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(fā)出許多“調(diào)變技術(shù)”（Modulation）與“多工技術(shù)”（Multiplex），來增加頻譜效率，因此才有了 3G、4G、5G 不同通訊世代技術(shù)的發(fā)明，那么在我們的手機里，是什么元件負責(zé)替我們處理這些技術(shù)的呢？

調(diào)變技術(shù)與多工技術(shù)

首先我們要了解“調(diào)變技術(shù)（Modulation）”與“多工技術(shù)（Multiplex）”是完全不一樣的東西，讓我們先來看看它們到底有什么不同？

數(shù)位訊號調(diào)變技術(shù)（ASK、FSK、PSK、QAM）：將類比的電磁波調(diào)變成不同的波形來代表 0 與 1 兩種不同的數(shù)位訊號。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(shù)位訊號 0 與 1 都變成不同波形的電磁波了，問題又來了，這么多不同波形的電磁波丟到空中，該如何區(qū)分那些是你的（和你通話的），那些是我的（和我通話的）呢？

多工技術(shù)（TDMA、FDMA、CDMA、OFDM）：將電磁波區(qū)分給不同的使用者使用。TDMA 用時間先后來區(qū)分是你的還是我的，F(xiàn)DMA 用不同頻率來區(qū)分是你的還是我的，CDMA 用不同密碼（正交展頻碼）來區(qū)分是你的還是我的，OFDM 用不同正交子載波頻率來區(qū)分是你的還是我的。

值得注意的是，不論數(shù)位訊號調(diào)變技術(shù)或多工技術(shù)，都是在數(shù)位訊號（0 與 1）進行運算與處理的時候就一起進行，一般是先進行多工技術(shù)再進行數(shù)位訊號調(diào)變技術(shù)（OFDM 除外），所以多工技術(shù)與調(diào)變技術(shù)必定是同時使用。

數(shù)位調(diào)變技術(shù)（Digital modulation）

現(xiàn)在的手機是屬于“數(shù)位通訊”，也就是我們講話的聲音（連續(xù)的類比訊號），先由手機轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的0與1兩種數(shù)位訊號，再經(jīng)由數(shù)位調(diào)變轉(zhuǎn)換成電磁波（類比訊號載著數(shù)位訊號），最后從天線傳送出去，原理如圖一所示。

▲ 圖一：數(shù)位通訊示意圖。（Source：the Noun Project）

數(shù)位通訊系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)位通訊系統(tǒng)的架構(gòu)如圖二（a）所示，使用者可能使用智慧型手機打電話進行語音通信或上網(wǎng)進行資料通信，我們分別說明如下：

▲ 圖二：通訊系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

語音上傳（講電話）：聲音由麥克風(fēng)接收以后為低頻類比訊號，經(jīng)由低頻類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)位訊號，經(jīng)由“基頻晶片（BB）”進行資料壓縮（Encoding）、加循環(huán)式重復(fù)檢查碼（CRC）、頻道編碼（Channel coding）、交錯置（Inter-leaving）、加密（Ciphering）、格式化（Formatting），再進行多工（Multiplexing）、調(diào)變（Modulation）等數(shù)位訊號處理，如圖二（b）所示。

接下來經(jīng)由“中頻晶片（IF）”也就是高頻數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換為高頻類比訊號（電磁波）；最后再經(jīng)由“射頻晶片（RF）”形成不同時間、頻率、波形的電磁波由天線傳送出去。

語音下載（聽電話）：天線將不同時間、頻率、波形的電磁波接收進來，經(jīng)由“射頻晶片（RF）”處理后得到高頻類比訊號（電磁波），再經(jīng)由“中頻晶片（IF）”也就是高頻類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為數(shù)位訊號。

接下來經(jīng)由“基頻晶片（BB）”進行解調(diào)（De-modulation）、解多工（De-multiplexing）、解格式化（De-formatting）、解密（De-ciphering）、解交錯置（De-inter-leaving）、頻道解碼（Channel decoding）、解循環(huán)式重復(fù)檢查碼（CRC）、資料解壓縮（Decoding）等數(shù)位訊號處理，最后再經(jīng)由低頻數(shù)位類比轉(zhuǎn)換器（DAC）轉(zhuǎn)換為低頻類比訊號（聲音）由麥克風(fēng)播放出來。

資料通信，俗稱上網(wǎng)：基本上資料通信不論上傳或下載都是數(shù)位訊號，所以直接進入基頻晶片（BB）處理即可，其他流程與語音通信類似，在此不再重復(fù)描述。

總結(jié)：
? ? ? ? ? 通訊的原理就是一大堆的數(shù)學(xué)，由于手機是我們天天都在用的東西，一般人對通訊感多感少都有些好奇想要進一步了解，但是往往走進教室第一堂課看到的就是一大堆復(fù)雜的數(shù)位：傅立葉轉(zhuǎn)換（Fourier Transform）、拉普拉斯轉(zhuǎn)換（Laplace Transform）、離散（Discrete），立刻就打退堂鼓，為了簡化復(fù)雜度讓大家容易看懂，上面對于數(shù)位通訊系統(tǒng)的介紹只是示意，與實際的情況會有落差。