什么是基帶芯片？

基帶芯片是用來(lái)合成即將發(fā)射的基帶信號(hào)，或?qū)邮盏降幕鶐盘?hào)進(jìn)行解碼。具體地說(shuō)，就是發(fā)射時(shí)，把音頻信號(hào)編譯成用來(lái)發(fā)射的基帶碼；接收時(shí)，把收到的基帶碼解譯為音頻信號(hào)。同時(shí)，也負(fù)責(zé)地址信息（手機(jī)號(hào)、網(wǎng)站地址）、文字信息（短訊文字、網(wǎng)站文字）、圖片信息的編譯。

圖：基帶芯片結(jié)構(gòu)圖

基帶芯片可分為五個(gè)子塊：CPU處理器、信道編碼器、數(shù)字信號(hào)處理器、調(diào)制解調(diào)器和接口模塊。

CPU處理器：對(duì)整個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和管理，包括定時(shí)控制、數(shù)字系統(tǒng)控制、射頻控制、省電控制和人機(jī)接口控制等。若采用跳頻，還應(yīng)包括對(duì)跳頻的控制。同時(shí)，CPU處理器完成GSM終端所有的軟件功能，即GSM通信協(xié)議的layer1（物理層）、layer2（數(shù)據(jù)鏈路層）、layer3（網(wǎng)絡(luò)層）、MMI（人-機(jī)接口）和應(yīng)用層軟件。

信道編碼器：主要完成業(yè)務(wù)信息和控制信息的信道編碼、加密等，其中信道編碼包括卷積編碼、FIRE碼、奇偶校驗(yàn)碼、交織、突發(fā)脈沖格式化。

數(shù)字信號(hào)處理器：主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于規(guī)則脈沖激勵(lì)-長(zhǎng)期預(yù)測(cè)技術(shù)（RPE-LPC）的語(yǔ)音編碼/解碼。

調(diào)制解調(diào)器：主要完成GSM系統(tǒng)所要求的高斯最小移頻鍵控（GMSK）調(diào)制/解調(diào)方式。

接口模塊：包括模擬接口、數(shù)字接口以及人機(jī)接口三個(gè)子塊；

移動(dòng)終端支持何種網(wǎng)絡(luò)制式是由基帶芯片模式所決定，而支持何種頻段則由天線和射頻模塊所決定，基帶芯片完成移動(dòng)終端的接入功能，目前基帶處理器是一種高度復(fù)雜系統(tǒng)芯片（SoC），它不僅支持幾種通信標(biāo)準(zhǔn)（包括GSM、CDMA 1x、CDMA2000、WCDMA、HSPA、LTE等），而且提供多媒體功能以及用于多媒體顯示器、圖像傳感器和音頻設(shè)備相關(guān)的接口、為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，這些編譯電路所需要的電源管理電路也日益集成于其中。

基帶芯片SOC架構(gòu)

基帶數(shù)字處理功能以及手機(jī)基本外圍功能都集中到單片片上系統(tǒng)(SOC)中，其基本構(gòu)架都采用了微處理器+數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的結(jié)構(gòu)，且微處理器和DSP的處理能力一直在增強(qiáng)。

1.微處理器是整顆芯片的控制中心，會(huì)運(yùn)行一個(gè)實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)（如Nucleus PLUS）。

2.DSP 子系統(tǒng)是基帶處理的重點(diǎn)，其中包含了許多硬件加速器和基帶專(zhuān)用處理模塊，完成所有物理層功能。

隨著實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，ARM微處理器（會(huì)采用不同的微系列，如3G芯片多采用ARM9）、DSP 和 FPGA 體系結(jié)構(gòu)成為移動(dòng)終端基帶芯片的主要方式。

基帶芯片ARM架構(gòu)

在芯片架構(gòu)領(lǐng)域，X86和ARM可謂是經(jīng)過(guò)數(shù)十年錘煉，已經(jīng)在各自領(lǐng)域占據(jù)不可動(dòng)搖的地位。其中，X86主導(dǎo)了PC芯片市場(chǎng)，而ARM則主導(dǎo)了移動(dòng)終端芯片市場(chǎng)。因主打低成本、低功耗和高效率這三手好牌，ARM架構(gòu)恰好迎合了包括智能手機(jī)在內(nèi)的諸多移動(dòng)終端設(shè)備的發(fā)展潮流。

