無(wú)處不在的射頻噪音如何影響我們的生活

　　Roberson 住在伊利諾伊的惠頓學(xué)院，每次當他開(kāi)車(chē)接近位于山頂的電子變壓器時(shí)，車(chē)子的調頻收音機就會(huì )嘟嘟響個(gè)不停。當他在芝加哥路過(guò)一個(gè)高速列車(chē)經(jīng)過(guò)的路口時(shí)，其正在通話(huà)中的手機都會(huì )立馬斷線(xiàn)。有相同遭遇的Matheson 已經(jīng)開(kāi)始訓練自己習慣這一事實(shí)，他每次都要等到播放電視廣告時(shí)才會(huì )使用自己的電動(dòng)牙刷，因為只要他一打開(kāi)電動(dòng)牙刷，臥室中的電視所播放的畫(huà)面和聲音就會(huì )受到干擾。

　　這就是射頻噪音污染對于我們生活的干擾，它無(wú)處不在。這是一種你看不見(jiàn)、聽(tīng)不到、聞不著(zhù)也嘗不到的污染物。你不能將它召喚出來(lái)在閑暇時(shí)分好好研究一番，因為它行蹤不定，處處都有它的身影。事實(shí)上任何一個(gè)電子設備都能發(fā)出射頻噪音，從發(fā)電機到汽車(chē)引擎，再到你桌上的電腦都無(wú)一幸免。那些看隨處可見(jiàn)的高壓霓虹燈和我們屋內的日光燈鎮流器一刻不停地在發(fā)出高頻率的嘟嘟聲，你敢說(shuō)沒(méi)有聽(tīng)到過(guò)?工業(yè)機械、電梯、電焊工、繼電器、電源開(kāi)關(guān)，甚至是用來(lái)調節臺燈亮度大小的開(kāi)關(guān)，都加入到了這個(gè)射頻噪音軍團中。(當然了，這種噪音的天然來(lái)源也是無(wú)處不在，閃電、太陽(yáng)耀斑都包含其中，但是在本文中我們不會(huì )對天然來(lái)源進(jìn)行討論。)

　　由射頻噪音污染帶來(lái)的問(wèn)題可以分為以下四類(lèi)：首先，它增加了部署無(wú)線(xiàn)系統的成本，因為它減少了設備的電池壽命;其次，它在廣泛的頻率之中帶來(lái)了多種多樣的干擾;同時(shí)，現如今還沒(méi)有針對這一噪音污染的政策干預，因為你受到的干擾越多，就需要在更多的頻段中進(jìn)行轉換以將信息發(fā)出。因此現實(shí)中的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )其實(shí)并不能達到人們預先設計好的數據傳輸效率。最后，想要追蹤射頻污染的源頭是非常昂貴的，當你想要去查個(gè)究竟的時(shí)候，只要電子設備使用者將其停用就難以查出源頭。

　　可想而知，當物聯(lián)網(wǎng)全面進(jìn)入生活中時(shí)，這種射頻噪音污染會(huì )更加嚴重。物聯(lián)網(wǎng)的普及會(huì )使我們身邊無(wú)數的普通物件都被安裝上復雜的射頻控制芯片，比如門(mén)鎖、電燈開(kāi)關(guān)以及所有的電器，連汽車(chē)甚至是我們的身體都有可能被裝上芯片，這一切都是為了讓萬(wàn)物都能連上網(wǎng)。每一個(gè)芯片都會(huì )變成潛在的射頻噪音污染源。雖然有很多技術(shù)手段可以用于解決這一問(wèn)題，但是由于被使用于各種產(chǎn)品中的射頻控制芯片數量太過(guò)龐大，這也就意味著(zhù)制造商不會(huì )有動(dòng)力去為他們的產(chǎn)品增加屏蔽噪音的功能，因為這無(wú)疑會(huì )增加其制造成本。我們常說(shuō)沉默是金，沒(méi)錯，想要獲得一個(gè)靜謐的環(huán)境也是要花錢(qián)的。

　　與射頻噪音抗爭的拉鋸戰

　　是時(shí)候讓我們公開(kāi)討論射頻噪音污染這一問(wèn)題了，關(guān)于這一問(wèn)題的研究在數十年前就已經(jīng)展開(kāi)，我們只不過(guò)是將這個(gè)問(wèn)題重新帶回公眾視線(xiàn)中。

