基带处理器和射频前端的体系结构

转载：http://wiki.jackslab.org/%E5%9F%BA%E5%B8%A6%E5%A4%84%E7%90%86%E5%99%A8%E5%92%8C%E5%B0%84%E9%A2%91%E5%89%8D%E7%AB%AF%E7%9A%84%E4%BD%93%E7%B3%BB%E7%BB%93%E6%9E%84

1 概述

基带(Baseband) 信号就是低频的基础信号（有效信息），比如一段300-3000Hz的人声通过话筒转化为一段模拟的电信号就是一段基带信号

GSM的基带信号频率为 67.708KHz，所载数据速率为270.833Kbit/ (67.708K x 4)

目前，射频部分都是模拟器件，数字器件没法处理射频。

GSM最后准备传输的基带信号必须是模拟信号，频率 67.708KHz，直接发射传输的话，天线会很长（约为1.1千米）。因此需要借助于高频载波（数百MHz），载着（AM调制）基带信号发射传输，这样天线可以做到极小

GSM的基带信号产生大概流程是：

基带处理器（BBP）接受到上层通讯请求 ---> BBP构造GSM协议数据包 --->  BBP内的DSP将数据包转化为数字基带信号 ---> 

数字基带信号通过数模转换器 (DAC) 转为模拟基带信号 ---> 最后送到射频前端调制入高频载波后通过天线发射

2 经典GSM手机基带和射频结构

先看看早期经典GSM手机 Motorola C123/C118 基带和射频部分：

• GSM RF: TRF6151C --- GSM射频前端，又叫 RF Tranceiver

• ABB: Ti TWL3025BZGR --- 模拟基带芯片，Analog Baseband Chip

• DBP: Ti Calypso Baseband, D751749ZHH model (Calypso Lite G2), includes 256kBytes of internal SRAM --- 数字基带处理器，Digital Baseband Processor

此外还有一片射频功放: SKY77324-12 --- 在手机发射信号时，用于增加射频的功率，从而使通信距离更远、信号更好。

空中GSM射频信号被天线（Antenna）捕捉到，送到射频前端（GSM RF），其先将信号解调为模拟的基带I/Q信号，模拟基带I/Q信号接着被送到ABB进行AD转换，转化成数字基带I/Q信号，然后被送到数字基带处理器（Digital Baseband Processor）的串口（Baseband Serial Port）上。

上图的DBP指的是TI的GSM基带处理芯片Calypso 2，射频前端是TI TRF6151C；ABB（Analog Baseband Chip）是TI TWL3025。当然现在的集成度更高，比如Infineon PMB6272 则把 ABB 和 射频前端都做到一块芯片内，Qualcomm 的 QSC6270 则把数字基带，模拟基带和射频前端都集成到一个芯片内了！

C123/C118 的主板结构，参考： http://bb.osmocom.org/trac/wiki/MotorolaC123

2.1 DBP

数字基带信号，经数字基带处理器 (DBP)内的 DSP Core 处理、GMSK解调后，直接输出 MAC block 到 ARM Core，运行于 ARM 内部的 Layer 1 程序，开始对MAC Block 进行协议解析，最终将有效数据输出到串口，供上层软件处理。

2.2 射频部分

目前，射频部分都是模拟器件，数字器件没法处理射频。因此空中无线传输的电波，其基带信号都是模拟信号。

2.2.1 相关射频背景

模拟信号调制技术(FM/AM/PM/SSB)

手机内部 I/Q信号

混频器

中频 http://en.wikipedia.org/wiki/Intermediate_frequency

2.2.2 接受过程

移动台（手机）典型的接受过程为：

天线接收—— 天线匹配及天线开关 —— 滤波（声表面滤波器，SAW Filter）—— 放大（低噪声放大器，LNA）—— 接受镜像抑制，RF混频（混频器 RF Mixer）
—— 中频滤波 —— 中频放大 —— IQ解调（IF混频器，输出 67.708KHz 模拟 I/Q 信号）—— 滤波 —— （进入基带部分）

2.2.3 发射过程

典型的发射过程为：

（来自基带的GMSK调制的模拟 I/Q 信号）—— IQ调制为中频信号 —— 中频滤波 —— 发射混频（RF混频器，RF Mixer）—— 功率放大（PA）
—— 天线开关（切换收/发） —— 天线发射

3 智能机时代基带和射频结构

特点是高度集成化

3.1 T959/I9000

早期的代表机器 SAMSUNG T959/I9000 基带和射频结构:

• 2G/3G射频前端 + 模拟基带处理，用的是一片 Intel/Infineon 的 5703

• 数字基带部分，用的 Intel/Infineon 的 8824 (PMB9801, X-GOLD 616)，DSP + ARM 核心，ARM Core 上跑一个实时OS，内有大量 2G/3G 的协议处理进程

• Intel/Infineon 5703 和 Intel/Infineon 8824 间的接口，使用标准的 3G DigRF V3.09。3G DigRF 最新的标准已经到 V4，用于支持4G下的高带宽、高I/Q速率的需求

