主頁（http://www.130131.com）：從甚低頻到太赫茲，細(xì)數(shù)無線電頻譜的前世今生

頻譜是什么？

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(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，這個頻段極強(qiáng)的穿透力，波長動輒數(shù)十千米，因此可以輕易覆蓋整個地球范圍，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手表所接受的電波也在此頻段內(nèi)。各種電波對時手表宣稱的6局電波，實(shí)際上就是對應(yīng)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(qū)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(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，就一定會發(fā)現(xiàn)很多的廣播電臺都會說中波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頻段。二戰(zhàn)時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收聽到了一個神秘電臺。這個電臺在近40年時間里持續(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”。時至今日，你依然能通過收音機(jī)接收這個神秘電臺，而關(guān)于這個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。

VHF甚高頻（30MHz-300MHz）——迎接電視時代

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，當(dāng)然是要能實(shí)現(xiàn)雙向溝通，最好還能看到畫面。于是VHF甚高頻被開發(fā)和利用。在這個頻段內(nèi)，F(xiàn)M廣播、對講機(jī)、BP尋呼機(jī)、無繩電話，無線電視紛紛登場，讓普通民眾第一次感受到了無線通訊的魅力，這些產(chǎn)品的普及也深刻的影響了社會發(fā)展。

除了普通民眾熟知的廣播、電視，VHF還肩負(fù)了國際海事通訊、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，因此世界各國都采取了授權(quán)形式嚴(yán)格規(guī)范使用。該頻段的國家授權(quán)許可很多時候以手機(jī)運(yùn)營商牌照等形式發(fā)放。你所知道的LTE Band 1234567，實(shí)際上就是該頻譜區(qū)間中每個頻段的代號，不同的國家批準(zhǔn)使用的頻段不同，所以需要針對每個頻段進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)。手機(jī)調(diào)制解調(diào)器一直說的全網(wǎng)通，實(shí)際上就是指的對不同頻段、不同網(wǎng)絡(luò)制式的支持。

為啥家里WiFi不用許可？因?yàn)楦鲊�在該頻段內(nèi)還定義了非授權(quán)頻段——只要設(shè)備功率不超過法定規(guī)范，使用2.4GHz頻段無需國家許可�，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，所以也是一個非授權(quán)頻段設(shè)備——在所有微波爐說明書上都有關(guān)于無線電干擾的說明，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，否則可能會有干擾。

大量的無線通訊工作在UHF頻段導(dǎo)致了整個頻段非常擁擠，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開始5GHz非授權(quán)頻段就被用來實(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，這個速度幾乎是現(xiàn)階段LTE網(wǎng)絡(luò)的10倍！

EHF極高頻（30~300GHz）—— 無線新征途

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問世之前，Wireless HDMI標(biāo)準(zhǔn)通過60GHz頻段實(shí)現(xiàn)了HDMI信號10米內(nèi)的無線傳輸，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，但絕對是無線通訊的又一個征途。要想實(shí)現(xiàn)超過10Gbps的無線通訊，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可以像射線一樣對物體進(jìn)行掃描，雖然成像質(zhì)量不如X射線，但是它對于物體并沒有放射性作用。

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有太多的突破。在美國本土機(jī)場使用的全身掃描儀，就基于太赫茲輻射原理。