小小的手機(jī)居然集成了這么多的射頻系統(tǒng)？??？

我們?cè)凇秈Phone15 Pro Max究竟用了哪些牛叉的芯片？》上，通過(guò)iFixt的拆解報(bào)告分析了最新的iPhone15手機(jī)中的射頻模塊，在這塊獨(dú)立的RF PCB上也只看到了一塊高通X70 基帶芯片和兩塊高通SDR735射頻收發(fā)芯片以及一塊毫米波收發(fā)芯片SMR546. 剩下的主要是一些射頻前端模塊FEM了。

但是你知道這塊簡(jiǎn)單的RF PCB上支持多少無(wú)線通信系統(tǒng)嗎？這些無(wú)線通信系統(tǒng)到底工作在哪些頻段？

No.1?無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信

無(wú)線通信是一部手機(jī)的必備功能。現(xiàn)在買手機(jī)，對(duì)于無(wú)線通信這一塊的關(guān)注度少了很多，畢竟這是一項(xiàng)基本功能。最多有時(shí)候看一下是不是支持5G？但有一些手機(jī)甚至連支持不支持5G也不詳細(xì)說(shuō)明了。消費(fèi)者更關(guān)注的似乎只是手機(jī)CPU快不快，內(nèi)存夠不夠大，以及攝像頭夠不夠清晰。

但是在2010年之前的時(shí)候，手機(jī)制式還是一個(gè)非常重要的選項(xiàng)，比如移動(dòng)版還是聯(lián)通版亦或者CDMA電信版。尤其是淘寶買水貨的時(shí)候，國(guó)外網(wǎng)絡(luò)和國(guó)內(nèi)能不能通用，顯得尤其重要。

但現(xiàn)在，這些都不需要消費(fèi)者過(guò)多考慮了，一方面原因是最新的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越統(tǒng)一，更重要的是手機(jī)的移動(dòng)通信功能也越來(lái)越強(qiáng)大，支持的通信制式也越來(lái)越多，只要在網(wǎng)使用的通信網(wǎng)，手機(jī)幾乎都可以支持。從2G時(shí)代的GSM，到3G WCDMA，再到 4G LTE，到現(xiàn)在的5G NR。

而且支持的頻段也越來(lái)越多，只要運(yùn)營(yíng)商在運(yùn)營(yíng)的頻段，幾乎都可以支持，下圖是來(lái)自小米官網(wǎng)的小米14規(guī)格參數(shù)截圖，支持2G時(shí)代的全制式，包括GSM和CDMA 共4個(gè)頻段；3G時(shí)代的WCDMA的6個(gè)頻段；4G LTE的全制式包括FDD-LTE和TDD-LTE，共17個(gè)頻段；5G NR的12個(gè)頻段。（TDS-CDMA可能早就下網(wǎng)了），不考慮不同制式射頻頻段相同的話，小米14共支持39個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)頻段。

（小米14 移動(dòng)通信支持頻段）

下圖是iPhone15 支持的網(wǎng)絡(luò)通信頻段，共支持 2G GSM 4個(gè)頻段，3G WCDMA 的5個(gè)頻段，4G TLE 的27個(gè)頻段以及5G NR的23個(gè)頻段。不考慮不同制式射頻頻段相同的情況下，iPhone 15 共支持 59個(gè)頻段。

（iPhone15?移動(dòng)通信支持頻段）

通過(guò)支持的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信頻段對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn) iPhone15居然比小米14多了足足20個(gè)頻段。這也許就是小米手機(jī)上用到的射頻收發(fā)芯片比iPhone上少一個(gè)的主要原因吧。如果是這樣的話，那么也不影響你使用的頻段的通信質(zhì)量了，畢竟你也用不了59個(gè)頻段。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要在用哪些頻段呢？

中國(guó)移動(dòng)在網(wǎng)運(yùn)行的頻段主要有：B8 900MHz，B3 1800MHz，B34 2GHz，B39 1.9GHz，B40 2.3GHz，B41/N41 2.6GHz 以及N79 4.9GHz。N79 雖然分給移動(dòng)了，但是現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)該還沒(méi)有N79的基站，主要用于5G熱點(diǎn)或者專網(wǎng)。

中國(guó)聯(lián)通目前在網(wǎng)運(yùn)行的頻段主要有 B8 900MHz，B3 1800MHz，B1 2.1GHz， B40 2.3GHz 和N78 3.5GHz。原來(lái)的B41 2.6GHz 的頻段重新清網(wǎng)給移動(dòng)用了。N78 聯(lián)通和電信共同運(yùn)營(yíng)，每家100MHz帶寬。