3.2 Note II

2012年底发布的机器 SAMSUNG Note II N7102，该机器是双卡双待机器，因此其有两套射频和基带处理路径：

路径一：

• 高通 (Qualcommm) 一片解决方案 ESC6270，单片内部集成射频前端、模拟基带处理、数字基带处理器。该高度集成芯片用于取代高通原 MSM6255A/MSM6260(BaseBand) + RTR6285(RF) + PM6658(Power Management) 的三片方案

路径二：

• 2G/3G射频前端 + 模拟基带处理，用的一片 Intel/Infineon 5712 (SMARTi-UE2)

• 数字基带部分，用的一片 Intel/Infineon X-GOLD 626

3.3 Note III

2013年9月发布的 Galaxy Note III N9005

• Qualcomm MSM8974 Snapdragon 800 Baseband / Applications Processor （基带处理）

• Qualcomm WTR1605L GSM/CDMA/W-CDMA/LTE RxD Transceiver + GPS （射频前端）

• Qualcomm PM8841 and PM8941 Power Management

Note III 解析： http://www.techinsights.com/samsung-galaxy-note-3/

3.4 Huawei P6

比亚迪电子代工，很好地解决了全金属外壳下，智能机 2G/3G/WiFi/Bluetooth/GPS 的射频天线问题，解决的方案也是把金属外壳的一部分作为天线，天线即外壳，外壳即天线，巧妙地绕开了金属对射频电磁场的影响。

• 射频前端 + 模拟基带，应该是 Intel/Infineon 单片方案，怀疑也是PMB5712

• 数字基带处理器，Intel/Infineon X-GOLD 626 (X-GOLD 626)，同 N7102 路径二

3.5 MI 3

TD版：

• 展讯 Spreadtrum SC8803 (TD-SCDMA基带）

• 展讯 Spreadtrum SR3500 （射频前端，收发模块，支持TD-LTE/FDD-LTE/TD-SCDMA/WCDMA/GSM）

• RF9812 （射频前端，发射模块，支持TD-SCDMA和GSM）

3.6 MEIZU MX3

MX3 倒是和 Note II N7102 的路径二相同：

• 射频前端 + 模拟基带，Intel/Infineon PMB5712

• 数字基带处理器，Intel/Infineon PMB9811（X-GOLD 626）

参考拆解：http://mobile.hiapk.com/evaluate/dismantle/131028/1460865_9.html

3.7 iPhone 4S

• 射频前端 + 模拟基带，高通(Qualcomm) RTR8605

• 数字基带部分，使用一片高通 MDM6610

• SAW (Surface Acoustic Wave) Filter，SAW滤波器，TriQuint TQM9M9030

• TriQuint TQM666052, PA-Duplexer Module

• 射频功率管理，Qualcomm PM8028

• WCDMA 射频功放，Skyworks 77464-20

• 射频功放，Avago ACPM-7181

参考 iPhone 4s 拆解：http://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+4S+Teardown/6610

Apple 设备内部芯片参考：http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_iOS_devices

3.8 iPhone 5S

• 射频前端 + 模拟基带，高通(Qualcomm) WTR1605L，LTE/HSPA+/CDMA2K/TDSCDMA/EDGE/GPS RF Transceiver

• 数字基带部分，高通 Qualcomm MDM9615M，支持LTE基带处理

• SAW Filter, TriQuint TQM6M6224

• RF power management IC, Qualcomm PM8018

5S 的射频功放壮观：

• 2G/EDGE Power Amplifier, Skyworks SKY77810

• Band 25/3 Power Amplifier, Avago A792503

• Band 5/8 Dual Power Amplifier, RF Micro RF3763

• Band 18/19/20 Power Amplifier, Skyworks SKY77572

• Band 13/17 Power Amplifier, Skyworks SKY77496

• Band 1/4 Dual Power Amplifier, TriQuint TQF6414

iPhone 5S 拆解：http://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+5s+Teardown/17383

Apple A7 解析：http://www.ifixit.com/Teardown/Apple+A7+Teardown/17682

4 参考资料

• http://blog.csdn.net/alexu2002/article/details/6783021

• https://www.writelatex.com/598776fbwdgx#/1219818/

• Tex example: http://www.texample.net/tikz/examples/all/?page=18

• Android接口：http://wenku.baidu.com/view/412c05252f60ddccda38a081.html

• Analysis radio: http://tjworld.net/wiki/Android/HTC/Vision/RadioAnalysis

• hboot: http://tjworld.net/wiki/Android/HTC/Vision/HbootAnalysis#rtaskC-TalkingtotheRadio

• 小米3 拆解：http://en.miui.com/thread-7633-1-1.html

• 魅族M9 拆解： http://www.evolife.cn/html/2011/57854.html

• 高通RF360，一片解决天线和基带之间的所有器件：http://www.52rd.com/S_TXT/2013_7/TXT48364.HTM