下圖是典型的基于ARM架構(gòu)的基帶芯片的邏輯架構(gòu)，其中3G/4G Baseband Logic指的是DSP運(yùn)算子系統(tǒng)。

圖：典型ARM架構(gòu)上的基帶芯片框架

1.微處理器通過(guò)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS（如Nucleus PLUS）完成多任務(wù)的調(diào)度、任務(wù)間通信、外設(shè)驅(qū)動(dòng)以及微處理器與DSP子系統(tǒng)及其他模塊的通信等等。功能還包括：（1）對(duì)整個(gè)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行控制和管理，包括定時(shí)控制、數(shù)字系統(tǒng)控制、射頻控制、省電控制等；（2）完成所有的軟件功能，即無(wú)線通信協(xié)議的物理層與協(xié)議棧的通信、高層協(xié)議棧（TCP/IP等），若用于功能機(jī)則還會(huì)包括MMI(人-機(jī)交互接口)和應(yīng)用軟件。

2.DSP 子系統(tǒng)則用于物理層所有算法的處理，包括信息的信道編碼、加密、信道均衡、語(yǔ)音編碼/解碼、調(diào)制解調(diào)等。DSP 子系統(tǒng)和微處理器子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信手段包括雙端口隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器(RAM)、多總線共享資源（一些廠商采用了AMBA公司的多層總線協(xié)議）等。多模多頻基帶芯片中可能包含多顆DSP。

3.在存儲(chǔ)器組織方面，微處理器和DSP子系統(tǒng)可能都有各自獨(dú)立的高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)，有共享的片內(nèi)SRAM和共享的外擴(kuò)存儲(chǔ)器。擴(kuò)展存儲(chǔ)器普遍支持同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SDRAM)和NAND型Flash RAM等。

FLASH ROM可用于存儲(chǔ)Boot Rom、鏈接操作系統(tǒng)和用戶應(yīng)用程序的CP Rom。ROM接口主要用來(lái)連接存儲(chǔ)程序的存儲(chǔ)器FLASH ROM，RAM接口主要用來(lái)連接存貯暫存數(shù)據(jù)的靜態(tài)RAM(SRAM)。片內(nèi)嵌入大容量靜態(tài)隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器(SRAM)已非常普遍，有利于降低功耗，減少系統(tǒng)成本。

4.外設(shè)和接口方面，基帶芯片往往支持多種接口以方便和應(yīng)用處理器的通信以及增加其他模塊如Wifi、GPS。接口包括UART、多媒體接口(MMI)、通用串行總線(USB）、SPI等。

MCU與外部接口的通信可通過(guò)DMA進(jìn)行，若基帶芯片沒(méi)有集成RF，則還有RF專(zhuān)用接口。

基帶芯片多模架構(gòu)

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商會(huì)推出越來(lái)越多的通信模式以適應(yīng)通信的需要，比如移動(dòng)推出的4G-TD-LTE、電信/聯(lián)通推出的4G-LTE FDD、移動(dòng)3G-TD-SCDMA，包括即將推出的5G網(wǎng)絡(luò)，都是不同的通信模式。

為適應(yīng)不同通信的技術(shù)，滿足通信運(yùn)營(yíng)商的不同通信模式，基帶芯片從單模往多模方向發(fā)展也就成了必然，本小節(jié)將著重介紹多?；鶐酒?。

單?；鶐酒捎秒p核架構(gòu)，一個(gè)ARM處理器和一個(gè)DSP，兩者之間的通信通過(guò)雙端口靜態(tài)存儲(chǔ)器（Dual port SRAM）進(jìn)行。同時(shí)，ARM還會(huì)對(duì)DSP子系統(tǒng)做一些直接的控制，通過(guò)直接操作寄存器（地址/控制/數(shù)據(jù)寄存器）完成。 當(dāng)然，對(duì)于一些運(yùn)算能力比較強(qiáng)的DSP，1個(gè)ARM+1個(gè)DSP+多個(gè)加速器子系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)多?；鶐?。

下圖是傳統(tǒng)雙核基帶芯片的架構(gòu)圖，其中藍(lán)色單線表示ARM對(duì)DSP子系統(tǒng)的直接控制。

而多模移動(dòng)終端基帶芯片的發(fā)展將成為必然，即最終在一顆基帶芯片上支持所有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)制式，包括2G、3G、4G、5G和WiFi等，多模移動(dòng)終端可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)多個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫漫游。

