頻譜的故事(1) 從甚低頻到太赫茲輻射

前言

從電報到5G通訊，實際上是個關於頻譜的故事。100多年來，如何更有效率的利用頻譜，如何在有限頻譜中獲得更高的傳輸率，成為無線通訊領域眾多天才和企業巨頭們持續攻克的目標。電話、電報、電視、網路、手機等深刻改變人類社會發展進程的發明，精確的折射出了人類掌握和使用頻譜的能力。

關於頻譜的利用，不僅充滿了戲劇性，還閃現出了大量奇聞軼事。從517世界電信日到接下來的一段時間內，愛活頻譜的故事連載，將會和大家探究人類是如何一步步從電報走向了5G時代。

頻譜是什麼？

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。根據國際電信聯盟定義，當人類可以識別使用的電磁波頻率範圍從3kHz~300GHz。為了方便表述，3kHz~300GHz的頻段根據頻率高低被分成了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頻寬越小。通訊領域有句老話——”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，所能實現的傳輸速率也不是無限的，它同樣受到包括信噪比、通道頻寬等客觀物理條件的制約。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、其他車輛數量等因素影響。過去的百年間，整個通訊行業都在不斷挑戰極限，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 ） ——無線應用的開端

和所有的物理量應用一樣，人類在利用無線頻譜上也是從低往高開始的。在國際電信聯盟的定義中，3KHz~300KHz被稱作甚低頻和低頻，這個頻段極強的穿透力，波長動輒數十千米，因此可以輕易覆蓋整個地球範圍，因此最初就被用於航空、航海的導航。眾多民航客機、輪船都通過VLF頻段進行導航和管理，在這個頻段上還有潛艇使用的聲納系統等。

對於科技玩家來說，近年來火熱的電波對時手錶所接受的電波也在此頻段內。各種電波對時手錶宣稱的6局電波，實際上就是對應中國對時電波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航的命脈

如果你經常聽廣播電臺，就一定會發現很多的廣播電臺都會說中波XXX這樣的頻率，這裡所謂的中波，其實就是中頻的意思。在人類成功掌握和使用甚低頻和低頻之後，發現無線電波還能傳輸聲音等資訊。於是中頻就成了最初區域電臺的首選頻段。我國規定中波廣播頻段為525-1605KHz，間隔9KHz，所有的中波電臺都必須符合此規定。

除了廣播，中波還用於許多導航系統。如今民航使用的進程導航系統NDB也基於這一頻率區間。