從電簽到5G通訊，實際上是個關(guān)于頻譜的故事。100多年來，怎么更有效率的運用頻譜，怎么在有限頻譜中取得更高的傳輸率，成為無線通訊范疇許多天才和企業(yè)巨子們持續(xù)攻克的方針。電話、電報、電視、網(wǎng)絡(luò)、手機等深入改動人類社會發(fā)展進程的創(chuàng)造，精確的折射出了人類把握和運用頻譜的才能。
關(guān)于頻譜的運用，不僅充滿了戲劇性，還閃現(xiàn)出了很多奇聞軼事。愛活頻譜的故事連載，將會和大家探求人類是怎么一步步從電報走向了5G年代。
頻譜是什么？
頻譜是天然界存在的物理量，無法增加也不會減少，因而顯得極度珍貴。根據(jù)國際電信聯(lián)盟界說，當(dāng)人類可以識別運用的電磁波頻率規(guī)模從3kHz~300GHz。為了方便表述，3kHz~300GHz的頻段根據(jù)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，在一般狀況下，頻率越高穿透力越差。而頻率越低所能供給的帶寬越小。通訊范疇有句老話——“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，所能完成的傳輸速率也不是無限的，它相同遭到包括信噪比、信道帶寬等客觀物理條件的限制。就像就像城市道路上的車相同不能想開多快就開多快，還遭到道路寬度、其他車輛數(shù)量等因素影響。曩昔的百年間，整個通訊職業(yè)都在不斷挑戰(zhàn)極限，希望能在有限的頻譜資源下取得更高的傳輸率，又或者進一步運用更高頻率的頻譜資源。
甚低頻VLF與低頻LF（3KHz~300KHz） ——無線運用的初步
和所有的物理量運用相同，人類在運用無線頻譜上也是從低往高開端的。在國際電信聯(lián)盟的界說中，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(shù)十千米，因而可以輕易掩蓋整個地球規(guī)模，因而開端就被用于航空、航海的導(dǎo)航。許多民航客機、輪船都經(jīng)過VLF頻段進行導(dǎo)航和管理，在這個頻段上還有潛艇運用的聲納體系等。
關(guān)于科技玩家來說，近年來熾熱的電波對時手表所承受的電波也在此頻段內(nèi)。各種電波對時手表聲稱的6局電波，實際上便是對應(yīng)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(qū)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(fā)射局，所以被稱作6局電波。所以，不要認(rèn)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）—— 播送電臺與無線電導(dǎo)航的命脈
如果你常常聽播送電臺，就一定會發(fā)現(xiàn)許多的播送電臺都會說中波XXX這樣的頻率，這兒所謂的中波，其實便是中頻的意思。在人類成功把握和運用甚低頻和低頻之后，發(fā)現(xiàn)無線電波還能傳輸聲響等信息。所以中頻就成了開端區(qū)域電臺的首選頻段。我國規(guī)定中波播送頻段為525-1605KHz，間隔9KHz，所有的中波電臺都必須符合此規(guī)定。
除了播送，中波還用于許多導(dǎo)航體系?，F(xiàn)在民航運用的進程導(dǎo)航體系NDB也根據(jù)這一頻率區(qū)間。
高頻HF（3MHz~30MHz）—— 全球通訊的起點
在無線電播送范疇，把高頻稱之為短波。因為高頻可以經(jīng)過電離層反射完成超遠間隔的傳輸而不需要發(fā)射站有極高攻略，所以在高頻區(qū)間人類初次完成了掩蓋全球的播送電臺以及掩蓋全球的通訊電臺。毫不夸大的說，從高頻開端，人類才第一次具有全球無線電通訊才能。
除了國際電臺等運用高頻，許多軍事通訊保密通訊也大多運用這個頻段。二戰(zhàn)時期許多無線電加密和通訊的諜戰(zhàn)故事，都在高頻區(qū)間打開。另一方面，ITU（國際電信聯(lián)盟）為了感謝無線電愛好者的奉獻，還專門規(guī)劃了業(yè)余頻率供無線電愛好者運用而不需要經(jīng)過相關(guān)組織批閱和授權(quán)。
值得一提的是，咱們了解的RFID、NFC實際上也作業(yè)在這個頻率區(qū)間。其間NFC作業(yè)在13.56MHz，而RFID還額外運用27.12MHz。之所以挑選這樣的頻段，并非是處于增加傳輸間隔考慮，更多的是為了降低接收器和發(fā)射器的規(guī)劃難度和制作本錢。
