什么是基帶芯片？

基帶芯片是用來合成即將發射的基帶信號，或對接收到的基帶信號進行解碼。具體地說，就是發射時，把音頻信號編譯成用來發射的基帶碼；接收時，把收到的基帶碼解譯為音頻信號。同時，也負責地址信息（手機號、網站地址）、文字信息（短訊文字、網站文字）、圖片信息的編譯。

圖：基帶芯片結構圖

基帶芯片可分為五個子塊：CPU處理器、信道編碼器、數字信號處理器、調制解調器和接口模塊。

CPU處理器：對整個移動臺進行控制和管理，包括定時控制、數字系統控制、射頻控制、省電控制和人機接口控制等。若采用跳頻，還應包括對跳頻的控制。同時，CPU處理器完成GSM終端所有的軟件功能，即GSM通信協議的layer1（物理層）、layer2（數據鏈路層）、layer3（網絡層）、MMI（人-機接口）和應用層軟件。

信道編碼器：主要完成業務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、奇偶校驗碼、交織、突發脈沖格式化。

數字信號處理器：主要完成采用Viterbi算法的信道均衡和基于規則脈沖激勵-長期預測技術（RPE-LPC）的語音編碼/解碼。

調制解調器：主要完成GSM系統所要求的高斯最小移頻鍵控（GMSK）調制/解調方式。

接口模塊：包括模擬接口、數字接口以及人機接口三個子塊；

移動終端支持何種網絡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，基帶芯片完成移動終端的接入功能，目前基帶處理器是一種高度復雜系統芯片（SoC），它不僅支持幾種通信標準（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備相關的接口、為了進一步簡化設計，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

基帶數字處理功能以及手機基本外圍功能都集中到單片片上系統(SOC)中，其基本構架都采用了微處理器+數字信號處理器(DSP)的結構，且微處理器和DSP的處理能力一直在增強。

1.微處理器是整顆芯片的控制中心，會運行一個實時嵌入式操作系統（如Nucleus PLUS）。

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

隨著實時數字信號處理技術的發展，ARM微處理器（會采用不同的微系列，如3G芯片多采用ARM9）、DSP 和 FPGA 體系結構成為移動終端基帶芯片的主要方式。

基帶芯片ARM架構

在芯片架構領域，X86和ARM可謂是經過數十年錘煉，已經在各自領域占據不可動搖的地位。其中，X86主導了PC芯片市場，而ARM則主導了移動終端芯片市場。因主打低成本、低功耗和高效率這三手好牌，ARM架構恰好迎合了包括智能手機在內的諸多移動終端設備的發展潮流。

下圖是典型的基于ARM架構的基帶芯片的邏輯架構，其中3G/4G Baseband Logic指的是DSP運算子系統。

圖：典型ARM架構上的基帶芯片框架

1.微處理器通過實時操作系統RTOS（如Nucleus PLUS）完成多任務的調度、任務間通信、外設驅動以及微處理器與DSP子系統及其他模塊的通信等等。功能還包括：（1）對整個移動臺進行控制和管理，包括定時控制、數字系統控制、射頻控制、省電控制等；（2）完成所有的軟件功能，即無線通信協議的物理層與協議棧的通信、高層協議棧（TCP/IP等），若用于功能機則還會包括MMI(人-機交互接口)和應用軟件。

2.DSP 子系統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、語音編碼/解碼、調制解調等。DSP 子系統和微處理器子系統之間的數據通信手段包括雙端口隨機讀取存儲器(RAM)、多總線共享資源（一些廠商采用了AMBA公司的多層總線協議）等。多模多頻基帶芯片中可能包含多顆DSP。

3.在存儲器組織方面，微處理器和DSP子系統可能都有各自獨立的高速緩沖存儲器(Cache)，有共享的片內SRAM和共享的外擴存儲器。擴展存儲器普遍支持同步動態隨機存儲器(SDRAM)和NAND型Flash RAM等。

FLASH ROM可用于存儲Boot Rom、鏈接操作系統和用戶應用程序的CP Rom。ROM接口主要用來連接存儲程序的存儲器FLASH ROM，RAM接口主要用來連接存貯暫存數據的靜態RAM(SRAM)。片內嵌入大容量靜態隨機讀取存儲器(SRAM)已非常普遍，有利于降低功耗，減少系統成本。

4.外設和接口方面，基帶芯片往往支持多種接口以方便和應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DMA進行，若基帶芯片沒有集成RF，則還有RF專用接口。

基帶芯片多模架構

隨著通信技術的發展，運營商會推出越來越多的通信模式以適應通信的需要，比如移動推出的4G-TD-LTE、電信/聯通推出的4G-LTE FDD、移動3G-TD-SCDMA，包括即將推出的5G網絡，都是不同的通信模式。

為適應不同通信的技術，滿足通信運營商的不同通信模式，基帶芯片從單模往多模方向發展也就成了必然，本小節將著重介紹多模基帶芯片。

單模基帶芯片采用雙核架構，一個ARM處理器和一個DSP，兩者之間的通信通過雙端口靜態存儲器（Dual port SRAM）進行。同時，ARM還會對DSP子系統做一些直接的控制，通過直接操作寄存器（地址/控制/數據寄存器）完成。 當然，對于一些運算能力比較強的DSP，1個ARM+1個DSP+多個加速器子系統也可實現多模基帶。

