漫談「頻率」的那點事情

　　1.引言

　　老鷹搞了近20年無線通信，現在投身的航空網際網路事業也處處是無線通信，飛機與地面的通信，飛機與乘客的通信都是通過無線通信技術實現的，那麼無線通信的基礎載體是什麼呢？電磁波，電磁波主要標示是頻率，本期老鷹漫談帶你細細聊聊有關頻率的那些事。

　　2.電磁波、頻率是什麼？

　　電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會釋出電磁波。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，人們也看不見無處不在的電磁波。電與磁可說是一體兩面，變動的電會產生磁，變動的磁則會產生電。變化的電場和變化的磁場構成了一個不可分離的統一的場，這就是電磁場，而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波，頻率是電磁波的一個最重要屬性。頻率，是單位時間內完成周期性變化的次數。使用赫茲（Hz）作為單位。1Hz表示每秒鐘完成一次周期變化。在頻率較高的時候，也用千赫茲（kHz）和兆赫茲（MHz）以及更高的吉赫茲（GHz）作為單位（註：單位赫茲的命名是為了紀念德國物理學家海因裡希·魯道夫·赫茲的偉大貢獻，他最早用實驗證實了電磁波的存在。）

　　電磁波跑的飛快，有多快呢？學過電磁場的都知道，在真空中，存在c=λf，c為光速，λ是波長，f是頻率。波長通俗的講就是每個周期電磁波傳播的長度，在電磁傳播過程中，遠小于波長的障礙物，電磁波基本是熟視無睹，可以輕鬆繞過（衍射），當然電磁波傳播除了衍射，還有反射等，這裡就不展開了，根據這個公式，頻率越高，波長越小，頻率越低波長越大，我們知道我們行動電話的頻率在900MHz時波長33cm，30GHz的Ka頻率波長只有1cm，難怪Ka衛星天線在地面使用時害怕大雨（雨衰比較大）。

　　3.頻率劃分與使用

　　頻率按頻率大小劃分可以分為14個頻帶，具體如下表所示：

　　與我們日常生活比較相關的頻率集中在高頻（HF）、甚高頻（VHF）、特高頻（UHF）、超高頻（SHF）等四個頻帶。從波長角度，分別為短波、米波、分米波、釐米波。（上甘嶺英雄王成呼叫炮火的電臺，就是短波電臺，現在基本都陳列在博物館了），針對這些常用頻帶，我們還有些習慣頻率細分，如L、S、C、X、Ku、K、Ka、V頻段的提法，詳見下表：

　　移動通信多集中在L頻段，5G向S、C頻段搶頻率，北鬥、GPS工作在L頻段，C波段原來有許多衛星應用，隨著寬帶通信要求，C波段衛星由於天線口徑大，不便於攜帶，逐步被Ku波段衛星設備替代，當然頻率資源是稀缺寶貴資源，地面網絡與衛星的頻率爭奪一直在激烈進行中，美國FCC甚至提出Ka、V頻段作為5G候選頻率，更突顯了衛星與地面的頻率爭奪。

　　航空通信領域，地空語音VHF系統，HF語音系統、L波段海事衛星、Ku波段海事衛星、Ka波段海事衛星，我們熟悉的航空Wi-Fi工作在S波段的2.4GHz、C波段的5GHz。

　　無線電頻率是戰略資源，由於其無線特性，使得無線電頻率使用需要考慮國際協調一致，國際上由國際電聯ITU負責頻率協調，ITU將全球劃分為三個區域進行管理，中國在第三區，詳見下圖：

　　為了規範無線電頻率使用，在我國由工信部無線電管理委員會牽頭制定《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》，一般每2-3年進行修訂一次，以適應業務發展規劃需要。

　　在此規定中，詳細定義了頻率劃分的業務類型，並針對ITU及國內管理需要，用腳註方式對於頻率使用進行詳細補充說明。

　　涉及頻率使用，一般會涉及頻率劃分、頻率功能業務用途（主要業務還是次要業務）、腳註補充要求等相關要求。

　　在我國無線電頻率管理過程中，工信部將頻率進行功能劃分，並明確業務類型，在不改變頻率使用特性上，具體管理由業務管理部委詳細管理，比如廣播電視類頻率由廣電總局頻率管理部門詳細管理，民航類頻率由民航頻率管理部門詳細管理，農業、氣象、海事、航天等也有相應頻率管理部門，通信類頻率直接由工信部無線電管理委員會管理。若涉及無線電頻率功能、業務類型變更則需要上升到工信部無線電管理委員會協調，如涉及國際頻率協調，由ITU或者國家無委與相關國家進行頻率協調。

