無線頻譜的故事：零基礎(chǔ)，包看懂！
2019-04-09 11:22:18 無線深海130年前，隨著電火花的微光在赫茲的實驗臺上的閃爍，人類叩開了電磁波的大門。而隨著對電磁波研究的深入，可見光這種由上帝創(chuàng)造的神秘物質(zhì)也被揭開了面紗，不再神秘。
其實這些照亮我們的可見光，也不過是電磁波頻譜上極窄的一小段罷了，并無太多太多特殊之處。上帝創(chuàng)造光的秘密逐漸被揭開了神秘的面紗。
電磁波就這樣以正弦波的進(jìn)行傳播，這里要引入一個簡單的公式：
C=λf
電磁波波長，頻率及光速的關(guān)系
C：就是光速，光速是宇宙中的一個基本常量，光和其他電磁波都是以光速傳播。
λ：就是波長，就是電磁波在一個周期內(nèi)能傳播的距離。
f：就是頻率，也就是每秒能傳播幾個周期。單位就以赫茲為名，舉例來說，1Hz的含義就是電磁波每秒傳播一個周期，1000000Hz（又叫1MHz或者1兆Hz）的含義就是每秒傳播一百萬個周期。
由于光速恒定，所以波長和頻率就是成反比關(guān)系，即波長越長，頻率越低；反過來就是波長越短，頻率越高。
這個簡單的數(shù)學(xué)關(guān)系中，蘊藏著電磁波頻譜的全部秘密。
電磁波分類及其波長，頻率的類比
在這么長的頻譜上，可用于無線通信的，僅有1MHz（兆赫茲）到100GHz（吉赫茲）這一段。可謂“弱水三千，只取一瓢”。
真正打開無線通信新時代大門的是一個叫馬可尼的意大利人。120年前，這個年輕人在興趣的支撐之下，潛心研究赫茲的實驗結(jié)果，智慧和汗水終于凝成了結(jié)晶：世界上第一臺無線電報機宣告誕生。
馬可尼發(fā)明無線電報
隨后馬可尼把他的發(fā)明投入了商用，無線電報的發(fā)展一帆風(fēng)順。無線電臺的發(fā)射半徑從6公里，到16公里，急劇擴大到 3000公里。
在1901年，馬可尼在英國東南角的一個鄉(xiāng)村架設(shè)了越洋電報天線，人類控制的電磁波首次跨越大西洋，把信息從英國傳送了加拿大。
馬可尼的越洋電報設(shè)備及天線
當(dāng)時的電報機十分龐大，電報機運轉(zhuǎn)時，幾千米以外能聽到轟鳴聲，夜里還能看到小屋里閃爍著的斷斷續(xù)續(xù)的刺眼的藍(lán)色電弧光。
隨著無線通信的蓬勃發(fā)展，頻譜資源越來越金貴。僧多粥少，如果無線電頻譜使用混亂，互相干擾的話，大家就都玩不轉(zhuǎn)了。因此對全球頻譜資源的統(tǒng)一管理和約束的需求呼之欲出。
1865年，法，德，俄，意，奧等20個歐洲國家的代表在巴黎簽訂了《國際電報公約》，“國際電報聯(lián)盟”也宣告成立。
在之后的漫長歲月里，國際電報聯(lián)盟的職權(quán)不斷擴大，并于1934年改稱為“國際電信聯(lián)盟”（International Telecommunication Union）。
1947年，國際電信聯(lián)盟成為聯(lián)合國主管信息通信技術(shù)事務(wù)的一個專門機構(gòu)。也是聯(lián)合國機構(gòu)中歷史最長的一個國際組織。簡稱“國際電聯(lián)”、“電聯(lián)”或“ITU”。
國際電聯(lián)主要負(fù)責(zé)分配和管理全球無線電頻譜，制定全球電信標(biāo)準(zhǔn)，向發(fā)展中國家提供電信援助，促進(jìn)全球電信發(fā)展。
為了統(tǒng)一語言，方便管理，ITU對無線電頻譜進(jìn)行分段，給每段都編了號，并給出了詳細(xì)的定義。這樣以后大家討論起來就有了標(biāo)準(zhǔn)，不至于因理解偏差導(dǎo)致雞同鴨講。
無線電頻譜可分為下面表中的 14 個頻帶，無線電頻率以 Hz（赫茲）為單位，其表達(dá)方式為：
