,比如近几年的智能穿戴,初级的智能家电等等,很多都是我们自己设计的RF芯片。所以,这是打破国外垄断的最好时机。