　　不管你是否相信，美國直到上世紀70 年代中期才由電信科學(xué)研究所展開(kāi)了針對射頻噪音的系統性研究。而此時(shí)，始于商業(yè)廣播電臺的人造電子噪音已經(jīng)困擾了人們近半個(gè)世紀。噪音問(wèn)題隨著(zhù)電子產(chǎn)品與無(wú)線(xiàn)系統使用的增多而不斷增長(cháng)，在這期間很多細節已經(jīng)隨著(zhù)使用產(chǎn)品的不同而發(fā)生了改變。

　　早在1927 年時(shí)就已經(jīng)出現了可以抑制射頻噪音的方法，這種方法能夠讓人們開(kāi)車(chē)依然正常收聽(tīng)車(chē)內收音機。但是直到上世紀30 年代末，全美國也才有20% 的汽車(chē)裝有內置收音機，這也就意味著(zhù)有80% 的車(chē)主其實(shí)并不會(huì )想到使用噪音抑制裝置。而當電信科學(xué)研究所在上世紀60 年代中期至70 年代初期進(jìn)行廣泛的射頻噪音評估時(shí)，發(fā)現絕大部分汽車(chē)都沒(méi)有使用射頻噪音抑制裝置。這些汽車(chē)制造了嚴重的電子噪音，測量人員甚至可以聽(tīng)到隔了幾個(gè)街區之外的噪音。

　　如今每一輛汽車(chē)中都裝有收音機，但是發(fā)出噪音的火花塞問(wèn)題已經(jīng)不再是個(gè)困擾。這個(gè)消音過(guò)程仍在持續：在上世紀60 年代，安靜的交流電機開(kāi)始取代了吵個(gè)不停的發(fā)電機，電子點(diǎn)火器也替代了發(fā)出噪音的配電器。與此同時(shí)，電子開(kāi)關(guān)取代了鬧哄哄的繼電器。如今越來(lái)越常見(jiàn)的電動(dòng)汽車(chē)將會(huì )帶來(lái)比普通汽車(chē)更多的電子噪音干擾，但是它們已經(jīng)做到了充分抑制噪音以保證手機與車(chē)內收音機的工作。同樣的改進(jìn)還出現在辦公場(chǎng)所與家居生活中，早期的燈光調節器通常都會(huì )發(fā)出電子噪音，而今天的同類(lèi)產(chǎn)品則安靜得多。個(gè)人電腦也針對靜音問(wèn)題進(jìn)行了重新設計，在計算機內部與外部的無(wú)線(xiàn)數據連接過(guò)程中降低了電子噪音。

　　雖然人們已經(jīng)為此做出了許多努力，但是射頻噪音問(wèn)題還是日益嚴重。盡管大多數的電子設備帶來(lái)的射頻噪音污染相比它們的前輩已經(jīng)有所削減，但是要知道，我們如今日常生活中使用的電子產(chǎn)品也比過(guò)去多得多。而另一個(gè)使射頻噪音污染問(wèn)題更加嚴重的原因在于電網(wǎng)已經(jīng)迅速擴展，風(fēng)電場(chǎng)與家用太陽(yáng)能發(fā)電也接入其中。當這些設備生成電力并將其傳輸回流進(jìn)電網(wǎng)的時(shí)候，它們需要大量的60 赫茲功率乃至更高速率的直流電開(kāi)關(guān)。如果在過(guò)程中操作不當，它們也將為電網(wǎng)帶去大量的射頻噪音。那些沒(méi)有專(zhuān)家維護設備的且使用風(fēng)電系統和太陽(yáng)能發(fā)電的普通家庭，將因此面臨被放大了的射頻噪音污染風(fēng)險。

　　讓事情變得更糟的是如今的電子產(chǎn)品對于射頻噪音更加敏感了。很多新的無(wú)線(xiàn)系統，包括智能手機所使用的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在內，都被設計成盡可能使用較低功率來(lái)保證基本功能的運行。這就意味著(zhù)只需要一點(diǎn)點(diǎn)的射頻噪音干擾就足以減少智能手機無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )信號的覆蓋范圍。

　　有一些日常電子設備的固有功能中就包含了不必要的能量傳輸，比如說(shuō)微波爐，它用于烹飪食物的射頻能量中同樣包含了大量的射頻噪音。當微波爐的射頻屏蔽裝置不完善時(shí)，就會(huì )使得這種射頻能量泄露并且影響到其他電子設備的運作。射頻噪音還有可能來(lái)源于設備的缺陷，比如說(shuō)一個(gè)在高壓電力傳輸系統絕緣罩上出現的小小缺口。這一類(lèi)疏忽會(huì )出現在意想不到的時(shí)間與地點(diǎn)，制造出頻率難以被預測的噪音。

　　射頻噪音污染問(wèn)題到底有多嚴重?