中國(guó)電信在網(wǎng)運(yùn)行的頻段主要有B5 BC0 850MHz，B3 1800MHz， B1 2.1GHz和 N78 3.5GHz。電信的B41頻段也重新清網(wǎng)之后分配給移動(dòng)了。

所以無(wú)論是支持頻段少的小米手機(jī)還是支持多達(dá)59個(gè)頻段的蘋果手機(jī)，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用都是完全沒(méi)有問(wèn)題的。小米手機(jī)再減一半頻段也不影響國(guó)內(nèi)的通信質(zhì)量。但是如果你喜歡全球跑的話，就要考慮你的手機(jī)是不是支持這個(gè)國(guó)家的頻段了。

No.2?近距離無(wú)線通信

除了必備的蜂窩通信不可或缺之外，現(xiàn)在常用的近距離無(wú)線通信也是必備的，比如鏈接無(wú)線局域網(wǎng)的Wifi，連接無(wú)線耳機(jī)用到的藍(lán)牙 Bluetooth，支持無(wú)線精準(zhǔn)定位與感知的超寬帶UWB以及各種無(wú)線讀卡功能的NFC等。

2.1?WiFi

Wi-Fi?是一個(gè)基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)。Wi-Fi從1997年推出WiFi0開(kāi)始，已經(jīng)升級(jí)到了WiFi 7。無(wú)線通信的速率越來(lái)越快，從最初的2Mbps，最新的WiFi7 支持最高30Gbps的傳輸速率。

WiFi的工作在ISM頻段中的2.4G和5G頻段。

2.4G頻段用得最為廣泛，工作頻率為2.4GHz-2.4835GHz，共83.5MHz帶寬。這個(gè)頻段應(yīng)用比較廣泛很多其他的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)也工作在這個(gè)頻段，比如藍(lán)牙，無(wú)線遙控器，微波爐等，所以干擾也比較大。并且?guī)挶容^窄，通信速率也受到限制。

所以在后期的WiFi版本中加入了5G這個(gè)頻段，后面在WiFi7中還支持6G頻段。5G頻段帶寬比較寬，從5.15GHz到5.85GHz，共700MHz帶寬，接近2.4G的10倍，可以提供更高的通信速率，并且干擾比較小，但是電磁波頻率越高，在空氣中傳播衰減越大，5G WiFi的覆蓋距離通常比2.4G要小。

最好的Wifi配置是兩個(gè)頻段都支持，互為補(bǔ)充，2.4G提供較大覆蓋面積，而5G WiFi 則負(fù)責(zé)高速率傳輸。不僅手機(jī)端要支持 2.4G和5GWiFi， 相應(yīng)的無(wú)線路由器也需要提供雙頻模式。

2.2??藍(lán)牙?Bluetooth

藍(lán)牙也是手機(jī)上不可或缺的一項(xiàng)無(wú)線通信技術(shù)，我們常用的無(wú)線耳機(jī)，車載通信等都是通過(guò)藍(lán)牙來(lái)連接的。從1998年推出第一代藍(lán)牙技術(shù)，到現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了5代，所以藍(lán)牙技術(shù)也到了5G時(shí)代。如下圖所示，最主要的特點(diǎn)也是傳輸速率越來(lái)越快，并且傳輸距離也越來(lái)越遠(yuǎn)。當(dāng)然每一代之間還有一些小版本的升級(jí)，比如在2002年和2003年分別推出了藍(lán)牙1.1和藍(lán)牙1.2，傳輸速率從最初的723Kb/s 提升到了1Mb/s。

藍(lán)牙技術(shù)的工作頻率也是2.4 GHz，為了避免和工作在相同頻率的無(wú)線技術(shù)的干擾，比如WiFi，藍(lán)牙采用了跳頻擴(kuò)頻技術(shù)FHSS（Frequency-Hopping Spectrum Spred），這個(gè)技術(shù)將頻帶分成1MHz間隔的79個(gè)調(diào)頻信道，藍(lán)牙設(shè)備的信號(hào)以偽隨機(jī)的方式從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道，從表面看，藍(lán)牙占據(jù)了整個(gè)ISM頻段，但實(shí)際上只有約1MHz的頻段被占用，并且調(diào)頻的速率是1600跳每秒。

目前使用的 2 個(gè)藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)是：

Bluetooth Classic，支持兩種不同的數(shù)據(jù)速率，基本速率 (BR) 和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率 (EDR)。Bluetooth Low Energy (LE)，針對(duì)低功耗進(jìn)行了優(yōu)化，主要用于受電池續(xù)航時(shí)間限制的應(yīng)用。Bluetooth LE 不常用于交換大量數(shù)據(jù)，但與 Bluetooth Classic 相比，可以提供支持實(shí)現(xiàn)更高的音頻質(zhì)量和更多樣化的音頻選項(xiàng)。