關(guān)于高頻，還有一個充滿奧秘色彩的被稱作怪異電臺MDZhB的故事——從上世紀(jì)70年代開端，全球的無線電愛好者都在462.5KHz收聽到了一個奧秘電臺。這個電臺在近40年時刻里持續(xù)向外界發(fā)送單調(diào)的“嗡嗡聲”， 在某一天，尖銳的嗡嗡聲忽然消失了，取而代之的是冷冰冰的人聲。“U-V-B-7-6”，一個濃重的俄羅斯口音讀出了一系列代碼。停頓了一下之后，嗡嗡聲又響了起來。到了2002年前后，該呼號改為“MDZhB”。時至今日，你依然能經(jīng)過收音機接收這個奧秘電臺，而關(guān)于這個電臺的具體用途和到底播送的是什么內(nèi)容的爭辯，曩昔40多年來從未停止。
VHF甚高頻（30MHz-300MHz）——迎候電視年代
從低頻到高頻，咱們把握了在全球規(guī)模內(nèi)傳輸聲響和信息的辦法，接下來，當(dāng)然是要能完成雙向溝通，最好還能看到畫面。所以VHF甚高頻被開發(fā)和運用。在這個頻段內(nèi)，F(xiàn)M播送、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觸到了無線通訊的魅力，這些產(chǎn)品的遍及也深入的影響了社會發(fā)展。
除了普通民眾熟知的播送、電視，VHF還肩負(fù)了國際海事通訊、航空導(dǎo)航、航空地面ATC通訊等。
UHF特高頻（300MHz~3GHz）——數(shù)字通訊主干道
GSM、WCDMA、WiFI、藍牙、GPS，你所知道的絕大部分?jǐn)?shù)字無線通訊技能，都在此區(qū)間內(nèi)。因為該頻段運用十分密集，因而國際各國都采取了授權(quán)方式嚴(yán)厲規(guī)范運用。該頻段的國家授權(quán)答應(yīng)許多時分以手機運營商車牌等方式發(fā)放。你所知道的LTE Band 1234567，實際上便是該頻譜區(qū)間中每個頻段的代號，不同的國家批準(zhǔn)運用的頻段不同，所以需要針對每個頻段進行優(yōu)化和規(guī)劃。手機調(diào)制解調(diào)器一向說的全網(wǎng)通，實際上便是指的對不同頻段、不同網(wǎng)絡(luò)制式的支撐。
為啥家里WiFi不必答應(yīng)？因為各國在該頻段內(nèi)還界說了非授權(quán)頻段——只需設(shè)備功率不超越法定規(guī)范，運用2.4GHz頻段無需國家答應(yīng)?，F(xiàn)在你知道為啥WiFi、藍牙等都喜歡扎堆2.4GHz了吧？有意思的是，微波爐也作業(yè)在2450MHz，所以也是一個非授權(quán)頻段設(shè)備——在所有微波爐闡明書上都有關(guān)于無線電攪擾的闡明，大致意思是不要將微波爐和WIFi路由器、電視等設(shè)備放在一同，不然或許會有攪擾。
SHF超高頻（3GHz~30GHz）—— 高速傳輸標(biāo)配
很多的無線通訊作業(yè)在UHF頻段導(dǎo)致了整個頻段十分擁堵，因而要進一步進步傳輸速率，除了在調(diào)制辦法和編碼上取得突破之外，就只用選用更高的頻段才行。從802.11n開端5GHz非授權(quán)頻段就被用來完成千兆以上的WiFi速度。到了802.11ac，5GHz下更是可以完成1700Mbps的傳輸速度以及MU-MIMO功用，大幅進步WiFI的傳輸速度和承載才能。因為5GHz非授權(quán)頻段帶寬很大，因而在4G LTE演進中，高通還提出了授權(quán)輔助接入技能（LAA），讓4G、5G網(wǎng)絡(luò)也能借助非授權(quán)頻段進一步進步傳輸率和承載才能。
至于廣為人知的5G通訊規(guī)范，除了5G作業(yè)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年代所擬定的超高速傳輸率能得以完成。最先宣布量產(chǎn)的高通X50 Modem就能在28GHz頻段下完成5Gbps的下載速度，這個速度幾乎是現(xiàn)階段LTE網(wǎng)絡(luò)的10倍！
EHF極高頻（30~300GHz）—— 無線新征途
鄙人一代WiFi規(guī)范802.11ad中直接選用了60GHz頻段然后完成最大7Gbps的傳輸率——不要認(rèn)為802.11ad間隔咱們很遠，實際上在高通驍龍835的基帶中現(xiàn)已加入了對802.11ad規(guī)范的支撐。首款支撐802.11ad規(guī)范的家用路由器Netgear Nighthawk AD7200，也現(xiàn)已上市了良久。
