從電報到5G通訊 與頻譜有關的那些事兒

編者按：關於頻譜的利用，不僅充滿了戲劇性，還閃現出了大量奇聞軼事。愛活頻譜的故事連載，將會和大家探究人類是如何一步步從電報走向了5G時代。

　　從電報到5G通訊，實際上是個關於頻譜的故事。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，成為無線通訊領域眾多天才和企業巨頭們持續攻克的目標。電話、電報、電視、網絡、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201706/360023.htm

　　頻譜是什麼?

　　頻譜是自然界存在的物理量，無法增加也不會減少，因此顯得極度珍貴。根據國際電信聯盟定義，當人類可以識別使用的電磁波頻率範圍從3kHz~300GHz。為了方便表述，3kHz~300GHz的頻段根據頻率高低被分成了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，所能實現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條件的制約。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、其他車輛數量等因素影響。過去的百年間，整個通訊行業都在不斷挑戰極限，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 ) ——無線應用的開端

　　和所有的物理量應用一樣，人類在利用無線頻譜上也是從低往高開始的。在國際電信聯盟的定義中，3KHz~300KHz被稱作甚低頻和低頻，這個頻段極強的穿透力，波長動輒數十千米，因此可以輕易覆蓋整個地球範圍，因此最初就被用於航空、航海的導航。眾多民航客機、輪船都通過VLF頻段進行導航和管理，在這個頻段上還有潛艇使用的聲納系統等。

　　對於科技玩家來說，近年來火熱的電波對時手錶所接受的電波也在此頻段內。各種電波對時手錶宣稱的6局電波，實際上就是對應中國對時電波BPC的68.5KHz頻率、日本對時電波JJY 40KHz/60KHz頻率、北美地區對時電波WWVB 60KHz頻率、歐洲對時電波MSF/DCF77 60KHz、77.5KHz頻率共6個電波對時信號發射局，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航的命脈

　　如果你經常聽廣播電臺，就一定會發現很多的廣播電臺都會說中波XXX這樣的頻率，這裡所謂的中波，其實就是中頻的意思。在人類成功掌握和使用甚低頻和低頻之後，發現無線電波還能傳輸聲音等信息。於是中頻就成了最初區域電臺的首選頻段。我國規定中波廣播頻段為525-1605KHz，間隔9KHz，所有的中波電臺都必須符合此規定。

　　除了廣播，中波還用於許多導航系統。如今民航使用的進程導航系統NDB也基於這一頻率區間。

　　高頻HF(3MHz~30MHz )—— 全球通訊的起點

　　在無線電廣播領域，把高頻稱之為短波。由於高頻可以通過電離層反射實現超遠距離的傳輸而不需要發射站有極高攻略，所以在高頻區間人類首次實現了覆蓋全球的廣播電臺以及覆蓋全球的通訊電臺。毫不誇張的說，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頻段。二戰時期眾多無線電加密和通訊的諜戰故事，都在高頻區間展開。另一方面，ITU(國際電信聯盟)為了感謝無線電愛好者的貢獻，還專門規劃了業餘頻率供無線電愛好者使用而不需要經過相關機構審批和授權。

　　值得一提的是，我們熟悉的RFID、NFC實際上也工作在這個頻率區間。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，並非是處於增加傳輸距離考慮，更多的是為了降低接收器和發射器的設計難度和製造成本。

　　關於高頻，還有一個充滿神秘色彩的被稱作詭異電臺MDZhB的故事——從上世紀70年代開始，全球的無線電愛好者都在462.5KHz收聽到了一個神秘電臺。這個電臺在近40年時間裡持續向外界發送單調的「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。「U-V-B-7-6」，一個濃重的俄羅斯口音讀出了一系列代碼。停頓了一下之後，嗡嗡聲又響了起來。到了2002年前後，該呼號改為「MDZhB」。時至今日，你依然能通過收音機接收這個神秘電臺，而關於這個電臺的具體用途和到底廣播的是什麼內容的爭論，過去40多年來從未停止。