基带芯片及1G/2G/3G/4G/5G解析

目录⊙基带芯片概述

⊙基带芯片厂商概述

⊙流行手机使用的基带芯片概述

⊙1G/2G/3G/4G/5G概述

⊙相关调制解调技术概述

基带芯片是手机芯片里面的制高点，一直是国际巨头的必争之地。

我们一般都会认为手机CPU的性能体现在其处理速度和功耗，其实在智能手机时代还有一层最基础、最关键的需求—手机信号质量，这一由基带性能决定的通讯功能直接决定了手机的通话质量和上网速度。

基带，调制解调技术的统称，是负责手机与外界信号接收转换的关键桥梁，通话、上网、待机等所有的通讯技术都绕不开它。

基带芯片定义：基带芯片是用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码。具体地说，就是发射时，把音频信号编译成用来发射的基带码；接收时，把收到的基带码解译为音频信号。同时，也负责地址信息（手机号、网站地址）、文字信息（短讯文字、网站文字）、图片信息的编译。

基带芯片构成：CPU处理器、信道编码器、数字信号处理器、调制解调器和接口模块。

1.信道编码器主要完成业务信息和控制信息的信道编码、加密等，其中信道编码包括卷积编码、FIRE码、奇偶校验码、交织、突发脉冲格式化。

2.数字信号处理器主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于规则脉冲激励-长期预测技术(RPE-LPC)的语音编码/解码。

3.调制/解调器主要完成GSM系统所要求的高斯最小移频键控(GMSK)调制/解调方式。

4.接口部分包括模拟接口、数字接口以及人机接口三个子块；

(1)模拟接口包括；语音输入/输出接口；射频控制接口。

(2)辅助接口；电池电量、电池温度等模拟量的采集。

(3)数字接口包括；系统接口；SIM卡接口；测试接口；EEPROM接口；存储器接口；ROM接口主要用来连接存储程序的存储器FLASHROM，在FLASHROM中通常存储layer1，2，3、MMI和应用层的程序。RAM接口主要用来连接存贮暂存数据的静态RAM(SRAM)。

生产基带芯片的厂商有：德州仪器、高通、意法爱立信、联发科、NXP、飞思卡尔、博通、展讯、英特尔、英伟达、华为海思、三星、苹果、Marvell/联芯等。高通仍居领先位置，华为海思、三星、联发科紧随其后，紫光（展讯）突飞猛进，英特尔不甘出局；苹果的基带项目已经做了5-6年了，不久会用上自研基带。而，德州仪器、意法爱立信、博通、英特尔已经退出基带芯片的生产，NXP和飞思卡尔已合并。

部分基带芯片生产的厂商简述：

1.德州仪器（已退出）：摩托罗拉里程碑、诺基亚N9、黑莓Z10、三星Galaxy S等流行的机型使用的都是德仪的OMAP芯片。

2.意法爱立信（已退出） ：诺基亚、摩托罗拉、索尼。

3.NXP、飞思卡尔（已合并）：现主要生产Kinetis ARM Cortex-M微控制器、i.MX ARM Cortex-A/ARM9/ARM11 微处理器、Qorivva 32位微控制器、传感器、模拟电子与电源管理、射频等。

4.博通 （已退出）：诺基亚早期搭载塞班系统的机型使用了博通公司生产的处理器。

5.展讯：展讯通讯自成立以来，始终坚持自主技术创新，以其长期积累无线宽带技术、信号处理技术、IC设计技术、软件开发技术和经验，为无线通信终端制造商提供全方位的技术解决方案，包括新一代的专用基带芯片、多媒体芯片、射频芯片、协议软件和软件应用平台等。展讯SC6815---- 集成连接功能的单核EDGE芯片：Samsung Galaxy Star 2（G130E）以及Samsung Galaxy Star 2 Plus (G350E)。展讯SC7701B---- 40nmWCDMA功能型手机基带处理器：Samsung Erica(E3309I)，Samsung GT-E3300I，Samsung GT-E3300V，Samsung GT-E3309T以及Samsung GT-S5611。

6.英特尔 （已退出）：作为PC端处理器的霸主，在2010年就通过收购英飞凌无线事业部涉足移动芯片业务。

7.英伟达 （已退出）：首款四核Tegra 3更是让英伟达达到顶峰，以强劲的性能与对手拉开差距。然而其也由于性能强大，导致功耗太高，远不及高通和三星的处理器，使得其客户并不多。

现今流行的手机使用的基带芯片如下：

芯片厂商：高通公司

芯片产品：

高通骁龙835、骁龙660、骁龙653、骁龙626、骁龙435

骁龙835 / MSM8998

代表产品：小米6、三星S8、一加5、努比亚Z12、乐视等

骁龙660 / MSM8976 Plus

代表产品：OPPO R10、三星C10、红米Pro 2

骁龙653 / MSM8976 Pro

代表产品：红米Note 4、三星C9 Pro、vivo X9、OPPO R9s Plus

骁龙626 / MSM8953 Pro?