多種通信模式匯集在一顆芯片內(nèi)會(huì)大大增加芯片的實(shí)現(xiàn)難度，不僅要設(shè)計(jì)通用的移動(dòng)通信模式實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，還要在有限的尺寸范圍內(nèi)為每種通信模式增設(shè)特有的加速單元、MCU 上和不同模式子系統(tǒng)之間則還要考慮模式切換所必須的通信管理。

本小節(jié)以GSM/EDGE/TD-SCDMA 三?；鶐酒幕炯軜?gòu)為例描述了多?；鶐酒倪壿嫾軜?gòu)。 該三模芯片又一個(gè)ARM9、兩個(gè)DSP子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，ARM和倆DSP子系統(tǒng)間的通信依然是雙口SRAM，如下圖所示。

圖：GSM/EDGE/TD-SCDMA三?；鶐酒驁D

由于GSM/EDGE物理層算法基本一致，兩者的調(diào)制方式雖不同（GSM采用GMSK、EDGE采用8PSK）但解調(diào)方式一致-都是Viterbi譯碼，因此兩者物理層處理共享一個(gè)DSP加上一些額外的硬件支持。TD-SCDMA的物理層算法則與GSM/EDGE有很大差距，有完全不同的實(shí)現(xiàn)體系，尤其是TD-SCDMA的聯(lián)合檢測(cè)算法需要大量的計(jì)算，因此需要獨(dú)立的DSP子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

多模終端的一大技術(shù)要點(diǎn)是通信模式的切換，這就需要基帶芯片的支持。若是手動(dòng)切換模式就比較簡(jiǎn)單，不同模式的DSP子系統(tǒng)彼此獨(dú)立、簡(jiǎn)單的捆綁，MCU 中不同模式的協(xié)議棧也獨(dú)立創(chuàng)建任務(wù)即可。實(shí)際商用中手動(dòng)切換那是會(huì)被用戶無(wú)情的拋棄的，因此多模終端必須能夠智能探測(cè)不同模式的信號(hào)強(qiáng)度，自動(dòng)完成模式切換，這一切最好都要在用戶感覺(jué)不到的情況下進(jìn)行。

多?；鶐У哪Ｊ阶詣?dòng)切換就需要額外的設(shè)計(jì)難度了，需要將多種模式的協(xié)議棧緊密糅合、各自的物理層之間還有必要的數(shù)據(jù)通信。各種通信模式互切換的規(guī)范和算法使得MCU上多種模式協(xié)議棧的糅合稱(chēng)為可能，物理層信息共享則可通過(guò)在不同DSP子系統(tǒng)間建立簡(jiǎn)單直連（如寄存器或SPI等）進(jìn)行。

若是所有的通信模式都封裝在一顆芯片上，由一個(gè)主控處理器控制時(shí)模式切換相對(duì)簡(jiǎn)單。能做到單芯片支持全模的只有高通一家。大部分終端基帶方案都兩顆甚至多棵基帶芯片的組合，如CDMA/GSMg 基帶+LTE 基帶，兩顆基帶芯片間通過(guò)SPI, SDIO , USB 等通信。

什么是多模多頻？

基帶芯片的多模指的就是支持多種移動(dòng)通信模式，運(yùn)營(yíng)商的通信模式包括移動(dòng)4G-TD-LTE、電信/聯(lián)通4G-LTE FDD、移動(dòng)3G-TD-SCDMA、聯(lián)通3G-WCDMA、移動(dòng)/聯(lián)通2G-GSM、電信3G-CDMA2000、電信2G-CDMA 1x、EVDO等以及3G的演進(jìn)HSPA技術(shù)。

多頻指的是各網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的工作頻率。頻率的意思，就是每種網(wǎng)絡(luò)制式，每個(gè)國(guó)家都劃分了幾個(gè)不同的頻段，讓不同運(yùn)營(yíng)商的手機(jī)運(yùn)行在不同的頻段上，互相不干擾。通俗點(diǎn)講，就像收音機(jī)一樣，調(diào)不同的頻率就是不同的臺(tái)，手機(jī)網(wǎng)絡(luò)也運(yùn)行不同的頻段上。

列舉部分國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)頻段：

2G網(wǎng)絡(luò)===>>GSM：850/900/1800/1900

3G網(wǎng)絡(luò) (WCDMA/TD)===>>

WCDMA：2100MHz/1900MHz/850MHz（中國(guó)聯(lián)通3G）

TD-SCDMA:1880-1920MHz/2010-2025MHz（中國(guó)移動(dòng)3G）

4G網(wǎng)絡(luò)===>>

TDD-LTE：1900MHz/2300MHz/2600MHz（中國(guó)移動(dòng)4G）

FDD-LTE：1800MHz/2600MHz（中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信的4G）

