從電報到5G通訊 與頻譜有關的那些事兒

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傳輸聲音和信息的方法，接下來，當然是要能實現雙向溝通，最好還能看到畫面。于是VHF甚高頻被開發和利用。在這個頻段內，FM廣播、對講機、BP尋呼機、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，這些產品的普及也深刻的影響了社會發展。

　　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線通訊技術，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候以手機運營商牌照等形式發放。你所知道的LTE Band 1234567，實際上就是該頻譜區間中每個頻段的代號，不同的國家批準使用的頻段不同，所以需要針對每個頻段進行優化和設計。手機調制解調器一直說的全網通，實際上就是指的對不同頻段、不同網絡制式的支持。

　　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法定規范，使用2.4GHz頻段無需國家許可?，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，所以也是一個非授權頻段設備——在所有微波爐說明書上都有關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、電視等設備放在一起，否則可能會有干擾。

　　SHF超高頻(3GHz~30GHz)—— 高速傳輸標配

　　大量的無線通訊工作在UHF頻段導致了整個頻段非常擁擠，因此要進一步提升傳輸速率，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開始5GHz非授權頻段就被用來實現千兆以上的WiFi速度。到了802.11ac，5GHz下更是可以實現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演進中，高通還提出了授權輔助接入技術(LAA)，讓4G、5G網絡也能借助非授權頻段進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網絡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現。最先宣布量產的高通X50 Modem就能在28GHz頻段下實現5Gbps的下載速度，這個速度幾乎是現階段LTE網絡的10倍!

　　EHF極高頻(30~300GHz )—— 無線新征途

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

　　在802.11ad問世之前，Wireless HDMI標準通過60GHz頻段實現了HDMI信號10米內的無線傳輸，而曾經熱門技術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。要想實現超過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

　　太赫茲輻射的波長為0.3~3THz (1THz=10^12Hz)，上接EHF，下接紅外線。該頻段的電磁波已經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行掃描，雖然成像質量不如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。在美國本土機場使用的全身掃描儀，就基于太赫茲輻射原理。

　　小結：

　　從莫爾斯代碼到5G通訊，實際上就是一部人類征服更高頻段，以獲得更大帶寬的故事。在這個過程中，眾多難關被相繼克服，大量的頻譜被成功開發利用，最終實現了今天的便利生活。

　　縱觀整個頻譜的故事我們不難發現，每次人類學會利用一個新波段，都會深刻的改變當時的生活和社會結構。在我們有生之年，人類能否掌握利用THF頻段進行通訊?引力波是否會讓電磁波走入歷史?我們拭目以待。