一文读懂：基带与射频，通信背后的关键力量
发布时间：2025-03-21 15:55:13
来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)
标签：射频基带5G
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在通信行业的广袤天地里，基带与射频宛如两颗璀璨的星辰，虽常见却蕴含着复杂而精妙的奥秘。它们频繁出现在大众视野中，然而，网络上关于这两个概念的资料鱼龙混杂，错误信息屡见不鲜，这无疑给众多通信领域的初学者带来了极大的困扰，甚至导致长期的错误认知。为了拨云见日，清晰地呈现基带与射频的真实面貌，本文将以手机通话为例，深入剖析信号从手机到基站的奇妙旅程，为大家揭开基带与射频的神秘面纱。
当我们拨通手机通话的那一刻，奇妙的信号之旅便悄然开启。人的声音通过手机麦克风转化为电信号，此时产生的是模拟信号，可视为原始信号。在这个阶段，通信的 “幕后英雄”—— 基带，正式登上舞台。基带，英文为 Baseband，意即基本频带，是一段特殊的频率带宽，范围处于零频附近，从直流延伸至几百 KHz。处于此频带的信号被称作基带信号，它是整个通信信号处理的基石。在实际应用中，我们常提及的基带，更多是指手机中的基带芯片、电路，或是基站的基带处理单元（即 BBU）。
原始的语音模拟信号会在基带中经历关键的 AD 数模转换过程，通过采样、量化与编码，实现从模拟到数字的华丽变身。其中，信源编码发挥着至关重要的作用，它的任务是将声音、画面等信息转化为 0 和 1 的数字形式，并且在转换过程中尽可能地进行压缩，以减小数据 “体积”。例如，对于音频信号，常见的 PCM 编码（脉冲编码调制）、MP3 编码等，在移动通信系统中，3G WCDMA 采用的是 AMR 语音编码；而对于视频信号，MPEG - 4 编码（MP4）、H.264、H.265 编码则被广泛应用。
除了信源编码，基带还肩负着信道编码的重任。信道编码与信源编码的目标截然不同，它并非减少数据量，而是增加冗余信息，以此对抗信道中的干扰与衰减，提升链路性能。形象地说，信道编码如同在货物周边填充保护泡沫，即便运输途中遭遇颠簸碰撞，也能降低货物受损的概率。像在联想投票事件中备受关注的 Turbo 码、Polar 码、LDPC 码，以及广为人知的卷积码，都属于信道编码的范畴。此外，基带还需对信号进行加密，确保通信内容的安全性。
完成编码与加密后，基带的下一项工作是调制。调制的本质，是让信号能够更有效地用 “波” 来表示 0 和 1。从最基础的调频（FM）、调幅（AM）、调相（PM），到现代数字通信技术衍生出的幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK），以及大名鼎鼎的正交幅度调制 QAM，调制方式不断演进。为了直观展示这些调制方式，星座图这一工具应运而生，星座图中的点能够精准指示调制信号幅度与相位的各种可能状态。以如今 5G 普遍采用的 256QAM 为例，一个符号便能表示 8bit 的数据，大大提升了信号的信息承载量。
当基带完成一系列复杂操作后，轮到射频闪亮登场。射频，英文名 Radio Frequency，简称 RF，从字面理解，即无线电频率。严格来讲，射频指的是频率范围在 300KHz - 300GHz 的高频电磁波。大家知道，电流通过导体时会产生磁场，交变电流则会形成电磁场并产生电磁波。频率低于 100kHz 的电磁波会被地表吸收，无法实现有效传输；而高于 100kHz 的电磁波能够在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，具备远距离传输能力，这类高频电磁波便是我们所说的射频（信号）。在实际中，射频通常涵盖射频电路、芯片、模组及元器件等产生射频信号的一系列组件。
基带处理后的信号频率较低，射频的首要任务便是对信号再次调制，将其从低频提升至指定的高频频段，如 900MHz 的 GSM 频段、1.9GHz 的 4G LTE 频段、3.5GHz 的 5G 频段等。射频的这一操作具有多重意义，一方面，基带信号本身不利于远距离传输；另一方面，无线频谱资源紧张，低频频段大多已被其他用途占用，而高频频段资源相对丰富，更利于实现大带宽；再者，只有调制到指定频段，才能避免干扰他人，符合法规要求。从工程实现角度看，低频信号也存在弊端，根据天线理论，当天线长度为无线电信号波长的 1/4 时，天线的发射和接收转换效率最高，由于电磁波波长与频率成正比，若使用低频信号，手机和基站天线尺寸会过大，尤其对于空间宝贵的手机而言，大尺寸天线难以接受。
信号经 RF 射频调制后功率较小，需经过功率放大器放大，获得足够的射频功率，再送往天线。到达天线后，信号会经过滤波器滤波，去除干扰杂波，最后通过天线振子发射出去。当基站天线接收到无线信号后，将执行与发射过程相反的操作，即滤波、放大、解调、解码，处理后的数据通过承载网传输至核心网，完成后续的数据传递与处理。
基带与射频在通信过程中各司其职，紧密协作，共同构建起高效可靠的通信链路。尽管本文呈现的只是信号变化的大致过程，实际情况远比这复杂，还有中频等诸多细节未详细阐述，但通过此番介绍，相信大家对基带与射频有了更为清晰的认识。在通信领域，理论与实际应用往往存在差异，而不断探索这些差异，正是推动通信技术持续进步的动力源泉。
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