市面上X模X頻手機(jī)實(shí)際有較多的組合，例如雙模、我國(guó)提得比較多的可能是三模八頻、五模十頻、五模十三頻這三個(gè)，中國(guó)移動(dòng)是最早提出五模十三頻的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)便是支持五個(gè)通信模式和十三個(gè)相應(yīng)頻段的移動(dòng)設(shè)備。

五模終端可同時(shí)支持TD-LTE、LTE FDD、TD-SCDMA、WCDMA、GSM 五種通信模式，支持TD-LTE Band38/39/40，TD-SCDMA Band34/39，WCDMA Band1/2/5，LTE FDD Band7/3，GSM Band2/3/8等10個(gè)頻段，部分終端還可支持TD-LTE Band41，LTE FDD Band1/17，GSM Band5等頻段，實(shí)現(xiàn)終端全球漫游。

支持五模十三頻的手機(jī)，就是說(shuō)可以支持中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)聯(lián)通的2G、3G、4G，也就是雙4G！這樣的手機(jī)只要插移動(dòng)卡，就是支持移動(dòng)的2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)，如果插聯(lián)通卡，就支持聯(lián)通的2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)。

基帶芯片市場(chǎng)現(xiàn)狀

基帶芯片的技術(shù)門(mén)檻高、研發(fā)周期長(zhǎng)、資金投入大（從開(kāi)始研發(fā)到一次流片動(dòng)則百萬(wàn)美元為單位）、競(jìng)爭(zhēng)激烈，因此如果“站錯(cuò)隊(duì)”或者成品稍晚一步則容易陷入步步皆輸?shù)木车亍?/p>

很多廠商相繼放棄基帶業(yè)務(wù)，飛思卡爾、德州儀器、博通、英偉達(dá)都相繼放棄了基帶市場(chǎng)，愛(ài)立信則從若即若離到現(xiàn)在重新擠入陣營(yíng)，高通占據(jù)基帶芯片市場(chǎng)半壁江山。國(guó)內(nèi)紫光展銳勢(shì)頭猛烈，進(jìn)入國(guó)家隊(duì)后資金扶持必將大幅提升市占比，華為海思自給自足也不容忽視。

現(xiàn)今流行的手機(jī)使用的基帶芯片如下：

芯片廠商：高通公司

基帶芯片：驍龍855、驍龍835、驍龍660、驍龍653、驍龍626、驍龍435、驍龍430、驍龍427、驍龍425

手機(jī)產(chǎn)品：小米6、三星S8、一加5、努比亞Z12、樂(lè)視、紅米Note、華為G系列等

芯片廠商：華為海思

基帶芯片：麒麟985、麒麟970、麒麟965、麒麟660

芯片廠商：三星

基帶芯片：Exynos 8895、Exynos Modem 5100

手機(jī)產(chǎn)品：三星S8、三星Note 8、魅族PRO 7系列

芯片廠商：聯(lián)發(fā)科

基帶芯片：Helio M70、Helio X30/X35、Helio X23/X27、Helio P30/P35、Helio P20/P25、

手機(jī)產(chǎn)品：魅族MX7、魅藍(lán)X2、紅米Note4、三星C9 Pro、vivo X9

芯片廠商：展銳

基帶芯片：展訊SC6815、展訊SC7701B、展訊SC7730S、

手機(jī)產(chǎn)品：三星Galaxy Star 2（G130E）、三星Galaxy Star 2 Plus（G350E）等

結(jié)語(yǔ)

我們一般都會(huì)認(rèn)為手機(jī)CPU的性能體現(xiàn)在其處理速度和功耗上，其實(shí)在智能手機(jī)時(shí)代還有一層最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的需求——手機(jī)信號(hào)質(zhì)量，這一由基帶芯片決定的通訊功能將直接影響手機(jī)的通話質(zhì)量和上網(wǎng)速度。

因此，基帶芯片是手機(jī)芯片的技術(shù)制高點(diǎn)之一，一直以來(lái)是國(guó)際芯片巨頭的必爭(zhēng)之地。在5G網(wǎng)絡(luò)及5G手機(jī)來(lái)臨之際，快速搶占5G基帶芯片市場(chǎng)份額，將有助于芯片巨頭提升財(cái)務(wù)營(yíng)收，以便在6G網(wǎng)絡(luò)取得先機(jī)，并形成良性循環(huán)。