【導讀】無線通信的頻譜有限，分配非常嚴格，相同帶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「調變技術」與「多任務技術」，來增加頻譜效率，因此才有了3G、4G、5G不同通信技術的發明，那么在我們的手機里，是什么組件負責替我們處理這些技術的呢？
調變技術與多任務技術
首先我們要了解「調變技術（Modulation）」與「多任務技術（Multiplex）」是完全不一樣的東西，讓我們先來看看它們到底有什么不同？
數字信號調變技術（ASK、FSK、PSK、QAM）： 將模擬的電磁波調變成不同的波形來代表 0 與 1 兩種不同的數字信號。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字信號 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，該如何區分那些是你的（和你通話的），那些是我的（和我通話的）呢？
多任務技術（TDMA、FDMA、CDMA、OFDM）： 將電磁波區分給不同的使用者使用。TDMA 用時間先后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，不論數字信號調變技術或多任務技術，都是在數字信號（0 與 1）進行運算與處理的時候就一起進行，所以多任務技術與調變技術必定是同時使用。
數字調變技術（Digital modulation）
現在的手機是屬于「數字通信」，也就是我們講話的聲音（連續的模擬信號），先由手機轉換成不連續的 0 與 1 兩種數字信號，再經由數字調變轉換成電磁波（模擬信號載著數字信號），最后從天線傳送出去，原理如圖一所示。
圖一：數字通信示意圖。（Source：the Noun Project）
數字通信系統架構
數字通信系統的架構如圖二（a）所示，使用者可能使用智能型手機打電話進行語音通信或上網進行數據通信，我們分別說明如下：
圖二：通信系統架構示意圖。
語音上傳（講電話）：聲音由麥克風接收以后為低頻模擬信號，經由低頻模擬數字轉換器（ADC）轉換為數字信號，經由「基頻芯片（BB）」進行數據壓縮（Encoding）、加循環式重復檢查碼（CRC）、頻道編碼（Channel coding）、交錯置（Inter-leaving）、加密（Ciphering）、格式化（Formatting），再進行多任務（Multiplexing）、調變（Modulation）等數字信號處理，如圖二（b）所示。
接下來經由高頻數字模擬轉換器（DAC）轉換為高頻模擬信號（電磁波）；最后再經由「射頻芯片（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，經由「射頻芯片（RF）」處理后得到高頻模擬信號（電磁波），再經由高頻模擬數字轉換器（ADC）轉換為數字信號。
接下來經由「基頻芯片（BB）」進行解調（De-modulation）、解多任務（De-multiplexing）、解格式化（De- formatting）、解密（De-ciphering）、解交錯置（De-inter-leaving）、頻道譯碼（Channel decoding）、解循環式重復檢查碼（CRC）、數據解壓縮（Decoding）等數字信號處理，最后再經由低頻數字模擬轉換器（DAC）轉換為低頻模擬信號（聲音）由耳機播放出來。
數據通信（上網）：基本上數據通信不論上傳或下載都是數字信號，所以直接進入基頻芯片（BB）處理即可，其他流程與語音通信類似，在此不再重復描述。
注：通信的原理就是一大堆的數學，由于手機是我們天天都在用的東西，一般人對通信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雜的數字：傅立葉變換（Fourier Transform）、拉普拉斯轉換（Laplace Transform）、離散（Discrete），立刻就打退堂鼓，為了簡化復雜度讓大家容易看懂，上面對于數字通信系統的介紹只是示意，與實際的情況會有落差，建議有興趣進一步了解的人可以立足于上面的概念，來進一步了解技術細節。
通信相關集成電路：基頻芯片、中頻芯片、射頻芯片
基頻芯片（Baseband，BB）：屬于數字集成電路，用來進行數字信號的壓縮／解壓縮、頻道編碼／譯碼、交錯置／解交錯置、加密／解密、格式化／解格式化、多任務／解多任務、調變／解調，以及管理通信協議、控制輸入輸出接口等運算工作，目前都已經整合成一個「系統單芯片（System on a Chip，SoC）」了，著名的移動電話基頻芯片供貨商包括：高通（Qualcomm）、博通（Broadcom）、邁威爾（Marvell）、聯發科（MediaTek）等。
中頻芯片（Intermediate Frequency，IF）：由于通信電磁波的頻率很高，要由數字信號開始直接將信號的頻率提高到電磁波的頻率（GHz）會遇到許多困難，因此可以先以信號頻率比高頻電磁波還低的「中頻」來處理，早期的通信系統有中頻芯片，后來由于「直接轉換（Direct conversion）」技術的進步，可以克服信號靈敏度與噪聲問題，射頻可以直接降為基頻處理，少了中頻芯片可以結省空間與降低成本，達到「零中頻（Zero IF，ZIF）」的目標。
射頻芯片（Radio Frequency，RF）：又稱為「射頻集成電路（RFIC）」，是處理高頻電磁波所有芯片的總稱，通常包括：傳送接收器（Transceiver）、低噪聲放大器（LNA）、功率放大器（PA）、帶通濾波器（BPF）、合成器（Synthesizer）、混頻器（Mixer）等，通常由砷化鎵晶圓制作的 MESFET、HEMT 組件，或硅鍺晶圓制作的 BiCMOS 組件，或硅晶圓制作的 CMOS 組件組成，目前也有用氮化鎵（GaN）制作的功率放大器，可能是數個集成電路（IC），某些可能整合成一個「系統單芯片（SoC）」。