　　城市之中的射頻噪音比郊區要高得多，這是因為城市中匯集了數量繁多且種類(lèi)各異的電子設備，城市當中的個(gè)人電腦、收音機、家用電器以及工業(yè)電子設備都要被鄉村地區更為密集。

　　為了勾勒出一個(gè)具有代表性的射頻噪音地圖，我們選擇了一個(gè)典型的美國城市郊區作為采集地。我們?yōu)樵胍舯O測車(chē)配備了頂部天線(xiàn)、GPS 接收器以及一個(gè)外形小巧的訂制的頻譜測量?jì)x器。我們開(kāi)著(zhù)這輛全副武裝的車(chē)子穿過(guò)北弗吉尼亞，這條路線(xiàn)經(jīng)過(guò)了許多高壓與低壓輸電線(xiàn)路，大約覆蓋了10 平方公里地區。

　　我們將頻譜接收器設置到10 頻段，范圍從100 到1500 兆赫，這個(gè)范圍應該可以覆蓋大部分未知的信號。為了能夠檢測到供電開(kāi)關(guān)的噪音水平，我們關(guān)注100 千赫左右的噪音振幅變化，而為了能檢測到輸電線(xiàn)路的射頻噪音，我們還關(guān)注60 赫茲到120 赫茲的噪音振幅變化。

　　我們沿著(zhù)一條高壓輸電線(xiàn)路開(kāi)了很長(cháng)一段時(shí)間，卻并沒(méi)有檢測到很多射頻噪音，不過(guò)我們發(fā)現了會(huì )隨機出現一些熱點(diǎn)。這表明此處的射頻噪音的來(lái)源并不是系統性因素，在高壓輸電線(xiàn)路中并不存在設計缺陷。但是這些被檢測到的隨機出現的射頻噪音熱點(diǎn)有可能是松動(dòng)的螺母，或者是線(xiàn)路絕緣材料破裂造成的。如果電力公司能夠定期維修線(xiàn)路，這些射頻噪音將不會(huì )成為問(wèn)題，但是在現實(shí)中電力公司往往要等到有人開(kāi)始投訴才進(jìn)行電路整修。

　　在我們的這次測量實(shí)驗中，最有可能產(chǎn)生射頻噪音的戶(hù)外高壓線(xiàn)路其頻率比500 MHz 高出了10%。在離這條高壓線(xiàn)路100 米遠處，其被檢測出的噪音水平達到了令人吃驚的程度，在某些情況下這種噪音可以達到60 分貝，這已經(jīng)超出了在正常的環(huán)境下能夠存在的熱噪聲水平。

　　我們這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗能夠讓你對于城郊環(huán)境中的射頻噪音分布具有基本的認識。讓我們感到吃驚的是，自從30 多年前電信科學(xué)研究所展開(kāi)針對射頻噪音的調查之后，此后再沒(méi)有人使用可靠的測量手段對于射頻噪音進(jìn)行完整的、具有統計意義的調查。隨著(zhù)時(shí)間、地點(diǎn)、頻段以及操作環(huán)境的變化，射頻噪音的水平也會(huì )發(fā)生明顯的改變。比如說(shuō)我們通常認為高于100 MHz 的頻段中就不應該有射頻噪音存在，但是在這次我們條件有限的測量中也已經(jīng)發(fā)現了該頻段中存在大量的射頻噪音。

　　最大的問(wèn)題在于沒(méi)有意識到問(wèn)題的存在

　　真正令人擔憂(yōu)的是，沒(méi)有人知道近年來(lái)戶(hù)外射頻噪音水平到底是增加了還是減少了。針對室內環(huán)境也是如此，如今在室內存在著(zhù)如此多的無(wú)線(xiàn)設備，但是卻沒(méi)有人系統地進(jìn)行過(guò)測量。事實(shí)上，建筑物內的射頻噪音已經(jīng)成為了一個(gè)大麻煩。在一個(gè)普通的中產(chǎn)階級家庭當中如今已經(jīng)擺滿(mǎn)了能夠制造射頻噪音的各種電子設備，還記得本文開(kāi)頭提到的電動(dòng)牙刷嗎?這些能夠發(fā)出噪音的電子產(chǎn)品還包括了筆記本電腦電源、電動(dòng)工具、LED 燈控制器以及所有存在設計缺陷的電子設備。

　　射頻噪音確確實(shí)實(shí)會(huì )對于你的手機信號接收產(chǎn)生干擾，但是你要如何發(fā)現它呢?這就是問(wèn)題所在，你可能根本不知道自己的手機信號接收不良是因為射頻噪音的存在。

