無線通訊的頻譜有限，分配非常嚴格，相同頻寬的電磁波隻能使用一次
，為了解決僧多粥少的難題
，工程師研發出許多“調變技術”（ModulaTIon）與“多工技術”（MulTIplex），來增加頻譜效率
，因此才有了 3G
、4G、5G 不同通訊世代技術的發明，那麼在我們的手機裏
，是什麼元件負責替我們處理這些技術的呢
？

調變技術與多工技術

首先我們要了解“調變技術（ModulaTIon）”與“多工技術（MulTIplex）”是完全不一樣的東西，讓我們先來看看它們到底有什麼不同

？

數碼訊號調變技術（ASK
、FSK、PSK
、QAM）：將類比的電磁波調變成不同的波形來代表 0 與 1 兩種不同的數碼訊號。ASK 用振幅大小來代表 0 與 1、FSK 用頻率大小來代表 0 與 1、PSK 用相位（波形）不同來代表 0 與 1、QAM 同時使用振幅大小與相位（波形）不同來代表 0 與 1。

好啦，每個人的手機天線要傳送出去的數碼訊號 0 與 1 都變成不同波形的電磁波了
，問題又來了，這麼多不同波形的電磁波丟到空中，該如何區分那些是你的（和你通話的）

，那些是我的（和我通話的）呢？

多工技術（TDMA
、FDMA、CDMA、OFDM）：將電磁波區分給不同的使用者使用。TDMA 用時間先後來區分是你的還是我的，FDMA 用不同頻率來區分是你的還是我的，CDMA 用不同密碼（正交展頻碼）來區分是你的還是我的，OFDM 用不同正交子載波頻率來區分是你的還是我的。

值得注意的是
，不論數碼訊號調變技術或多工技術，都是在數碼訊號（0 與 1）進行運算與處理的時候就一起進行，一般是先進行多工技術再進行數碼訊號調變技術（OFDM 除外），所以多工技術與調變技術必定是同時使用。
數碼調變技術（Digital modulation）

現在的手機是屬於“數碼通訊”，也就是我們講話的聲音（連續的類比訊號）
，先由手機轉換成不連續的0與1兩種數碼訊號，再經由數碼調變轉換成電磁波（類比訊號載著數碼訊號）
，最後從天線傳送出去，原理如圖一所示。
數碼通訊係統架構

數碼通訊係統的架構如圖二（a）所示，使用者可能使用智能手機打電話進行語音通信或上網進行資料通信，我們分別說明如下：
語音上傳（講電話）：聲音由麥克風接收以後為低頻類比訊號
，經由低頻類比數碼轉換器（ADC）轉換為數碼訊號，經由“基頻芯片（BB）”進行資料壓縮（Encoding）

、加循環式重複檢查碼（CRC）、頻道編碼（Channel coding）、交錯置（Inter-leaving）、加密（Ciphering）、格式化（Formatting）
，再進行多工（Multiplexing）、調變（Modulation）等數碼訊號處理，如圖二（b）所示。

接下來經由“中頻芯片（IF）”也就是高頻數碼類比轉換器（DAC）轉換為高頻類比訊號（電磁波）；最後再經由“射頻芯片（RF）”形成不同時間、頻率、波形的電磁波由天線傳送出去。

語音下載（聽電話）：天線將不同時間、頻率、波形的電磁波接收進來，經由“射頻芯片（RF）”處理後得到高頻類比訊號（電磁波），再經由“中頻芯片（IF）”也就是高頻類比數碼轉換器（ADC）轉換為數碼訊號。

接下來經由“基頻芯片（BB）”進行解調（De-modulation）
、解多工（De-multiplexing）、解格式化（De-formatting）
、解密（De-ciphering）

、解交錯置（De-inter-leaving）、頻道解碼（Channel decoding）、解循環式重複檢查碼（CRC）
、資料解壓縮（Decoding）等數碼訊號處理，最後再經由低頻數碼類比轉換器（DAC）轉換為低頻類比訊號（聲音）由麥克風播放出來。

資料通信（上網）：基本上資料通信不論上傳或下載都是數碼訊號，所以直接進入基頻芯片（BB）處理即可，其他流程與語音通信類似
，在此不再重複描述。

注：通(tong)訊(xun)的(de)原(yuan)理(li)就(jiu)是(shi)一(yi)大(da)堆(dui)的(de)數(shu)學(xue)，由(you)於(yu)手(shou)機(ji)是(shi)我(wo)們(men)天(tian)天(tian)都(dou)在(zai)用(yong)的(de)東(dong)西(xi)，一(yi)般(ban)人(ren)對(dui)通(tong)訊(xun)感(gan)多(duo)感(gan)少(shao)都(dou)有(you)些(xie)好(hao)奇(qi)想(xiang)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)了(le)解(jie)，但(dan)是(shi)往(wang)往(wang)走(zou)進(jin)教(jiao)室(shi)第(di)一(yi)堂(tang)課(ke)看(kan)到(dao)的(de)就(jiu)是(shi)一(yi)大(da)堆(dui)複(fu)雜(za)的(de)數(shu)碼(ma)：傅立葉轉換（Fourier Transform）、拉普拉斯轉換（Laplace Transform）、離散（Discrete），立(li)刻(ke)就(jiu)打(da)退(tui)堂(tang)鼓(gu)
，為(wei)了(le)簡(jian)化(hua)複(fu)雜(za)度(du)讓(rang)大(da)家(jia)容(rong)易(yi)看(kan)懂(dong)，上(shang)麵(mian)對(dui)於(yu)數(shu)碼(ma)通(tong)訊(xun)係(xi)統(tong)的(de)介(jie)紹(shao)隻(zhi)是(shi)示(shi)意(yi)
，與(yu)實(shi)際(ji)的(de)情(qing)況(kuang)會(hui)有(you)落(luo)差(cha)，建(jian)議(yi)有(you)興(xing)趣(qu)進(jin)一(yi)步(bu)了(le)解(jie)的(de)人(ren)可(ke)以(yi)立(li)足(zu)於(yu)上(shang)麵(mian)的(de)概(gai)念(nian)，來(lai)進(jin)一(yi)步(bu)了(le)解(jie)技(ji)術(shu)細(xi)節(jie)。