3000kHz 以下（包括 3000kHz），以 kHz（千赫茲）表示；
3MHz 以上至 3000MHz（包括 3000MHz），以 MHz（兆赫茲）表示；
3GHz 以上至 3000GHz（包括 3000GHz），以 GHz（吉赫茲）表示。
無線頻譜命名和編號
世界這么大，不同地區(qū)情況不一，不同國家國情不同，因此國際電聯(lián)就把全球分為3個區(qū)域來管理，不同區(qū)域的頻譜分配上有所不同。
顯而易見，中國位于ITU二區(qū)
國際電聯(lián)每3到4年召開一次“世界無線電通信大會（WRC）”，負(fù)責(zé)審議并修訂《無線電規(guī)則》。最近一次世界無線電通信大會是2015年召開的，下一次在2019年，屆時5G的全球頻譜劃分將完全確定。
國際電聯(lián)發(fā)布的《無線電規(guī)則》
《無線電規(guī)則》涵蓋世界無線電通信大會的各項決定，用于指導(dǎo)并規(guī)范世界各國的無線電頻譜使用。然后，各國在國際電聯(lián)的規(guī)范之內(nèi)，結(jié)合自身情況，制定國內(nèi)的無線電規(guī)則。
在我們中國，無線頻譜當(dāng)然是由工信部進(jìn)行管理和分配的。
中國工信部
分配的結(jié)果如何？請看下圖《中華人民共和國無線電頻率劃分圖》。
中華人民共和國無線電頻率劃分圖
看暈了？這只能怪無線頻譜的用途太多了：包含氣象，定位，導(dǎo)航，衛(wèi)星，廣播，空間研究等等，事無巨細(xì)，甚至連遙控汽車使用的頻譜也有規(guī)定。
下面我們再次取其中的一個點，無線通信的頻譜來說明。雖說無線通信在頻譜上看起來不甚起眼，卻讓我們的生活發(fā)生的翻天覆地的變化。
無線通信頻譜分為非授權(quán)頻譜和授權(quán)頻譜這兩類。
非授權(quán)頻譜：顧名思義，就是不需要經(jīng)過工信部同意，只要遵守相關(guān)法規(guī)的要求，就可以直接使用。我們最熟悉的WIFI就工作在非非授權(quán)頻譜上，使用2.4GHz和5.8GH這兩個頻段。
授權(quán)頻譜：就是得到工信部的授權(quán)之后才能使用，在使用中也要嚴(yán)格遵守相關(guān)法規(guī)。2G，3G，4G以及即將到來的5G全部使用的是授權(quán)頻譜。授權(quán)給誰？當(dāng)然是移動、聯(lián)通和電信這三大巨頭了。
頻譜的使用有兩種方式：FDD（頻分復(fù)用）和TDD（時分復(fù)用）。
對于FDD來說，手機的發(fā)射頻率和接收發(fā)射的頻率是不同的，也就是說，用頻率來區(qū)分發(fā)送還是接收，發(fā)送和接收可以同時進(jìn)行。
FDD原理
一般把基站發(fā)手機收這條路稱為下行，其所使用的頻率自然就是下行頻率了。反之，手機發(fā)基站收這條路徑稱為上行，其所使用的頻率稱為上行頻率。
對于TDD來說，手機的發(fā)射頻率和接收發(fā)射的頻率是相同的，接收和發(fā)送在不同的時間進(jìn)行。這也就意味著，發(fā)送的時候不能接收，接收的時候不能發(fā)送。
TDD原理
2G主要有兩種技術(shù)：GSM和CDMA，全部采用FDD模式；
3G主要有三種技術(shù)：WCDMA和CDMA2000采用FDD，TD-SCDMA采用TDD模式；
4G標(biāo)準(zhǔn)也是區(qū)分TDD和FDD的，分別交LTE FDD和LTE TDD（也叫TD-LTE）。
講到了這里，經(jīng)過了蜉蝣君這長達(dá)2000多字的鋪墊，這下國內(nèi)幾大運營商的頻譜分配表該能看懂了吧？
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