從電報(bào)到5G通訊 與頻譜有關(guān)的那些事兒

VHF甚高頻(30MHz-300MHz)——迎接電視時(shí)代

　　從低頻到高頻，我們掌握了在全球范圍內(nèi)傳輸聲音和信息的方法，接下來(lái)，當(dāng)然是要能實(shí)現(xiàn)雙向溝通，最好還能看到畫(huà)面。于是VHF甚高頻被開(kāi)發(fā)和利用。在這個(gè)頻段內(nèi)，F(xiàn)M廣播、對(duì)講機(jī)、BP尋呼機(jī)、無(wú)繩電話，無(wú)線電視紛紛登場(chǎng)，讓普通民眾第一次感受到了無(wú)線通訊的魅力，這些產(chǎn)品的普及也深刻的影響了社會(huì)發(fā)展。

　　除了普通民眾熟知的廣播、電視，VHF還肩負(fù)了國(guó)際海事通訊、航空導(dǎo)航、航空地面ATC通訊等。

　UHF特高頻(300MHz~3GHz)——數(shù)字通訊主干道

　　GSM、WCDMA、WiFI、藍(lán)牙、GPS，你所知道的絕大部分?jǐn)?shù)字無(wú)線通訊技術(shù)，都在此區(qū)間內(nèi)。由于該頻段應(yīng)用非常密集，因此世界各國(guó)都采取了授權(quán)形式嚴(yán)格規(guī)范使用。該頻段的國(guó)家授權(quán)許可很多時(shí)候以手機(jī)運(yùn)營(yíng)商牌照等形式發(fā)放。你所知道的LTE Band 1234567，實(shí)際上就是該頻譜區(qū)間中每個(gè)頻段的代號(hào)，不同的國(guó)家批準(zhǔn)使用的頻段不同，所以需要針對(duì)每個(gè)頻段進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)。手機(jī)調(diào)制解調(diào)器一直說(shuō)的全網(wǎng)通，實(shí)際上就是指的對(duì)不同頻段、不同網(wǎng)絡(luò)制式的支持。

　　為啥家里WiFi不用許可?因?yàn)楦鲊?guó)在該頻段內(nèi)還定義了非授權(quán)頻段——只要設(shè)備功率不超過(guò)法定規(guī)范，使用2.4GHz頻段無(wú)需國(guó)家許可?，F(xiàn)在你知道為啥WiFi、藍(lán)牙等都喜歡扎堆2.4GHz了吧?有意思的是，微波爐也工作在2450MHz，所以也是一個(gè)非授權(quán)頻段設(shè)備——在所有微波爐說(shuō)明書(shū)上都有關(guān)于無(wú)線電干擾的說(shuō)明，大致意思是不要將微波爐和WIFi路由器、電視等設(shè)備放在一起，否則可能會(huì)有干擾。

　　SHF超高頻(3GHz~30GHz)—— 高速傳輸標(biāo)配

　　大量的無(wú)線通訊工作在UHF頻段導(dǎo)致了整個(gè)頻段非常擁擠，因此要進(jìn)一步提升傳輸速率，除了在調(diào)制方法和編碼上獲得突破之外，就只用采用更高的頻段才行。從802.11n開(kāi)始5GHz非授權(quán)頻段就被用來(lái)實(shí)現(xiàn)千兆以上的WiFi速度。到了802.11ac，5GHz下更是可以實(shí)現(xiàn)1700Mbps的傳輸速度以及MU-MIMO功能，大幅提升WiFI的傳輸速度和承載能力。由于5GHz非授權(quán)頻段帶寬很大，因此在4G LTE演進(jìn)中，高通還提出了授權(quán)輔助接入技術(shù)(LAA)，讓4G、5G網(wǎng)絡(luò)也能借助非授權(quán)頻段進(jìn)一步提升傳輸率和承載能力。

　　至于廣為人知的5G通訊標(biāo)準(zhǔn)，除了5G工作在原有LTE網(wǎng)絡(luò)2.4GHz頻段之前，還加入28GHz mmWave毫米波子集，以確保5G時(shí)代所制定的超高速傳輸率能得以實(shí)現(xiàn)。最先宣布量產(chǎn)的高通X50 Modem就能在28GHz頻段下實(shí)現(xiàn)5Gbps的下載速度，這個(gè)速度幾乎是現(xiàn)階段LTE網(wǎng)絡(luò)的10倍!

　　EHF極高頻(30~300GHz )—— 無(wú)線新征途

　　在下一代WiFi標(biāo)準(zhǔn)802.11ad中直接選用了60GHz頻段從而實(shí)現(xiàn)最大7Gbps的傳輸率——不要以為802.11ad距離我們很遠(yuǎn)，實(shí)際上在高通驍龍835的基帶中已經(jīng)加入了對(duì)802.11ad標(biāo)準(zhǔn)的支持。首款支持802.11ad標(biāo)準(zhǔn)的家用路由器Netgear Nighthawk AD7200，也已經(jīng)上市了許久。

　　在802.11ad問(wèn)世之前，Wireless HDMI標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)60GHz頻段實(shí)現(xiàn)了HDMI信號(hào)10米內(nèi)的無(wú)線傳輸，而曾經(jīng)熱門技術(shù)Wireless USB所使用的UWB(超寬帶)也同樣在極高頻下。盡管極高頻有眾多的限制，但絕對(duì)是無(wú)線通訊的又一個(gè)征途。要想實(shí)現(xiàn)超過(guò)10Gbps的無(wú)線通訊，就一定要充分掌握和利用EHF極高頻。

　　THF太赫茲輻射(300GHz~3THz )—— 下一片天空

　　太赫茲輻射的波長(zhǎng)為0.3~3THz (1THz=10^12Hz)，上接EHF，下接紅外線。該頻段的電磁波已經(jīng)具有了光波的種種特性，以至于THF可以像射線一樣對(duì)物體進(jìn)行掃描，雖然成像質(zhì)量不如X射線，但是它對(duì)于物體并沒(méi)有放射性作用。

　　THF頻段與之前其他頻段截然不同的特性，讓THF被應(yīng)用在了成像、安全方面。反倒是在通訊上并沒(méi)有太多的突破。在美國(guó)本土機(jī)場(chǎng)使用的全身掃描儀，就基于太赫茲輻射原理。

　　小結(jié)：

　　從莫爾斯代碼到5G通訊，實(shí)際上就是一部人類征服更高頻段，以獲得更大帶寬的故事。在這個(gè)過(guò)程中，眾多難關(guān)被相繼克服，大量的頻譜被成功開(kāi)發(fā)利用，最終實(shí)現(xiàn)了今天的便利生活。

　　縱觀整個(gè)頻譜的故事我們不難發(fā)現(xiàn)，每次人類學(xué)會(huì)利用一個(gè)新波段，都會(huì)深刻的改變當(dāng)時(shí)的生活和社會(huì)結(jié)構(gòu)。在我們有生之年，人類能否掌握利用THF頻段進(jìn)行通訊?引力波是否會(huì)讓電磁波走入歷史?我們拭目以待。