如上图,5G智能手机MIC输入的模拟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
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信源编码
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,在多媒体中我们常用的是PCM编码。但在移动通信系统中,以3G WCDMA为例,用的是AMR语音编码。4G VoLTE还是沿用了AMR的编码格式,包括宽带声码器AMR-WB共8种编码速率,最高23.65kbps以及窄带声码器AMR-NB,从12.2到4.75kbps。采用那种编码器取决于终端能力和网络侧调度.对于视频信号,常用的是H.264、H.265编码。大家应该也比较熟悉。除了信源编码之外,基带芯片还要做信道编码,通信协议实现等工作。
基带芯片硬件架构
手机基带芯片的硬件架构一般采用CPU+DSP+ASIC的形式。硬件是基带芯片的躯体,决定了基带性能的下限;CPU主要用于运行基带协议栈代码,目前主流的基带CPU多采用ARM内核,主要是Cortex A系列和Cortex R系列。另外,为了降低基带芯片功耗,还会额外采用一颗Cortex M作为基带芯片在飞行模式、待机等低功耗场景下的MCU;DSP是基带芯片的核心硬件,用来实现无线通信物理层(L1)核心算法。主要功能有编解码、FFT/iFFT、CRC校验等,DSP决定了基带芯片数据吞吐能力。DSP有自行研发和IP授权两种,高通、MTK、海思采用自研方案,其他厂商采用Ceva公司的IP授权;ASIC:包括基带芯片内部调试接口,外围接口等附属功能的实现,这类芯片复杂度较低,一般采用IP授权的方式。基带芯片软件主要有实时操作系统(RTOS)、驱动程序(Drivers)和协议栈(Protocol Stack),协议栈是基带软件的核心。软件是基带芯片的灵魂,决定了芯片的性能上限。
基带芯片硬件架构设计图
基带芯片软件架构设计图
编码分为信源编码和信道编码
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。
信道编码的作用是通过对数据进行编码,提高数据传输的可靠性,降低数据传输财务导致的重传,间接提升频谱效率LTE使用的是turbo编码技术,其特点是性能好,但是处理较大的数据时,编解码的功耗会大幅增加5G NR的业务信道用的是LDPC编码技术,其性能好,复杂度低,通过并行技术,对高速业务支持好,控制信道采用的是polar码技术,其对于小包业务编码性能突出。