從電報到5G通訊 與頻譜有關(guān)的那些事兒

VHF甚高頻(30MHz-300MHz)——迎接電視時(shí)代

　　從低頻到高頻，我們掌握了在全球范圍內傳輸聲音和信息的方法，接下來(lái)，當然是要能實(shí)現雙向溝通，最好還能看到畫(huà)面。于是VHF甚高頻被開(kāi)發(fā)和利用。在這個(gè)頻段內，FM廣播、對講機、BP尋呼機、無(wú)繩電話(huà)，無(wú)線(xiàn)電視紛紛登場(chǎng)，讓普通民眾第一次感受到了無(wú)線(xiàn)通訊的魅力，這些產(chǎn)品的普及也深刻的影響了社會(huì )發(fā)展。

　　除了普通民眾熟知的廣播、電視，VHF還肩負了國際海事通訊、航空導航、航空地面ATC通訊等。

　UHF特高頻(300MHz~3GHz)——數字通訊主干道

　　GSM、WCDMA、WiFI、藍牙、GPS，你所知道的絕大部分數字無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，都在此區間內。由于該頻段應用非常密集，因此世界各國都采取了授權形式嚴格規范使用。該頻段的國家授權許可很多時(shí)候以手機運營(yíng)商牌照等形式發(fā)放。你所知道的LTE Band 1234567，實(shí)際上就是該頻譜區間中每個(gè)頻段的代號，不同的國家批準使用的頻段不同，所以需要針對每個(gè)頻段進(jìn)行優(yōu)化和設計。手機調制解調器一直說(shuō)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?因為各國在該頻段內還定義了非授權頻段——只要設備功率不超過(guò)法定規范，使用2.4GHz頻段無(wú)需國家許可?，F在你知道為啥WiFi、藍牙等都喜歡扎堆2.4GHz了吧?有意思的是，微波爐也工作在2450MHz，所以也是一個(gè)非授權頻段設備——在所有微波爐說(shuō)明書(shū)上都有關(guān)于無(wú)線(xiàn)電干擾的說(shuō)明，大致意思是不要將微波爐和WIFi路由器、電視等設備放在一起，否則可能會(huì )有干擾。

　　SHF超高頻(3GHz~30GHz)—— 高速傳輸標配

　　大量的無(wú)線(xiàn)通訊工作在UHF頻段導致了整個(gè)頻段非常擁擠，因此要進(jìn)一步提升傳輸速率，除了在調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(kāi)始5GHz非授權頻段就被用來(lái)實(shí)現千兆以上的WiFi速度。到了802.11ac，5GHz下更是可以實(shí)現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非授權頻段帶寬很大，因此在4G LTE演進(jìn)中，高通還提出了授權輔助接入技術(shù)(LAA)，讓4G、5G網(wǎng)絡(luò )也能借助非授權頻段進(jìn)一步提升傳輸率和承載能力。

　　至于廣為人知的5G通訊標準，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(shí)代所制定的超高速傳輸率能得以實(shí)現。最先宣布量產(chǎn)的高通X50 Modem就能在28GHz頻段下實(shí)現5Gbps的下載速度，這個(gè)速度幾乎是現階段LTE網(wǎng)絡(luò )的10倍!

　　EHF極高頻(30~300GHz )—— 無(wú)線(xiàn)新征途

　　在下一代WiFi標準802.11ad中直接選用了60GHz頻段從而實(shí)現最大7Gbps的傳輸率——不要以為802.11ad距離我們很遠，實(shí)際上在高通驍龍835的基帶中已經(jīng)加入了對802.11ad標準的支持。首款支持802.11ad標準的家用路由器Netgear Nighthawk AD7200，也已經(jīng)上市了許久。

　　在802.11ad問(wèn)世之前，Wireless HDMI標準通過(guò)60GHz頻段實(shí)現了HDMI信號10米內的無(wú)線(xiàn)傳輸，而曾經(jīng)熱門(mén)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(wú)線(xiàn)通訊的又一個(gè)征途。要想實(shí)現超過(guò)10Gbps的無(wú)線(xiàn)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

　　太赫茲輻射的波長(cháng)為0.3~3THz (1THz=10^12Hz)，上接EHF，下接紅外線(xiàn)。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(xiàn)一樣對物體進(jìn)行掃描，雖然成像質(zhì)量不如X射線(xiàn)，但是它對于物體并沒(méi)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被應用在了成像、安全方面。反倒是在通訊上并沒(méi)有太多的突破。在美國本土機場(chǎng)使用的全身掃描儀，就基于太赫茲輻射原理。

　　小結：

　　從莫爾斯代碼到5G通訊，實(shí)際上就是一部人類(lèi)征服更高頻段，以獲得更大帶寬的故事。在這個(gè)過(guò)程中，眾多難關(guān)被相繼克服，大量的頻譜被成功開(kāi)發(fā)利用，最終實(shí)現了今天的便利生活。

　　縱觀(guān)整個(gè)頻譜的故事我們不難發(fā)現，每次人類(lèi)學(xué)會(huì )利用一個(gè)新波段，都會(huì )深刻的改變當時(shí)的生活和社會(huì )結構。在我們有生之年，人類(lèi)能否掌握利用THF頻段進(jìn)行通訊?引力波是否會(huì )讓電磁波走入歷史?我們拭目以待。