在802.11ad問世之前，Wireless HDMI規(guī)范經(jīng)過60GHz頻段完成了HDMI信號10米內(nèi)的無線傳輸，而從前搶手技能Wireless USB所運用的UWB（超寬帶）也相同在極高頻下。盡管極高頻有許多的限制，但肯定是無線通訊的又一個征途。要想完成超越10Gbps的無線通訊，就一定要充分把握和運用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。該頻段的電磁波現(xiàn)已具有了光波的種種特性，以至于THF可以像射線相同對物體進行掃描，盡管成像質(zhì)量不如X射線，可是它關(guān)于物體并沒有放射性作用。
THF頻段與之前其他頻段天壤之別的特性，讓THF被運用在了成像、安全方面。反倒是在通訊上并沒有太多的突破。在美國本鄉(xiāng)機場運用的全身掃描儀，就根據(jù)太赫茲輻射原理。
小結(jié)：
從莫爾斯代碼到5G通訊，實際上便是一部人類降服更高頻段，以取得更大帶寬的故事。在這個進程中，許多難關(guān)被相繼戰(zhàn)勝，很多的頻譜被成功開發(fā)運用，終究完成了今日的便當(dāng)日子。
縱觀整個頻譜的故事咱們不難發(fā)現(xiàn)，每次人類學(xué)會運用一個新波段，都會深入的改動其時的日子和社會結(jié)構(gòu)。在咱們有生之年，人類能否把握運用THF頻段進行通訊？引力波是否會讓電磁波走入歷史？咱們拭目以待。
上文的故事中，咱們現(xiàn)已為各位講述了從甚低頻到太赫茲輻射的種種奇聞軼事，而今日，咱們要回歸到咱們更為了解的范疇，為各位揭開短短幾十年中，模仿信號到數(shù)字信號的通訊轉(zhuǎn)變，從中也記載下了人類怎么走向5G年代的故事。
模仿通訊年代：隨地通話的美妙與哀愁
19世紀(jì)電報的創(chuàng)造，第一次將人類的信息傳遞速率進步至每秒30萬公里，遠隔七大洲五大洋的各國民族在巴別通天塔倒下后，總算有了重新交匯的或許。但誰也不會想到，短短的二十多年后，亞歷山大貝爾在送話筒中喊出的第一句求助語句，會成為敞開全球通訊革新的起點，有線電話從此應(yīng)運而生，遠隔千里之外也能讓對話即時回旋耳畔。
幾乎就在電話創(chuàng)造的100年之后的1986年，國際第一套商用移動通訊體系在芝加哥誕生，其選用模仿信號傳輸，將介于300Hz到3400Hz的語音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻率MHz上，然后完成語音傳輸。至此，人類正式邁入即時語音通訊的年代，隨時隨地拿出拉風(fēng)的大哥大撥打電話成了那個年代的標(biāo)志。
然而模仿通訊的弊端也十分顯著，因為用戶線上傳送的電信號是跟著用戶聲響大小的改變而改變的，而這個改變的電信號不管在時刻上或是在幅度上都是連續(xù)的，因而模仿信號關(guān)于頻譜的運用率極低，并且簡單遭到外界攪擾，常常會遇到串號或是盜號的問題。
更為重要的是，以其時的技能水平，大哥大所選用的天線技能和模仿信號處理技能水平直接決議了產(chǎn)品的好壞，在厚重電池和長天線的影響下，大哥大丑陋的磚塊外觀不光不方便攜帶，續(xù)航和信號都不容樂觀，用戶常常需要在高處尋覓信號。
盡管模仿年代的通訊需要花費高額的本錢，但妙趣橫生的通話體驗卻招引了一大批擁躉，而別著急，GSM年代行將來臨，他將正式敞開移動通訊的2G年代！
GSM統(tǒng)一天下：短信登上歷史舞臺！
GSM全名為Global System for Mobile Communications，作為第二代移動通訊技能，它開端的開發(fā)意圖便是讓全球各地均可以運用同一個移動電話規(guī)范，甚至讓用戶手持一部終端就能在全球恣意區(qū)域運用。
相比第一代模仿信號通訊，GSM的數(shù)字通訊信號是一種離散的、脈沖有無的組合方式，是負(fù)載數(shù)字信息的信號，因而GSM體系具有超卓的頻譜運用率，一起每個信道的傳輸帶寬也有所增加。反映到實際運用中，根據(jù)數(shù)字傳輸和更高語音編碼的啟用，GSM年代的信號強度和通話質(zhì)量有了日新月異的進步，以往拿著手機到處尋覓信號的狀況一去不復(fù)返。
一起，更高的傳輸帶寬也初次為手機帶來了數(shù)據(jù)傳輸才能，盡管它的傳輸速率開端只有不幸的每秒9.6-14.4Kbit，但卻現(xiàn)已足夠滿意文字傳輸?shù)男枨?，而這正是短信功用完成的根底。
