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手机芯片的工作原理

为了介绍手机通信元器件的具体工作方式,首先我们要了解「调变技术(Modulation)」与「多工技术(Multiplex)」是完全不一样的东西,让我们先来看看它们到底有什么不同?

数字讯号调变技术(ASK、FSK、PSK、QAM):将模拟的电磁波调变成不同的波形来代表0与1两种不同的数字讯号。ASK用振幅大小来代表0与1、FSK用频率大小来代表0与1、PSK用相位(波形)不同来代表0与1、QAM同时使用振幅大小与相位(波形)不同来代表0与1。

好啦,每个人的手机天线要传送出去的数字讯号0 与1都变成不同波形的电磁波了,问题又来了,这么多不同波形的电磁波丢到空中,该如何区分那些是你的(和你通话的),那些是我的(和我通话的)呢?

多工技术(TDMA、FDMA、CDMA、OFDM):将电磁波区分给不同的使用者使用。TDMA用时间先后来区分是你的还是我的,FDMA用不同频率来区分是你的还是我的,CDMA用不同密码(正交展频码)来区分是你的还是我的,OFDM用不同正交子载波频率来区分是你的还是我的。

值得注意的是,不论数字讯号调变技术或多工技术,都是在数字讯号(0 与1)进行运算与处理的时候就一起进行,所以多工技术与调变技术必定是同时使用。

数字调变技术(Digital modulation)

现在的手机是属于「数字通讯」,也就是我们讲话的声音(连续的模拟讯号),先由手机转换成不连续的0 与1两种数字讯号,再经由数字调变转换成电磁波(模拟讯号载着数字讯号),最后从天线传送出去,原理如图一所示。

▲图一:数字通讯示意图。(Source:the Noun Project)

数字通讯系统架构

数字通讯系统的架构如图二(a)所示,使用者可能使用智慧型手机打电话进行语音通信或上网进行资料通信,我们分别说明如下:

▲ 图二:通讯通讯系统架构示意图。

语音上传(讲电话):声音由麦克风接收以后为低频模拟讯号,经由低频模拟数字转换器(ADC)转换为数字讯号,经由「基频芯片(BB)」进行资料压缩(Encoding)、加循环式重复检查码(CRC)、频道编码(Channel coding)、交错置(Inter-leaving)、加密(Ciphering)、格式化(Formatting),再进行多工(Multiplexing)、调变(Modulation)等数字讯号处理,如图二(b)所示。

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