苹果一直想在iPhone中加入高端的硬件,多年前它开始设计自己的ARM芯片以提高性能,但苹果仍然需要使用其他公司的基带芯片。自从苹果公司推出iPhone XS以来,iPhone XS LTE的性能一直是个热门话题。iPhone XS的LTE性能已经远强于iPhone X,但仍然落后于使用高通基带芯片的其他手机。而LTE性能基本全由基带芯片决定。

了解基带

基带是一种信号,具有非常窄的接近于零的频率范围。基带是指在将传输的电信号转换或调制到不同频率范围之前的原始频率范围,而原始电信号则是用来合成即将发射的基带信号。原始电信号可以是从数字信号源也可以是模拟信号源发出,因此基带信号也对应有数字基带和模拟基带两种,但无论是哪一种基带信号,都直接表达了信号源需要传递的信息。此外基带信号中频率达到无穷大的交流信号和直流信号也可以称之为基带信号。

信号调制用于无线电广播,以及许多类型的电信通讯,包括蜂窝电话通话和卫星传输。因此,大多数电信协议要求在发送原始基带信号之前将其调制到更高的频率。然后在目的地解调这些信号。手机中的基带芯片在发送和接收信号时负责对信号进行调制和解调。所以在有些场合基带芯片又称调制解调器。

了解频带

与基带信号相对应的是频带信号,由于基带信号拥有频率很低的频谱分量,这部分信息很容易受到干扰,因此在远距离传输的情况下,我们都需要把基带信号进行调制,转换为频率固定的交流信号,而这个经过调制的的电信号就称之为频带信号。

在信道中直接传输基带信号的方式叫基带传输,由于整个信道都被基带信号占用,因此基带传输是不需要调制解调器的,在短距离传输中具有速率高和误码率低的特点,因此在计算机局域网又或者是计算机与外设的连接中,大都使用了基带传输。不过在远距离传输中,由于基带信号中的低频信号抗干扰力很弱,容易造成失真,此时就必须使用频带传输了。

频带传输则是在信道中直接传输频带信号,频带信号的抗干扰能力较强,对信道的利用率比基带信号更高,可以实现多路复用,但是传输速率相对较慢,而且收发端都需要安装调制解调器,传输成本较高。因此只有在远距离通信时,才会使用频带传输。

什么是基带芯片

基带芯片是手机中最重要的一个模块,管理所有无线电功能(但不用于WiFi和蓝牙),是负责将基带信号转化为频带信号以及将频带信号转换回基带信号的硬件芯片。我们熟知的2G、3G、4G、5G网络都是跟基带有关的。没有基带,手机就不能打电话,不能用移动数据上网。没有基带芯片,手机就是一台只能使用WiFi上网的小平板。

基带芯片由于技术门槛高、专利复杂,强大如苹果,也不得不采购高通和英特尔的基带芯片。几年前,英特尔也做不了基带。许多芯片公司也正是因为没有基带技术,无缘出货量庞大的手机芯片市场,只能面向WiFi-only的平板、机顶盒、WiFi音箱等行业。

基带为何重要

目前手机网络包含GSM(2G)、CDMA(3G)、CDMA-2000(3G)、WCDMA(3G)、TD-SCDMA(3G)、FDD-LTE(4G)和TD-LTE(4G)等多种模式,基带芯片决定了手机支持哪一种或者是哪几种模式的手机网络。

几年前,在手机通信方面还没有全网通的概念。显然几年前我们还没有能力做全网通手机。我们卖手机时需要考虑买支持什么网络的手机。仅仅是分电信版、移动版、联通版就已经很麻烦了,然而除此之外,还有2G、3G、4G网络的区别。光有一张支持4G的手机卡还不行,你还需要一部支持4G的手机才能够使用4G网络。这为消费者带来了极大的不便。对于手机的研发、供应链管理和生产备货也极其不便。


一些厂商不能做全网通很大一个原因是不能做3G网络下CDMA,这几乎是所有基带公司绕不过的一个痛点。因为CDMA核心专利绝大部分都掌握在高通和一个叫威睿电通的公司,当年放眼全球,能提供CDMA基带也有只有高通和威睿电通,绝无第三家。因此,凡是使用CDMA技术的公司,不管是自研的还是购买的专利授权的,都要要向这两家公司交钱,因为这是标准必要的专利。有的人可能会想,现在是4G时代了,为什么还要支持3G的制式?只做4G的全网通行不行?回答是不行的,早期的4G网络只能用作数据上网,打电话还是要回到3G。近年才发明了一种技术叫VoLTE,即Voice over LTE,必须要双方手机都支持VoLTE才能通过4G打电话,目前普及率不高。因此,无论如何,3G网络必须要支持才能保证兼容性。


想要实现通讯功能,基带芯片是不可或缺的,因此对手机厂商来说,如果能把基带芯片掌控在自己手里,那么在盈利上的压力将大大降低。对手机芯片厂商来说也是如此,如果能把基带芯片整合到自家平台中,那么产品在市场上就更有竞争力。为此,在基带专利的争夺上,都每一个厂商可以说是不遗余力。

英特尔和高通的基带芯片竞赛

高通的第一份合同是和美国军方签订的CDMA技术研究项目。1989年,高通向50家无线产业领导者进行CDMA展示。1993年高通通过CDMA来展示自己的数据服务。此后美国电信工业协会采纳了CDMA这种蜂窝网络标准。很快高通开始向合作伙伴们供应网络基础设施和芯片。

高通积累了大量的芯片专利。手机制造商使用高通芯片的需要交专利费并付芯片的钱。设备商建基站的芯片如果使用了高通的专利需要付专利费。运营商一方面需要采购手机厂商的定制机;另一方面需要采购设备商生产的设备,间接付出了年份专利许可费用。

英特尔在2010年才开始下决心以14亿美元收购英飞凌无线业务,获得除CDMA以外的基带技术;2015年直接斥资一亿美元收购威睿电通,获得CDMA技术。2016年iPhone 7和iPhone 7 Plus推出时苹果开始在某些版本的iPhone使用英特尔芯片。之后推出的iPhone 8、iPhone 8 Plus和iPhone X采用了同样的策略。


据测试,去年推出的iPhone X的LTE性能低于配有更先进的高通的调制解调器的Android手机。iPhone X配备了支持2×2MIMO的芯片,iPhone XS和iPhone XS Max使用的芯片则采用了4×4MIMO技术,这表示它们有4个下载分支。这已经可以与配有高通基带芯片手机的LTE性能进行比较,但仍然比一些Android旗舰机的LTE性能低。

iPhone早期使用的是英飞凌的产品,但在2012年苹果还是选择了性能更具有优势的高通基带芯片。出于对高通独家供货的顾忌,不仅仅是在价格上没有话语权,也很容易被要挟。2017年苹果开始重新引入英特尔的芯片,虽然英特尔的千兆级LTE基带芯片XMM7560集成了CDMA实现全网通,与高通骁龙X16参数相当。但实际使用仍然无法和高通的基带芯片媲美。


而在5G方面,高通依然领先英特尔。预计2019年中期前英特尔都不会向手机提供5G芯片。但2018年苹果永久性地终止与高通的关系也不得不考虑其中。5G将会给通信行业带来一场巨变,是否还会像4G一样高通一家独大,也只能等时间来检验了。



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