在《解析通讯技术（上）》与《解析通讯技术（下）》中，我们了解到无线通讯的频谱有限，分配非常严格，相同带宽的电磁波只能使用一次，为了解决僧多粥少的难题，工程师研发出许多“调变技术”（Modulation）与“多工技术”（Multiplex），来增加频谱效率，因此才有了 3G、4G、5G 不同通讯世代技术的发明，那么在我们的手机里，是什么元件负责替我们处理这些技术的呢？
调变技术与多工技术
首先我们要了解“调变技术（Modulation）”与“多工技术（Multiplex）”是完全不一样的东西，让我们先来看看它们到底有什么不同？
数字信号调变技术（ASK、FSK、PSK、QAM）：将类比的电磁波调变成不同的波形来代表 0 与 1 两种不同的数字信号。ASK 用振幅大小来代表 0 与 1、FSK 用频率大小来代表 0 与 1、PSK 用相位（波形）不同来代表 0 与 1、QAM 同时使用振幅大小与相位（波形）不同来代表 0 与 1。
好啦，每个人的手机天线要传送出去的数字信号 0 与 1 都变成不同波形的电磁波了，问题又来了，这么多不同波形的电磁波丢到空中，该如何区分那些是你的（和你通话的），那些是我的（和我通话的）呢？
多工技术（TDMA、FDMA、CDMA、OFDM）：将电磁波区分给不同的使用者使用。TDMA 用时间先后来区分是你的还是我的，FDMA 用不同频率来区分是你的还是我的，CDMA 用不同密码（正交展频码）来区分是你的还是我的，OFDM 用不同正交子载波频率来区分是你的还是我的。
值得注意的是，不论数字信号调变技术或多工技术，都是在数字信号（0 与 1）进行运算与处理的时候就一起进行，所以多工技术与调变技术必定是同时使用。
数位调变技术（Digital modulation）
现在的手机是属于“数位通讯”，也就是我们讲话的声音（连续的类比讯号），先由手机转换成不连续的 0 与 1 两种数字信号，再经由数位调变转换成电磁波（类比讯号载着数字信号），最后从天线传送出去，原理如图一所示。
▲ 图一：数位通讯示意图。（Source：the Noun Project）
数位通讯系统架构
数位通讯系统的架构如图二（a）所示，使用者可能使用智能手机打电话进行语音通信或上网进行资料通信，我们分别说明如下：
▲ 图二：通讯通讯系统架构示意图。
语音上传（讲电话）：声音由麦克风接收以后为低频类比讯号，经由低频类比数位转换器（ADC）转换为数字信号，经由“基频芯片（BB）”进行资料压缩（Encoding）、加循环式重复检查码（CRC）、频道编码（Channel coding）、交错置（Inter-leaving）、加密（Ciphering）、格式化（Formatting），再进行多工（Multiplexing）、调变（Modulation）等数字信号处理，如图二（b）所示。
接下来经由高频数位类比转换器（DAC）转换为高频类比讯号（电磁波）；最后再经由“射频芯片（RF）”形成不同时间、频率、波形的电磁波由天线传送出去。
语音下载（听电话）：天线将不同时间、频率、波形的电磁波接收进来，经由“射频芯片（RF）”处理后得到高频类比讯号（电磁波），再经由高频类比数位转换器（ADC）转换为数字信号。
接下来经由“基频芯片（BB）”进行解调（De-modulation）、解多工（De-multiplexing）、解格式化（De-formatting）、解密（De-ciphering）、解交错置（De-inter-leaving）、频道解码（Channel decoding）、解循环式重复检查码（CRC）、资料解压缩（Decoding）等数字信号处理，最后再经由低频数位类比转换器（DAC）转换为低频类比讯号（声音）由耳机播放出来。
资料通信（上网）：基本上资料通信不论上传或下载都是数字信号，所以直接进入基频芯片（BB）处理即可，其他流程与语音通信类似，在此不再重复描述。
注：通讯的原理就是一大堆的数学，由于手机是我们天天都在用的东西，一般人对通讯感多感少都有些好奇想要进一步了解，但是往往走进教室第一堂课看到的就是一大堆复杂的数位：傅立叶转换（Fourier Transform）、拉普拉斯转换（Laplace Transform）、离散（Discrete），立刻就打退堂鼓，为了简化复杂度让大家容易看懂，上面对于数位通讯系统的介绍只是示意，与实际的情况会有落差，建议有兴趣进一步了解的人可以立足于上面的概念，来进一步了解技术细节。
通讯相关积体电路：基频芯片、中频芯片、射频芯片
基频芯片（Baseband，BB）：属于数位积体电路，用来进行数字信号的压缩／解压缩、频道编码／解码、交错置／解交错置、加密／解密、格式化／解格式化、多工／解多工、调变／解调，以及管理通讯协定、控制输入输出界面等运算工作，目前都已经整合成一个“系统单芯片（System on a Chip，SoC）”了，著名的移动电话基频芯片供应商包括：高通（Qualcomm）、博通（Broadcom）、迈威尔（Marvell）、联发科（MediaTek）等。
中频芯片（Intermediate Frequency，IF）：由于通讯电磁波的频率很高，要由数字信号开始直接将讯号的频率提高到电磁波的频率（GHz）会遇到许多困难，因此可以先以讯号频率比高频电磁波还低的“中频”来处理，早期的通讯系统有中频芯片，后来由于“直接转换（Direct conversion）”技术的进步，可以克服讯号灵敏度与噪声问题，射频可以直接降为基频处理，少了中频芯片可以结省空间与降低成本，达到“零中频（Zero IF，ZIF）”的目标。
射频芯片（Radio Frequency，RF）：又称为“射频积体电路（RFIC）”，是处理高频电磁波所有芯片的总称，通常包括：传送接收器（Transceiver）、低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、带通滤波器（BPF）、合成器（Synthesizer）、混频器（Mixer）等，通常由砷化镓晶圆制作的 MESFET、HEMT 元件，或硅锗晶圆制作的 BiCMOS 元件，或硅晶圆制作的 CMOS 元件组成，目前也有用氮化镓（GaN）制作的功率放大器，可能是数个积体电路（IC），某些可能整合成一个“系统单芯片（SoC）”。
（首图来源：Flickr/Björn Lindell CC BY 2.0）
延伸阅读：
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