　　4.電磁兼容與電磁幹擾

　　無線電發射機在發射電磁波時在主載頻外，還會有高次諧波一起伴隨發射，這種無意義的諧波發射會汙染無線電頻譜，一般說來有帶外輻射、雜散輻射、互調幹擾。在電子產品中，原則上所有的振蕩電路都能對外輻射電磁波。儘管有很多振蕩電路在設計時本意並不是用來發射電磁波的，但這類洩漏的電磁波無意中可能會對其他電子設備的正常工作造成影響，或者直接幹擾無線電通信。在一些無線電通信幹擾查處中，常常最終發現，幹擾源竟然是一些工業設備。

　　隨著電子產品使用密度的增加，電子產品間的電磁幹擾問題漸漸顯現出來，所以現在的很多電子產品需要通過EMC電磁兼容測試，要求產品通過技術手段將EMI（電磁幹擾）控制在規定的限值內，同時具備一定的EMS（電磁抗幹擾）能力。

　　飛機作為一個精密交通工具，安裝了大量通信、導航、飛控等航空電子類設備，為了保證航空電子類設備的穩定、可靠運營，電磁兼容、電磁幹擾顯得尤為重要，為了保證航空電子設備EMC、EMI、EMS性能，航空電子設備需滿足DO-160等系列規範要求，飛機加改裝時也需要進行嚴格的EMI測試，以確保飛機持續性適航要求。

　　5.與航空網際網路相關的頻率問題

　　航空網際網路未來發展離不開兩個關鍵要素，一個是機上手機開放，另一個就是廉價的天地互聯鏈路，老鷹一直在為這兩個要素形成儘自己微薄之力，手機開放話題，老鷹漫談已有多期文字描述，這裡就不再贅述。

　　客艙Wi-Fi系統已然成熟，國內多尼卡，國外松下、GEE等已經實現了部分飛機裝機，但天地互聯技術，尚沒有特別清晰的技術路徑供選擇。從美國航空網際網路經驗看，ATG成就了Gogo的龍頭地位，Ku使得GEE、松下有機會分到一杯羹，Ka使得Viasat後發制人。

　　老鷹特別看好ATG技術，因為ATG技術好比將天上幾百個低軌衛星直接在地面建設，其性價比不言而喻，但困擾ATG發展恰恰是頻率問題。國內已有幾撥有識之士積極開展了基於4G技術的ATG技術試驗，試驗證明技術完全可行，構建一張地空寬帶立體網絡將能有效解決民航飛機、通航飛機乃至無人機等地空高速數據連結。但由於各方力量各自為戰，均為民營企業的自發行為，又沒有很好解決頻率資源作為國家戰略資源如何更好服務國家利益的問題，產業鏈未形成合力。

　　在國家倡導的雙創、網絡強國的主基調下，老鷹欣喜地發現，越來越多的有識之士開始開展合作，共同推動ATG事業發展，老鷹堅信只要能集合國家、社會各方力量，必將能有效解決頻率劃分、產業聚集、適航改裝、商業應用等系列問題，推動ATG網絡在中國落地，為ATG技術在國際上進一步推廣打下堅實基礎。

　　當然作為無線通信老兵，老鷹秉承無線資源永遠是有限的理念，也同樣期待衛星陣營KuHTS技術以及Ka技術發展，值得興奮的是，亞太衛星已然在布局KuHTS衛星，亞太衛星在替代亞太6號衛星時，將採用亞太6C（傳統替代衛星，騰出部分頻率）+亞太6D（利用騰出頻率實現HTS），同時鑫諾衛星也將發射中星16號（中國第一顆Ka商業衛星）。有效降低高昂的天地互聯成本大有希望。

　　實現飛機上網，讓飛行更美好的美好願景，正在一步步向我們走來。

　　不忘初心，老鷹2014年投身航空網際網路行業就奔著參與構建一張天地互聯立體網絡而來，無論ATG還是HTS衛星都在路上，我們在前行，當然老鷹更希望中國民族航電企業能藉助航空網際網路能實現航空+通信在航電領域的彎道超車，現在已經有多尼卡等一些國產航電廠家拿出了一些拳頭產品，但遠遠不夠，我們還差的很遠，產業鏈需要合作，砥礪前行！！！

3薦聞榜

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