代表产品：红米5、华为G10、努比亚Z12 mini

骁龙435 MSM8960 / 骁龙430 MSM8937 / 骁龙427 MSM8920 /骁龙425 MSM8917

代表产品： 中兴 / 红米3S / 诺基亚6 / 华为G系列

芯片厂商：三星

三星Galaxy S8将会有两大版本，包括使用高通骁龙835和三星Exynos 8895处理器的两大版本，而其中Exynos 8895也很可能成为三星今年另一杀手锏。

三星Exynos 8895

代表产品：三星S8、三星Note 8、魅族PRO 7系列

芯片厂商：联发科

芯片产品：

联发科Helio X30 / X35 MT6799

代表产品：魅族MX7、乐视5手机、红米Pro 2

联发科Helio P30 / P35

代表产品：魅蓝X2

联发科Helio P20 / P25 MT6757

代表产品：红米Note 4、三星C9 Pro、vivo X9

联发科Helio X23 / X27

代表产品：红米Note 4、三星C9 Pro、vivo X9

芯片厂商：华为海思

芯片产品：

海思Kirin(麒麟) 965

代表产品：华为P10

海思Kirin(麒麟) 970

代表产品：华为Mate 10

海思Kirin(麒麟) 660

代表产品：华为荣耀 畅玩系列

芯片厂商：苹果

芯片产品：

苹果A11处理器

代表产品：iPhone 8

苹果A10处理器

代表产品：iPhone7

芯片厂商：展讯

芯片产品：

展讯SC6815

代表产品：Samsung Galaxy Star 2（G130E）、Samsung Galaxy Star 2 Plus (G350E)

展讯SC7701B

代表产品：Samsung Erica(E3309I)、Samsung GT-E3300I、Samsung GT-E3300V、Samsung GT-E3309T、Samsung GT-S5611

展讯SC7730S

代表产品：Samsung Galaxy Core Prime（SM-G360H），Galaxy Grand Lite（GT-I9060）

代表芯片参数比较表

接下来我们再来了解一下与网速相关的1G/2G/3G/4G/5G又是怎么回事？

1G/2G/3G/4G对比图

2G时代的GMSK，到3G时代的CDMA，到4G时代的OFDM。2G是以语音通信为主的系统，3G是兼顾语音通信和数据通信的系统，4G是以高速数据通信为主体的系统。

1G

1G主要系统为AMPS，另外还有NMT及TACS，该制式在加拿大、南美、澳洲以及亚太地区广泛采用，而国内在80年代初期移动通信产业还属于一片空白，直到1987年的广东第六届全运会上蜂窝移动通信系统正式启动。

1G中网络制式A网B网区别：1G时期，我国的移动电话公众网由美国摩托罗拉移动通信系统和瑞典爱立信移动通信系统构成。经过划分，摩托罗拉设备使用A频段，称之为A系统；爱立信设备使用B频段，称之为B系统。移动通信的A、B两个系统即是人们常说的A网和B网。大哥大、BB机。

2G

2G空中接口的带宽小于200khz，能提供几百Kbps的数据流量；射频接口简单，1个接收通道，1个发射通道；基带信号的采样率在1MHz左右（以4倍过采样为例）；使用GMSK调制方式和卷积码；链路处理算法简单，处理的数据量低；

物理层的运算量，每秒低于50MOPS的需求量；高层协议栈处理，约每秒10MOPS左右；对缓存的数据区域的需求，物理层低于128KBytes,高层协议栈低于256Kbytes。

3G

3G空中接口的带宽约2Mhz，提供几MBps数据流量；射频接口简单，1个接收通道，1个发射通道；基带信号采样率约10MHz；使用CDMA调制方式，卷积码加Turbo码，需要采用匹配滤波器和Turbo 解码等比较复杂的算法，但处理的数据量还比较低；物理层的运算量，约每秒小于500MOPS；高层协议栈处理，每秒小于100MOPS；对缓存的数据区域的需求，物理层小于512KBytes,高层协议栈小于5Mbytes。

4G

4G空中接口的带宽高于20MHz，提供超过100MBps数据流量；射频接口有MIMO的模式，2--4个接收通道，1--2个发射通道，基带信号的采样率大于30MHz；使用OFDM技术，卷积码加Turbo码，链路处理需要采用MIMO检测和Turbo解码等比较复杂的算法，且处理数据量相对于2G和3G大幅度提高，高层协议栈也需要有较大的数据流量处理的技术；物理层的运算量，超过5000MOPS；高层协议栈处理，超过1000MOPS。对缓存的数据区域的需求，物理层超过2MBytes,高层协议栈超过20Mbytes。

5G

5G预测图：

品牌4G模块比较表

最后，来了解一下2G/3G/4G用到的调制解调技术：

1、GMSK：GMSK调制技术是从MSKGMSK(Minimum Shift Keying)调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss滤波器(预调制滤波器)进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GSMK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如广泛使用的GSM(Global System for Mobile communication)移动通信体制就是使用GMSK调制方式。

2、CDMA:CDMA（码分多址）是指用于二代和三代无线通信中任何一种协议。CDMA是一种多路方式，多路信号只占用一条信道，极大提高带宽使用率，应用于800MHz和1.9GHz的超高频（UHF)移动电话系统。CDMA使用带扩频技术的模-数转换（ADC).输入音频首先数字化为二进制元。传输信号频率按指定类型编码，因此只有频率响应编码一致的接收机才能拦截信号。由于有无数种频率顺序编码，因此很难出现重复，增强了保密性。CDMA通道宽度名义上1.23MHz，网络中使用软切换方案，尽量减少手机通话中信号中断。数字和扩频技术的结合应用使得单位带宽信号数量比模拟方式下成倍增加，CDMA与其他蜂窝技术兼容，实现全国漫游。最初仅用于美国蜂窝电话中CMDAOne标准只提供单通道14.4Kbps和八通道115Kbps的传输速度。CDMA2000和宽带CDMA速度已经成倍提高。

3、OFDM:正交频分复用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex)是一种多载波调制方式，通过减小和消除码间串扰的影响来克服信道的频率选择性衰落。它的基本原理是将信号分割为N个子信号，然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波。由于子载波的频谱相互重叠，因而可以得到较高的频谱效率。