为此,本文以通信的角度,从科普路线出发,尽量客观的解读一下华为麒麟芯片。
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从智能手机的心脏说起
智能手机通常包括两大心脏:基带芯片和应用处理器(AP)。AP主要负责视频、图像、游戏等处理和计算。基带芯片负责信号产生、调制解调、编码和频移等,也管理无线信号的传输,它是手机连接网络,与外部世界沟通的关键。
不管是2G、3G,还是4G,移动通信网络由无数分布的基站(小区)组成。当你打电话或上网时,手机会根据附近基站提供的信号强度,选择并锁定一个基站建立连接。此时,信息将通过基带芯片生成信号、编码、调制、转换等之后,传送到部分,将无线信号发送到基站。反之,手机也将检测、解码、解调来自基站的信息。
此外,基带芯片上还运行网络协议栈程序,这些程序向基带芯片发号施令,告诉它什么时候、以怎样的方式与基站建立连接。举个例子,我们移动时,手机会穿越不同的基站覆盖范围,不断和新的基站建立连接,如何从一个基站切换到下一个基站,这就得靠这些程序来决定。
这些协议栈是影响连接性能的关键,如果相关算法优化得当,使基带芯片达到最佳工作状态,可更快执行连接,提升信号较弱时的连接性能等,最终提升体验。
因此,你的手机通话质量的好坏、网速快慢、信号强弱,甚至是功耗等,基带芯片都起着关键作用。
事实上,手机的认证测试多在实验室或理想条件下完成。然而,在实际使用中,网络环境异常复杂,需要通过海量累积的网络经验,对基带芯片设计和相关算法进行优化,以提升一流的连接性能和极致的用户体验。
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如何理解麒麟芯片表现
本次中国移动发布的终端质量报告中,对VoL吞字率、下载速率和抗干扰能力三项进行了评测。
如上图,在通信性能评测中,麒麟960在弱信号下VoLTE吞字率最低,表现最优;在分场景下载速率评测中,麒麟960在郊区高速场景中下载速率最快,表现出色。综合而言,麒麟960在通信性能评测中整体表现突出。
如何理解下载速率这一项表现?
手机的通信部分由基带和射频串联组成,将数字信号转换为模拟信号(或反之),再通过一定频率的无线电波在空中传输,实现和基站连接。
影响手机上网速率的罪魁祸首之一是干扰。当相邻小区的用户在同一时间使用相同频率时,干扰就会产生。 如下图所示,当A2和B2两部手机分别位于邻近的两个小区的中心时,相互不会产生干扰。不过,如果两部手机分别在各自的小区边缘,容易相互间产生干扰。
通信中采用抗干扰编码,或称纠错编码来抑制干扰,这个纠错编码的处理正是在基带芯片上完成。另外,为了抑制系统噪声,在射频和基带之间会设置反馈,完成反馈的算法也是基带芯片处理的一部分。
通常,网络会通过功率控制的方式来减少小区边缘干扰,即在小区边缘减小手机的发射功率来避开干扰。这个功率控制也是通过基带芯片来执行的。
因此,高效优化的芯片处理可以提升手机的下载速率能力。尤其是在高速场景下由于多普勒效应通信质量严重恶化,最能表现一部手机的连接能力。
再以目前4G+网络使用载波聚合技术为例。
载波聚合,通俗的讲就是多个独立的车道(频段)合并成一个车道,从而提高了行车速度(下载速率)。
要实现这些“车道”的合并并不简单,因为不同“车道”的频段并不相同(比如800MHz和2.1GHz聚合),不同频率的无线传播特性不同(比如低频段传播距离更远)。因此,即使信号来自同一个基站,但手机接收到的不同频段的信号强度/信号质量是不同的,这不仅需要射频部分对不同频率的信号进行处理以降低干扰,还需最终的基带芯片处理,最终合并通道。
同理,干扰、数据丢包等原因会造成VoLTE通话出现“吞字”现象,这也需依靠芯片的处理能力。麒麟960在弱信号下VoLTE吞字率最低,表现最优。
VoLTE,就是基于LTE网络的VoIP技术(用IP数据包来传输语音),但与传统的VoIP依靠Internet“尽力而为”的态度不同,VoLTE具备运营商级的端到端服务保障,一路为语音数据数据包开绿灯,始终如一的保障VoLTE通话质量。
这种端到端的服务保障,正是依托与LTE协议栈集成,通过LTE协议来管理和调度。为此,不管是在网络侧,还是手机终端侧,都需要根据网络实际情况对这些协议配置不断优化,使之处于最佳工作状态。这些优化工作通常包括:减少丢包、降低误码率/误帧率、抖动消除、同步等等。
举一个例子,上文提到麒麟960在弱信号下VoLTE吞字率最低,那么在弱信号场景下,LTE协议是如何调度资源来保障VoLTE通话质量的呢?
弱信号场景通常伴随着高干扰,通常的VoIP在这种情况下会出现丢包、吞字等现象,但VoLTE此时会通过LTE协议调度管理,采用牺牲占用网络资源的方式来保障通话质量,专业术语称之为占用更多PRB资源块。
与VoIP不同,华为手机VoLTE处理在基带芯片上完成,这样做更省电,且能更好的执行CSFB(VoLTE语音回落到GSM网络上)。当然,也需要集成LTE协议来管理调度,并不断优化,网络和终端协同配合,以保持端到端的服务质量。
此外,为了提供高清通话,VoLTE采用了AMR-WB高清语音编码技术,通过提高采样率,将窄带语音的编码范围从200~3400Hz扩大到50~7000Hz。基带芯片上就运行着这样一个语音编解码器。为了让语音编解码器工作状态最佳,同样需要配合、基带调制解调、编解码进行优化,确保最低程度的语音丢包,进而提升通话感知。
总之,智能手机需要网络协同才能发挥最佳工作状态,这是一个系统性的端到端工程,不管是网络侧,还是终端侧,都凝聚着通信工作者们持之以恒、锲而不舍的汗水和心血。小小一部智能手机的背后,不只是你拍照、上网那么简单。