　　新式的無(wú)線(xiàn)電信號發(fā)射器以及它們的故作玄虛的數字調制方案在發(fā)生故障時(shí)不會(huì )為你留下準確的線(xiàn)索。老式的系統則透明的多——「聽(tīng)上去似乎是汽車(chē)引擎干擾了我的信號」。自動(dòng)糾錯方案和重傳方案可以完全將那些對于用戶(hù)信號的干擾隱藏起來(lái)。你唯一能夠發(fā)現蛛絲馬跡的地方就是手機性能越來(lái)越差，或者是手機電池的續航時(shí)間比以前差得多。即使我們能收集到大批用戶(hù)對此的批評抱怨(況且現在還沒(méi)有)，可能對于解決問(wèn)題也無(wú)濟于事。

　　想要解決開(kāi)始解決這個(gè)問(wèn)題，我們就需要大范圍的收集統計射頻噪音相關(guān)數據。我們需要確定射頻噪音在何時(shí)何地出現以及處于那一頻段之中，并且在每一次監測中都追蹤到它的來(lái)源。我們需要取得在不同的電子環(huán)境、人類(lèi)活動(dòng)、建筑規范、天氣以及地形條件下的測量樣本。

　　一個(gè)人在他的新家廚房天花板裝上了LED 燈，并且配上了調光器開(kāi)關(guān)。他鎮上的幾個(gè)鄰居卻開(kāi)始發(fā)現自家車(chē)庫門(mén)開(kāi)關(guān)變得不太靈光了。在幾周后，這個(gè)人終于發(fā)現了原來(lái)是自己的廚房燈具影響了鄰居車(chē)庫大門(mén)的運作。他嘗試了各種方法去修正這個(gè)問(wèn)題都失敗了，不得已只好將調光開(kāi)關(guān)換成了普通的開(kāi)關(guān)，噪音干擾果然消失了。這是一個(gè)真實(shí)的故事。沒(méi)有人對此地的射頻噪音做任何測量，當地的聯(lián)邦通信委員會(huì )辦公室也不想要知道這一情況。那么這到底能怪誰(shuí)呢?是錯誤地使用了調光開(kāi)關(guān)還是安裝環(huán)節發(fā)生了錯誤?如果調光開(kāi)關(guān)本身就是罪魁禍首，那么全美國有數以百萬(wàn)計的調光開(kāi)關(guān)，它們會(huì )造成何種干擾，沒(méi)人知道。

　　建立噪音數據庫成為解決問(wèn)題關(guān)鍵

　　如果我們能夠建立起相關(guān)的噪音數據庫，在理論上是可以讓當局修改如今的監管標準的，甚至可以進(jìn)一步利用這些數據去影響未來(lái)幾十年的相關(guān)標準。其中最難的部分就是在成本與效益之間設立一個(gè)保持平衡的標準。然而現在我們面臨的狀況是幾乎所有的相關(guān)數據都缺失，我們只能在自己收集到的非常有限的數據基礎上采取行動(dòng)，因此也難以去證明射頻噪音問(wèn)題是不是一個(gè)廣泛存在的問(wèn)題。

　　監管部門(mén)需要改變分配電磁波頻譜的方式，如今的監管者只擔心其中一種非常確定的干擾源即廣播電臺，但是他們卻忽視了射頻噪音的存在。相對于那些已知的干擾源來(lái)說(shuō)，射頻噪音造成的干擾會(huì )嚴重得多。

　　即使你從來(lái)沒(méi)有因為使用電動(dòng)牙刷而干擾到自家電視的信號，你的手機通話(huà)也沒(méi)有因為接近變壓器而被打斷，你仍然承擔了射頻噪音污染帶來(lái)的成本。因為你所依賴(lài)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )系統不得不在設計上持續改進(jìn)以處理不斷加劇的噪音。在電子設備越來(lái)越普及且使用的頻段越來(lái)越集中時(shí)，射頻噪音問(wèn)題只會(huì )越來(lái)越嚴重。消除射頻噪音沒(méi)有什么一勞永逸的方法，因為這個(gè)問(wèn)題不僅僅出在設計與維修中，它還有一定的隨機性，因此我們難以排除造成射頻噪音的其他影響因素。

　　無(wú)論如何，現在因為缺失射頻噪音基礎數據以至于難以衡量該問(wèn)題的嚴重性，這種狀況是不能被接受的。在我們采取行動(dòng)之前，首先需要數據的支持去理解射頻噪音在無(wú)線(xiàn)通信中扮演的角色。如果放任射頻噪音問(wèn)題不去解決，之后想要解決問(wèn)題付出的代價(jià)會(huì )越來(lái)越大。