無線通訊係統架構

基於前麵的介紹，我們來看看智能手機裏幾個重要的集成電路（IC）
，主要包括：基頻（BB）、中頻（IF）、射頻（RF）三個部份，如圖三所示，每個部分都可能有一個到數個集成電路（IC），也有可能是把數個集成電路（IC）封裝成一個，稱為“係統單封裝（System in a Package
，SiP）”，或把數個芯片整合成一個，稱為“係統單芯片（System on a Chip
，SoC）”。
基頻芯片（Baseband，BB）：屬於數碼集成電路，用來進行數碼訊號的壓縮／解壓縮、頻道編碼／解碼、交錯置／解交錯置
、加密／解密
、格式化／解格式化、多工／解多工、調變／解調，以及管理通訊協定、控製輸入輸出界麵等運算工作，著名的移動電話基頻芯片供應商包括：高通（Qualcomm）、博通（Broadcom）
、邁威爾（Marvell）、聯發科（MediaTek）等。

調變器（Modulator）：將基頻芯片處理的數碼訊號轉換成高頻類比訊號（電磁波），才能傳送很遠，想要進一步了解通訊原理的人可以參考這裏。

混頻器（Mixer）：主要負責頻率轉換的工作，將調變後的高頻類比訊號（電磁波）轉換成所需要的頻率
，來配合不同通訊係統的頻率範圍（無線頻譜）使用。

合成器（Synthesizer）：提供無線通訊電磁波與射頻集成電路（RF IC）所需要的工作頻率，通常經由“相位鎖定回路（PLL：Phase Locked Loop）”與“電壓控製振蕩器（VCO：Voltage Controlled Oscillator）”來提供精準的工作頻率。

帶通濾波器（Band Pass Filter，BPF）：隻讓特定頻率範圍（頻帶）的高頻類比訊號（電磁波）通過，將不需要的頻率範圍濾除，得到我們需要的頻率範圍（頻帶）。

功率放大器（Power Amplifier，PA）：高頻類比訊號（電磁波）傳送出去之前
，必須先經由功率放大器（PA）放大，增強訊號才能傳送到夠遠的地方。

傳送接收器（Transceiver）：負責傳送（Tx：Transmitter）高頻類比訊號（電磁波）到天線
，或是由天線接收（Rx：Receiver）高頻類比訊號（電磁波）進來。

低雜訊放大器（Low Noise Amplifier，LNA）：接收訊號時使用，天線接收進來的高頻類比訊號（電磁波）很微弱，必須先經由低雜訊放大器（LNA）放大訊號
，才能進行處理。

解調器（Demodulator）：接收訊號時使用，將高頻類比訊號（電磁波）轉換成數碼訊號，再傳送到基頻芯片（BB）進行數碼訊號處理工作

所以手機上傳（講電話）的原理是：先由基頻芯片（BB）處理數碼語音訊號，再經由調變器（Modulator）轉換成高頻類比訊號，由混頻器（Mixer）轉換成所需要的頻率，由帶通濾波器（BPF）得到特定頻率範圍（頻帶）的高頻類比訊號（電磁波），由功率放大器（PA）增強訊號
，最後由傳送接收器（Tx）傳送到天線輸出。

相反的

，手機下載（聽電話）的原理是：先由天線傳送過來高頻類比訊號（電磁波），由傳送接收器（Rx）接收進來，再經由帶通濾波器（BPF）得到特定頻率範圍（頻帶）的高頻類比訊號，由低雜訊放大器（LNA）將微弱的訊號放大，由混頻器（Mixer）轉換成所需要的頻率
，由解調器（Demodulator）轉換成數碼語音訊號

，最後由基頻芯片（BB）處理數碼語音訊號。

通訊相關集成電路：基頻、中頻
、射頻

前麵介紹的無線通訊係統後端（Back end）使用基頻芯片來處理數碼訊號，前端（Front end）則所使用的集成電路（IC）大致上可以分為“射頻芯片”與“中頻芯片”兩大類
，分別使用不同材料的晶圓製作：

中頻芯片（Intermediate Frequency，IF）：又稱為“類比基頻（Analog baseband）”，概念上就是“高頻數碼類比轉換器（DAC）”與“高頻類比數碼轉換器（ADC）”
，包括：調變器（Modulator）

、解調器（Demodulator），通常還有中頻放大器（IF amplifier）與中頻帶通濾波器（IF BPF）等
，通常由矽晶圓製作的 CMOS 元件組成，可能是數個集成電路，其些可能整合成一個集成電路（IC）。

射頻芯片（Radio Frequency，RF）：又稱為“射頻集成電路（RFIC）”，是處理高頻無線訊號所有芯片的總稱
，通常包括：傳送接收器（Transceiver）、低雜訊放大器（LNA）、功率放大器（PA）、帶通濾波器（BPF）
、合成器（Synthesizer）
、混頻器（Mixer）等
，通常由砷化镓晶圓製作的 MESFET、HEMT 元件
，或矽鍺晶圓製作的 BiCMOS 元件，或矽晶圓製作的 CMOS 元件組成
，目前也有用氮化镓（GaN）製作的功率放大器，可能是數個集成電路
，某些可能整合成一個集成電路（IC）。