从电报到5G通讯 与频谱有关的那些事儿

　　从电报到5G通讯，实际上是个关于频谱的故事。100多年来，如何更有效率的利用频谱，如何在有限频谱中获得更高的传输率，成为无线通讯领域众多天才和企业巨头们持续攻克的目标。电话、电报、电视、网络、手机等深刻改变人类社会发展进程的发明，精确的折射出了人类掌握和使用频谱的能力。

　　频谱是什么?

　　频谱是自然界存在的物理量，无法增加也不会减少，因此显得极度珍贵。根据国际电信联盟定义，当人类可以识别使用的电磁波频率范围从3kHz~300GHz。为了方便表述，3kHz~300GHz的频段根据频率高低被分成了VLH(甚低频)、LF(低频)、MF(中频)、HF(高频)、VHF(甚高频)、UHF(超高频)、EHF(极高频)和THF(太赫兹辐射)共8个部分。

　　值得注意的是，在一般情况下，频率越高穿透力越差。而频率越低所能提供的带宽越小。通讯领域有句老话——“有线的资源是无限的，而无线的资源却是有限的。” 在特定频段下，所能实现的传输速率也不是无限的，它同样受到包括信噪比、信道带宽等客观物理条件的制约。就像就像城市道路上的车一样不能想开多快就开多快，还受到道路宽度、其他车辆数量等因素影响。过去的百年间，整个通讯行业都在不断挑战极限，希望能在有限的频谱资源下获得更高的传输率，又或者进一步利用更高频率的频谱资源。

　　甚低频VLF与低频LF(3KHz~300KHz ) ——无线应用的开端

　　和所有的物理量应用一样，人类在利用无线频谱上也是从低往高开始的。在国际电信联盟的定义中，3KHz~300KHz被称作甚低频和低频，这个频段极强的穿透力，波长动辄数十千米，因此可以轻易覆盖整个地球范围，因此最初就被用于航空、航海的导航。众多民航客机、轮船都通过VLF频段进行导航和管理，在这个频段上还有潜艇使用的声纳系统等。

　　对于科技玩家来说，近年来火热的电波对时手表所接受的电波也在此频段内。各种电波对时手表宣称的6局电波，实际上就是对应中国对时电波BPC的68.5KHz频率、日本对时电波JJY 40KHz/60KHz频率、北美地区对时电波WWVB 60KHz频率、欧洲对时电波MSF/DCF77 60KHz、77.5KHz频率共6个电波对时信号发射局，所以被称作6局电波。所以，不要以为频率低就没有高科技，再低的频率也是能派大用场的。

　　中频MF(300KHz~3MHz )—— 广播电台与无线电导航的命脉

　　如果你经常听广播电台，就一定会发现很多的广播电台都会说中波XXX这样的频率，这里所谓的中波，其实就是中频的意思。在人类成功掌握和使用甚低频和低频之后，发现无线电波还能传输声音等信息。于是中频就成了最初区域电台的首选频段。我国规定中波广播频段为525-1605KHz，间隔9KHz，所有的中波电台都必须符合此规定。

　　除了广播，中波还用于许多导航系统。如今民航使用的进程导航系统NDB也基于这一频率区间。

　　高频HF(3MHz~30MHz )—— 全球通讯的起点

　　在无线电广播领域，把高频称之为短波。由于高频可以通过电离层反射实现超远距离的传输而不需要发射站有极高攻略，所以在高频区间人类首次实现了覆盖全球的广播电台以及覆盖全球的通讯电台。毫不夸张的说，从高频开始，人类才第一次拥有全球无线电通讯能力。

　　除了国际电台等使用高频，众多军事通讯保密通讯也大多使用这个频段。二战时期众多无线电加密和通讯的谍战故事，都在高频区间展开。另一方面，ITU(国际电信联盟)为了感谢无线电爱好者的贡献，还专门规划了业余频率供无线电爱好者使用而不需要经过相关机构审批和授权。

　　值得一提的是，我们熟悉的RFID、NFC实际上也工作在这个频率区间。其中NFC工作在13.56MHz，而RFID还额外使用27.12MHz。之所以选择这样的频段，并非是处于增加传输距离考虑，更多的是为了降低接收器和发射器的设计难度和制造成本。

　　关于高频，还有一个充满神秘色彩的被称作诡异电台MDZhB的故事——从上世纪70年代开始，全球的无线电爱好者都在462.5KHz收听到了一个神秘电台。这个电台在近40年时间里持续向外界发送单调的“嗡嗡声”， 在某一天，刺耳的嗡嗡声突然消失了，取而代之的是冷冰冰的人声。“U-V-B-7-6”，一个浓重的俄罗斯口音读出了一系列代码。停顿了一下之后，嗡嗡声又响了起来。到了2002年前后，该呼号改为“MDZhB”。时至今日，你依然能通过收音机接收这个神秘电台，而关于这个电台的具体用途和到底广播的是什么内容的争论，过去40多年来从未停止。