解析通訊元件：由基頻、中頻、射頻零部件讓你一次看懂手機晶元
作者 dr. j/technews
無線通訊的頻譜有限，分配非常嚴格，相同頻寬的電磁波只能使用一次，為了解決僧多粥少的難題，工程師研發出許多「調製技術」（modulation）與「復用技術」（multiplex），來增加頻譜效率，因此才有了 3g、4g、5g 不同通訊時代技術的發明，那麼在我們的手機裡，是什麼元件負責替我們處理這些技術的呢？
調製技術與復用技術
首先我們要了解「調製技術（modulation）」與「復用技術（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？
數碼訊號調製技術（ask、fsk、psk、qam）：將模擬的電磁波調製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？
復用技術（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，不論數碼訊號調製技術或復用技術，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，一般是先進行復用技術再進行數碼訊號調製技術（ofdm 除外），所以復用技術與調製技術必定是同時使用。
數字調製技術（digital modulation）
現在的手機是屬於「數字通訊」，也就是我們講話的聲音（連續的模擬訊號），先由手機轉換成不連續的0與1兩種數碼訊號，再經由數字調製轉換成電磁波（模擬訊號載著數碼訊號），最後從天線傳送出去，原理如圖一所示。
▲ 圖一：數字通訊示意圖。（source：the noun project）
數字通訊系統架構
前面介紹的無線通訊系統後端（back end）使用基頻晶元來處理數碼訊號，前端（front end）則所使用的積體電路（ic）大致上可以分為「射頻晶元」與「中頻晶元」兩大類，分別使用不同材料的晶圓製作：
中 頻晶元（intermediate frequency，if）：又稱為「模擬基頻（analog baseband）」，概念上就是「高頻數字模擬轉換器（dac）」與「高頻模擬數字轉換器（adc）」，包括：調製器（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，可能是數個積體電路，其些可能整合成乙個積體電路（ic）。
射頻晶元（radio frequency，rf）：又稱為「射頻積體電路（rfic）」，是處理高頻無線訊號所有晶元的總稱，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，通常由砷化鎵晶圓製作的 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，目前也有用氮化鎵（gan）製作的功率放大器，可能是數個積體電路，某些可能整合成乙個積體電路（ic）。
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