2.3 超寬帶通信 UWB

UWB也是一種近距離通信技術(shù)，在iPhone11上，蘋果公司開(kāi)發(fā)了超寬帶UWB技術(shù)的空間感知能力Spatial Awareness。利用UWB技術(shù)的超高精度定位能力，提高了手機(jī)的定位精度，并且能夠感知周圍手機(jī)的準(zhǔn)確位置。

緊接著，小米也推出了具備UWB技術(shù)的手機(jī)——“一指連”，基于這項(xiàng)“一指連”技術(shù)，手機(jī)和智能設(shè)備將具備空間感知能力，猶如“室內(nèi)GPS”。當(dāng)手機(jī)指向智能設(shè)備，控制卡片就能自動(dòng)彈出，能夠直接進(jìn)行操控。

UWB通信技術(shù)的工作頻率從3.1GHz到10.6GHz，總共7.5GHz 的可用頻譜帶寬，相對(duì)帶寬超過(guò)100%。根據(jù)香農(nóng)定理，通信帶寬越寬，其信道容量就越大，就可以接受更高的信噪比，并且功率譜密度也比較低。因此UWB可以在很低的功率下，提供高精度的通信。這樣即減小了功率損耗，又把對(duì)其他通信系統(tǒng)的干擾降到最低。

UWB通信在iPhone15上有支持，但是在小米14的規(guī)格書(shū)上沒(méi)有看到相關(guān)的介紹。個(gè)人感覺(jué)UWB技術(shù)在手機(jī)上并不是一個(gè)必要項(xiàng)，反正我沒(méi)用過(guò)。

2.4 NFC?近場(chǎng)通信

NFC通信技術(shù)現(xiàn)在越來(lái)越是手機(jī)的標(biāo)配了，因?yàn)槊看螏е欢芽ǔ鲩T實(shí)在太麻煩了。

NFC是由非接觸式射頻識(shí)別（RFID）及互連互通技術(shù)整合演變而來(lái)的，工作在13.56MHz，對(duì)于射頻來(lái)說(shuō)是一個(gè)比較低的頻率，其主要通過(guò)電磁波的近場(chǎng)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸速度有106Kbit/s、212Kbit/s或者424Kbit/s三種。

NFC的傳輸距離比較短，通常只有10厘米，因此具有更高的安全性，更適合在移動(dòng)支付，交通卡，門禁卡，電子門票，電子鑰匙等領(lǐng)域應(yīng)用。

具備NFC功能的國(guó)產(chǎn)安卓手機(jī)，應(yīng)用比較廣泛，蘋果手機(jī)的NFC功能個(gè)人感覺(jué)有點(diǎn)受限，搗鼓了好長(zhǎng)時(shí)間，我的門禁卡還沒(méi)有讀取到蘋果手機(jī)上，國(guó)產(chǎn)安卓手機(jī)很容易把日常用的電子卡讀取到手機(jī)上使用。

No.3?衛(wèi)星定位和導(dǎo)航

衛(wèi)星定位和導(dǎo)航也是手機(jī)的一項(xiàng)基本功能了。自從有了智能手機(jī)，車載導(dǎo)航我再也沒(méi)用過(guò)了。從iPhone15的介紹中，我們看到，iPhone15支持五種定位系統(tǒng)，分別是美國(guó)的GPS，俄羅斯的GloNASS，歐盟開(kāi)發(fā)的伽利略Galileo，日本開(kāi)發(fā)的準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)QZSS和中國(guó)自主研發(fā)的北斗系統(tǒng)。

美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 是最早全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，總共有24顆衛(wèi)星組成，均勻地分布在6個(gè)軌道上，每顆衛(wèi)星距地面約1.7萬(wàn)千米。GPS主要工作在 L1/L2和L5 頻段上，如下表所示。

隨后是前蘇聯(lián)時(shí)期開(kāi)發(fā)的，后被俄羅斯繼承的格洛納斯GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。按照設(shè)計(jì)，格洛納斯星座衛(wèi)星由中軌道的24顆衛(wèi)星組成，包括21顆工作星和3顆備份星，分布于3個(gè)圓形軌道面上，軌道高度19100千米，傾角64.8°。但是受俄羅斯經(jīng)濟(jì)影響，格洛納斯系統(tǒng)的建設(shè)也受到了很大的影響，據(jù)說(shuō)目前也僅有8顆衛(wèi)星在正常工作。所以格洛納斯越來(lái)越縮小成了一個(gè)局部導(dǎo)航系統(tǒng)了。

