從電報(bào)到5G通訊 與頻譜有關(guān)的那些事兒

　　從電報(bào)到5G通訊，實(shí)際上是個(gè)關(guān)于頻譜的故事。100多年來，如何更有效率的利用頻譜，如何在有限頻譜中獲得更高的傳輸率，成為無線通訊領(lǐng)域眾多天才和企業(yè)巨頭們持續(xù)攻克的目標(biāo)。電話、電報(bào)、電視、網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)等深刻改變?nèi)祟惿鐣?huì)發(fā)展進(jìn)程的發(fā)明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。

　　頻譜是什么?

　　頻譜是自然界存在的物理量，無法增加也不會(huì)減少，因此顯得極度珍貴。根據(jù)國際電信聯(lián)盟定義，當(dāng)人類可以識別使用的電磁波頻率范圍從3kHz~300GHz。為了方便表述，3kHz~300GHz的頻段根據(jù)頻率高低被分成了VLH(甚低頻)、LF(低頻)、MF(中頻)、HF(高頻)、VHF(甚高頻)、UHF(超高頻)、EHF(極高頻)和THF(太赫茲輻射)共8個(gè)部分。

　　值得注意的是，在一般情況下，頻率越高穿透力越差。而頻率越低所能提供的帶寬越小。通訊領(lǐng)域有句老話——“有線的資源是無限的，而無線的資源卻是有限的。” 在特定頻段下，所能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率也不是無限的，它同樣受到包括信噪比、信道帶寬等客觀物理?xiàng)l件的制約。就像就像城市道路上的車一樣不能想開多快就開多快，還受到道路寬度、其他車輛數(shù)量等因素影響。過去的百年間，整個(gè)通訊行業(yè)都在不斷挑戰(zhàn)極限，希望能在有限的頻譜資源下獲得更高的傳輸率，又或者進(jìn)一步利用更高頻率的頻譜資源。

　　甚低頻VLF與低頻LF(3KHz~300KHz ) ——無線應(yīng)用的開端

　　和所有的物理量應(yīng)用一樣，人類在利用無線頻譜上也是從低往高開始的。在國際電信聯(lián)盟的定義中，3KHz~300KHz被稱作甚低頻和低頻，這個(gè)頻段極強(qiáng)的穿透力，波長動(dòng)輒數(shù)十千米，因此可以輕易覆蓋整個(gè)地球范圍，因此最初就被用于航空、航海的導(dǎo)航。眾多民航客機(jī)、輪船都通過VLF頻段進(jìn)行導(dǎo)航和管理，在這個(gè)頻段上還有潛艇使用的聲納系統(tǒng)等。

　　對于科技玩家來說，近年來火熱的電波對時(shí)手表所接受的電波也在此頻段內(nèi)。各種電波對時(shí)手表宣稱的6局電波，實(shí)際上就是對應(yīng)中國對時(shí)電波BPC的68.5KHz頻率、日本對時(shí)電波JJY 40KHz/60KHz頻率、北美地區(qū)對時(shí)電波WWVB 60KHz頻率、歐洲對時(shí)電波MSF/DCF77 60KHz、77.5KHz頻率共6個(gè)電波對時(shí)信號發(fā)射局，所以被稱作6局電波。所以，不要以為頻率低就沒有高科技，再低的頻率也是能派大用場的。

　　中頻MF(300KHz~3MHz )—— 廣播電臺與無線電導(dǎo)航的命脈

　　如果你經(jīng)常聽廣播電臺，就一定會(huì)發(fā)現(xiàn)很多的廣播電臺都會(huì)說中波XXX這樣的頻率，這里所謂的中波，其實(shí)就是中頻的意思。在人類成功掌握和使用甚低頻和低頻之后，發(fā)現(xiàn)無線電波還能傳輸聲音等信息。于是中頻就成了最初區(qū)域電臺的首選頻段。我國規(guī)定中波廣播頻段為525-1605KHz，間隔9KHz，所有的中波電臺都必須符合此規(guī)定。

　　除了廣播，中波還用于許多導(dǎo)航系統(tǒng)。如今民航使用的進(jìn)程導(dǎo)航系統(tǒng)NDB也基于這一頻率區(qū)間。

　　高頻HF(3MHz~30MHz )—— 全球通訊的起點(diǎn)

　　在無線電廣播領(lǐng)域，把高頻稱之為短波。由于高頻可以通過電離層反射實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的傳輸而不需要發(fā)射站有極高攻略，所以在高頻區(qū)間人類首次實(shí)現(xiàn)了覆蓋全球的廣播電臺以及覆蓋全球的通訊電臺。毫不夸張的說，從高頻開始，人類才第一次擁有全球無線電通訊能力。

　　除了國際電臺等使用高頻，眾多軍事通訊保密通訊也大多使用這個(gè)頻段。二戰(zhàn)時(shí)期眾多無線電加密和通訊的諜戰(zhàn)故事，都在高頻區(qū)間展開。另一方面，ITU(國際電信聯(lián)盟)為了感謝無線電愛好者的貢獻(xiàn)，還專門規(guī)劃了業(yè)余頻率供無線電愛好者使用而不需要經(jīng)過相關(guān)機(jī)構(gòu)審批和授權(quán)。

　　值得一提的是，我們熟悉的RFID、NFC實(shí)際上也工作在這個(gè)頻率區(qū)間。其中NFC工作在13.56MHz，而RFID還額外使用27.12MHz。之所以選擇這樣的頻段，并非是處于增加傳輸距離考慮，更多的是為了降低接收器和發(fā)射器的設(shè)計(jì)難度和制造成本。

　　關(guān)于高頻，還有一個(gè)充滿神秘色彩的被稱作詭異電臺MDZhB的故事——從上世紀(jì)70年代開始，全球的無線電愛好者都在462.5KHz收聽到了一個(gè)神秘電臺。這個(gè)電臺在近40年時(shí)間里持續(xù)向外界發(fā)送單調(diào)的“嗡嗡聲”， 在某一天，刺耳的嗡嗡聲突然消失了，取而代之的是冷冰冰的人聲?！癠-V-B-7-6”，一個(gè)濃重的俄羅斯口音讀出了一系列代碼。停頓了一下之后，嗡嗡聲又響了起來。到了2002年前后，該呼號改為“MDZhB”。時(shí)至今日，你依然能通過收音機(jī)接收這個(gè)神秘電臺，而關(guān)于這個(gè)電臺的具體用途和到底廣播的是什么內(nèi)容的爭論，過去40多年來從未停止。