下圖是傳統雙核基帶芯片的架構圖，其中藍色單線表示ARM對DSP子系統的直接控制。

而多模移動終端基帶芯片的發展將成為必然，即最終在一顆基帶芯片上支持所有的移動網絡和無線網絡制式，包括2G、3G、4G、5G和WiFi等，多模移動終端可實現全球范圍內多個移動網絡和無線網絡間的無縫漫游。

多種通信模式匯集在一顆芯片內會大大增加芯片的實現難度，不僅要設計通用的移動通信模式實現平臺，還要在有限的尺寸范圍內為每種通信模式增設特有的加速單元、MCU 上和不同模式子系統之間則還要考慮模式切換所必須的通信管理。

本小節以GSM/EDGE/TD-SCDMA 三模基帶芯片的基本架構為例描述了多模基帶芯片的邏輯架構。 該三模芯片又一個ARM9、兩個DSP子系統實現，ARM和倆DSP子系統間的通信依然是雙口SRAM，如下圖所示。

圖：GSM/EDGE/TD-SCDMA三模基帶芯片框圖

由于GSM/EDGE物理層算法基本一致，兩者的調制方式雖不同（GSM采用GMSK、EDGE采用8PSK）但解調方式一致-都是Viterbi譯碼，因此兩者物理層處理共享一個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，有完全不同的實現體系，尤其是TD-SCDMA的聯合檢測算法需要大量的計算，因此需要獨立的DSP子系統實現。

多模終端的一大技術要點是通信模式的切換，這就需要基帶芯片的支持。若是手動切換模式就比較簡單，不同模式的DSP子系統彼此獨立、簡單的捆綁，MCU 中不同模式的協議棧也獨立創建任務即可。實際商用中手動切換那是會被用戶無情的拋棄的，因此多模終端必須能夠智能探測不同模式的信號強度，自動完成模式切換，這一切最好都要在用戶感覺不到的情況下進行。

多模基帶的模式自動切換就需要額外的設計難度了，需要將多種模式的協議棧緊密糅合、各自的物理層之間還有必要的數據通信。各種通信模式互切換的規范和算法使得MCU上多種模式協議棧的糅合稱為可能，物理層信息共享則可通過在不同DSP子系統間建立簡單直連（如寄存器或SPI等）進行。

若是所有的通信模式都封裝在一顆芯片上，由一個主控處理器控制時模式切換相對簡單。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通信模式，運營商的通信模式包括移動4G-TD-LTE、電信/聯通4G-LTE FDD、移動3G-TD-SCDMA、聯通3G-WCDMA、移動/聯通2G-GSM、電信3G-CDMA2000、電信2G-CDMA 1x、EVDO等以及3G的演進HSPA技術。

多頻指的是各網絡環境下的工作頻率。頻率的意思，就是每種網絡制式，每個國家都劃分了幾個不同的頻段，讓不同運營商的手機運行在不同的頻段上，互相不干擾。通俗點講，就像收音機一樣，調不同的頻率就是不同的臺，手機網絡也運行不同的頻段上。

列舉部分國內的運營頻段：

2G網絡===>>GSM：850/900/1800/1900

3G網絡 (WCDMA/TD)===>>

WCDMA：2100MHz/1900MHz/850MHz（中國聯通3G）

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

4G網絡===>>

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

FDD-LTE：1800MHz/2600MHz（中國聯通和中國電信的4G）

市面上X模X頻手機實際有較多的組合，例如雙模、我國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，中國移動是最早提出五模十三頻的，簡單來說便是支持五個通信模式和十三個相應頻段的移動設備。

五模終端可同時支持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個頻段，部分終端還可支持TD-LTE Band41，LTE FDD Band1/17，GSM Band5等頻段，實現終端全球漫游。

支持五模十三頻的手機，就是說可以支持中國移動和中國聯通的2G、3G、4G，也就是雙4G！這樣的手機只要插移動卡，就是支持移動的2G、3G、4G網絡，如果插聯通卡，就支持聯通的2G、3G、4G網絡。

基帶芯片市場現狀

基帶芯片的技術門檻高、研發周期長、資金投入大（從開始研發到一次流片動則百萬美元為單位）、競爭激烈，因此如果“站錯隊”或者成品稍晚一步則容易陷入步步皆輸的境地。

很多廠商相繼放棄基帶業務，飛思卡爾、德州儀器、博通、英偉達都相繼放棄了基帶市場，愛立信則從若即若離到現在重新擠入陣營，高通占據基帶芯片市場半壁江山。國內紫光展銳勢頭猛烈，進入國家隊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。

現今流行的手機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

手機產品：小米6、三星S8、一加5、努比亞Z12、樂視、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

手機產品：三星S8、三星Note 8、魅族PRO 7系列

芯片廠商：聯發科

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

手機產品：魅族MX7、魅藍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、

手機產品：三星Galaxy Star 2（G130E）、三星Galaxy Star 2 Plus（G350E）等

結語

我們一般都會認為手機CPU的性能體現在其處理速度和功耗上，其實在智能手機時代還有一層最基礎、最關鍵的需求——手機信號質量，這一由基帶芯片決定的通訊功能將直接影響手機的通話質量和上網速度。

因此，基帶芯片是手機芯片的技術制高點之一，一直以來是國際芯片巨頭的必爭之地。在5G網絡及5G手機來臨之際，快速搶占5G基帶芯片市場份額，將有助于芯片巨頭提升財務營收，以便在6G網絡取得先機，并形成良性循環。