说起基带和射频，相信大家都不陌生。它们是通信行业里的两个常见概念，经常出现在我们面前。不过，越是常见的概念，网上的资料就越混乱，错误也就越多。这些错误给很多初学者带来了困扰，甚至形成了长期的错误认知。所以，我觉得有必要写一篇文章，对基带和射频进行一个基础的介绍。现在都流行“端到端”，我们就以手机通话为例，观察信号从手机到基站的整个过程，来看看基带和射频到底是干什么用的。
当手机通话接通后，人的声音会通过手机麦克风拾音，变成电信号。这个电信号，是模拟信号，我们也可以称之为原始信号。
声波（机械波）转换成电信号
基本频带是指一段特殊的频率带宽，也就是频率范围在零频附近（从直流到几百KHz）的这段带宽。处于这个频带的信号，我们称为基带信号。基带信号是“基础”的信号。现实生活中我们经常提到的基带，更多是指手机的基带芯片、电路，或者基站的基带处理单元（也就是我们常说的BBU）。
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这些信号会通过基带中的AD数模转换电路，完成采样、量化、编码，变成数字信号。具体过程如下如所示：信源编码，说白了，就是把声音、画面变成0和1。在转换的过程中，信源编码还需要进行尽可能地压缩，以便减少“体积”。对于音频信号，我们常用的是PCM编码（脉冲编码调制，上图就是）和MP3编码等。在移动通信系统中，以3G WCDMA为例，用的是AMR语音编码。对于视频信号，常用的是MPEG-4编码（MP4），还有H.264、H.265编码。大家应该也比较熟悉。信道编码，和信源编码完全不同。信源编码是减少“体积”。信道编码恰好相反，是增加“体积”。信道编码通过增加冗余信息，对抗信道中的干扰和衰减，改善链路性能。举个例子，信道编码就像在货物边上填塞保护泡沫。如果路上遇到颠簸，发生碰撞，货物的受损概率会降低。去年联想投票事件里提到的Turbo码、Polar码，LDPC码，还有比较有名的卷积码，全部都属于信道编码。
数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程。
基本的数字调制方法包含调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）三类，其中每一类对应的典型调制方式分别有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。还有将2ASK和2PSK（其中数字2表示用二进制信息符号进行键控）汇合到一个信道的正交幅度调制，也就是大名鼎鼎的QAM（发音是“夸姆”）。
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为了直观表达各种调制方式，我们会采用一种叫做星座图的工具。星座图中的点，可以指示调制信号幅度和相位的可能状态。.png "640 (9).png")
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星座图
调制之后的信号，单个符号能够承载的信息量大大提升。现在5G普遍采用的256QAM，可以用1个符号表示8bit的数据。
射频，英文名是Radio Frequency，也就是大家熟悉的RF。从英文字面上来说，Radio Frequency是无线电频率的意思。严格来说，射频是指频率范围在300KHz~300GHz的高频电磁波。大家都知道，电流通过导体，会形成磁场。交变电流通过导体，会形成电磁场，产生电磁波。频率低于100kHz的电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输。频率高于100kHz的电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力。这种具有远距离传输能力的高频电磁波，我们才称为射频（信号）。和基带一样，我们通常会把射频电路、射频芯片、射频模组、射频元器件等产生射频信号的一系列东东，笼统简称为射频。所以，我们经常会听到有人说：“XX手机的基带很烂”，“XX公司做不出基带”，“XX设备的射频性能很好”，“XX的射频很贵”……之类的话。
基带送过来的信号频率很低。而射频要做的事情，就是继续对信号进行调制，从低频，调制到指定的高频频段。例如900MHz的GSM频段，1.9GHz的4G LTE频段，3.5GHz的5G频段。之所以RF射频要做这样的调制，一方面是如前面所说，基带信号不利于远距离传输。另一方面，无线频谱资源紧张，低频频段普遍被别的用途占用。而高频频段资源相对来说比较丰富，更容易实现大带宽。再有，你也必须调制到指定频段，不然干扰别人了，就是违法。
由传输线理论可知，当导体长度为1/4波长的整数倍时，该导体在该波长的频率上呈谐振特性。导体长度为1/4波长时为串联谐振特性，导体长度为1/2波长呈并联谐振特性。在这种谐振状态下，天线辐射强，发射接收转换效率高。振子超过1/2波长虽然辐射会继续加强，但超出部分的辐射呈反相位会产生抵消作用，因而总的辐射效果反而被打折扣。所以，通常的天线都是采用1/4波长或者1/2波长的振子长度单位。其中1/4波长天线主要是利用大地作为镜向来代替半波天线。
由两根相同长度导体振子构成的天线就构成所谓的偶极子天线，其中实用性强的是半波长振子偶极天线。这是简单、基本的天线，其他的许多天线形式都可以等效成偶极子天线的变形和叠加。
电磁波的波长和频率成反比（光速=波长×频率），如果使用低频信号，手机和基站天线的尺寸就会比较大，增加工程实现的难度。尤其是手机侧，对大天线尺寸是不能容忍的，会占用宝贵的空间。
信号经过RF射频调制之后，功率较小，因此，还需要经过功率放大器的放大，使其获得足够的射频功率，然后才会送到天线。
信号到达天线之后，经过滤波器的滤波（消除干扰杂波），后通过天线振子发射出去。
电磁波的传播
基站天线收到无线信号之后，采取的是前面过程的逆过程——滤波，放大，解调，解码。处理之后的数据，会通过承载网送到核心网，完成后面的数据传递和处理。以上，就是信号大致的变化过程。注意，是大致的过程，实际过程还是非常复杂的，还有一些中频之类的都没有详细介绍。怎么样，是不是相当于重温了一遍我们的《通信原理》？事实上，大家会发现，现实中的情况，和我们书本上的内容，还是有很大出入的。
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