格洛納斯的頻段主要是L1，L2和L3，頻率如下。

伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是由歐盟聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一款全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，系統(tǒng)由軌道高度為23616千米的30顆衛(wèi)星組成，其中27顆工作星，3顆備份星。衛(wèi)星軌道高度約2.4萬(wàn)公里，位于3個(gè)傾角為56度的軌道平面內(nèi)。

在二十一世紀(jì)初的時(shí)候，中國(guó)也有參與到歐盟的伽利略計(jì)劃中，但是后來(lái)因?yàn)槟愣叶蠹叶脑?，中?guó)被排擠出來(lái)了。這也才有了我們后來(lái)橫空出世的北斗。

歐洲伽利略和中國(guó)北斗的工作頻段如下，伽利略系統(tǒng)主要在E1，E5和E6，中國(guó)北斗則工作在B1，B2和B3，

我們都知道，頻譜是稀有資源，按照”先來(lái)先得“的國(guó)際慣例，美國(guó)的GPS和俄羅斯的GLONASS 用了最好的衛(wèi)星定位頻譜資源——L頻段。而后面的北斗和伽利略就只能在剩下的頻段里面找好的了。因?yàn)楸倍泛唾だ韵到y(tǒng)的建設(shè)時(shí)間類似，這里還發(fā)生一個(gè)小小的插曲：中國(guó)在2009年發(fā)射三顆“北斗”二代衛(wèi)星，正式啟用該頻率，而歐盟連預(yù)定的三顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星都沒(méi)有射齊，注定敗下陣來(lái)，失去對(duì)頻率的所有權(quán)。因此，通常認(rèn)為北斗的頻率僅次于GPS和GLONASS系統(tǒng)，而優(yōu)于伽利略系統(tǒng)。

目前在國(guó)內(nèi)，衛(wèi)星導(dǎo)航主要采用的是我們自主研發(fā)的北斗系統(tǒng)，其定位精度更高，而且安全性更好，并且北斗還支持具備短報(bào)文通信。

No.4?衛(wèi)星通話

華為Mate60Pro的發(fā)布，拉來(lái)了手機(jī)支持衛(wèi)星通話的序幕。

在衛(wèi)星通話領(lǐng)域，最著名的還是馬斯克的星鏈。在2015年的時(shí)候，馬斯克宣布要發(fā)射大約1.2萬(wàn)顆通信衛(wèi)星發(fā)射到軌道,其中1584顆將部署在地球上空550千米處的近地軌道，這個(gè)星鏈將為人類提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。而且是全地球，無(wú)死角，隨時(shí)，隨地，隨便，只要你有錢。

到2023年7月份，Starlink 總共有4519顆衛(wèi)星發(fā)射成功，其中有4487顆衛(wèi)星正在運(yùn)行，目前可提供5Mbps到200Mbps不等的傳輸速率，這個(gè)傳輸速率已經(jīng)可以滿足大部分人的上網(wǎng)需求了。

下圖給出了Starlink的射頻參數(shù)，地面站和衛(wèi)星之間采用27.5GHz-30GHz的毫米波頻段傳輸，而衛(wèi)星和用戶終端之間采用10.7GHz到12.7GHz的頻段傳輸。

基于星鏈的衛(wèi)星通話，需要專門的starlink通信裝置，如下圖所示。

但是華為Mate60 Pro 則可以直接使用手機(jī)進(jìn)行衛(wèi)星通話，無(wú)需借助額外的設(shè)備。其采用的是由中國(guó)電信負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)，由航天五院牽頭研制的天通一號(hào)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。工作在S頻段，上行1980MHz-2010MHz，下行是2170MHz-2200MHz。目前可支持100萬(wàn)用戶的語(yǔ)音和低速率網(wǎng)絡(luò)連接。

現(xiàn)在支持衛(wèi)星通信的手機(jī)還比較少，我想最主要的原因還是如何在手機(jī)上做出高增益的衛(wèi)星天線還是一個(gè)業(yè)界難題，想把Starlink的那口”鍋“集成到手機(jī)上更不可能。

一個(gè)小小的手機(jī)上，居然集成了如此多的無(wú)線通信系統(tǒng)，支持如此多的無(wú)線頻段，這除了射頻模塊芯片化的巨大貢獻(xiàn)之外，還有就是天線技術(shù)的發(fā)展。如何把如此多的頻段的天線集成到手機(jī)上，這是一個(gè)難題。不過(guò)，肯定是已經(jīng)解決了。后面文章，我們?cè)僖灰唤榻B。