GSM規(guī)范所引領(lǐng)的2G年代，也是全球移動通訊規(guī)范爭奪戰(zhàn)的開端。在GSM遍及后，在歐洲以諾基亞和愛立信為首的手機產(chǎn)品開端攻占美國和日本市場，它們的價格不僅變得更為低廉，體積更是小到足夠塞入口袋，因而只是不到10年之后，諾基亞就憑仗塞班智能手機成為全球最大的手機制作商。
3G迎來無線浪潮：移動互聯(lián)網(wǎng)成為或許
跟著用戶關(guān)于移動網(wǎng)絡(luò)需求的不斷加大，原先緩慢的GSM網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)已不足以承載，因而第三代移動通訊網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的樹立現(xiàn)已箭在弦上，所以乎咱們熟知的WCDMA、CDMA2000以及TD-SCDMA應(yīng)運而生。
事實上關(guān)于3G網(wǎng)絡(luò)的誕生，還有個眾所周知的小故事。1940年，第二次國際大戰(zhàn)在歐洲戰(zhàn)場打得如火如荼，美國女演員海蒂拉瑪和她的作曲家老公為了幫助美國軍方制作出可以反抗納粹德國電波攪擾以及竊聽的通訊技能，初次提出了擴頻以及跳頻技能概念，并在隨后取得了相關(guān)專利。不過跟著二戰(zhàn)的結(jié)束，海蒂拉瑪?shù)难芯恐饾u失去了軍事含義，但她絕沒有想到，這兩項劃年代含義的技能效果會成為半個世紀(jì)后徹底改動整個國際。
在1985年，其時美國一家名不見經(jīng)傳的小公司根據(jù)擴頻以及跳頻技能開發(fā)出了一項名為CDMA的新通訊技能。在2G年代，CDMA被GSM規(guī)范壓制淪為配角，但它卻間接成為了3G技能的根底原理，后續(xù)的三大3G規(guī)范都受惠于此。而這家其時名不見經(jīng)傳的小公司正是現(xiàn)在大名鼎鼎的美國高通公司。
不管是WCDMA、CDMA200仍是TD-SCDMA都以高速數(shù)字通訊為賣點，其間WCDMA演進的HSPA+網(wǎng)絡(luò)甚至將下行速率進步至42Mbps，這意味著手機的高速網(wǎng)絡(luò)年代正式敞開。不過以現(xiàn)在的眼光來看，HSPA+網(wǎng)絡(luò)無疑還不足以滿意人類尋求高速的食欲，因而在尋求更快的道路上，人類又往前前進了一大步。
4G完成融合立異：全球漫游年代來臨
LTE的出現(xiàn)，足以令有線連接汗顏，最高100Mbps的下載速率比撥號上網(wǎng)快2000倍，也令咱們以往想象的高清視頻通話、在線超清視頻播放成為了或許。但4G年代，移動通訊所帶來的改變更在于通訊全球化的完成，早在2G年代就提出的全球全網(wǎng)通總算不再是一句空口言，不管是TDD仍是FDD現(xiàn)已不再重要，因為咱們總算迎來了一個全球漫游的年代。
這樣的效果天然離不開技能規(guī)范的演進以及技能廠商的努力，高通無疑功不可沒。在4G年代，以高通驍龍移動渠道為硬件根底，OEM廠商可以輕松生產(chǎn)出可以符合全球運營商LTE規(guī)范的智能手機。比如最新高通驍龍835移動渠道內(nèi)置的X16 LTE調(diào)制解調(diào)器為例，它不僅完成了LTE-TDD、LTE-FDD、TD-SCDMA、WCDMA、GSM、CDMA在內(nèi)的全模兼容，更通吃全球所有頻段，并供給VoLTE高清通話功用。
一起，4G年代LTE作為演進規(guī)范，也正迫不及待把咱們導(dǎo)向5G年代，根據(jù)更多載波聚合的完成，現(xiàn)在高通X16 LTE調(diào)制解調(diào)器以及最新X20 LTE調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)已完成了最高1Gbps下行傳輸（X20 LTE為1.2Gbps），其間，驍龍X20 LTE調(diào)制解調(diào)器能做到新的頻段分配方式，主要是因為它對非授權(quán)LTE頻段的靈活運用——這是一塊支撐LAA特性（授權(quán)輔助通訊）的調(diào)制解調(diào)器，在已有的5x載波聚合支撐提下，X20 LTE 調(diào)制解調(diào)器可以允許運營商只調(diào)用10MHz資源便可啟動Gbps等級的LTE服務(wù)，并且還持續(xù)擴展了支撐頻段的規(guī)模，讓這種資源聚合和分配的靈活性進一步進步。
關(guān)于這種普通用戶而言，4G的遍及大幅降低了流量價格，讓手機看視頻，視頻通話稀松往常，深入的改動了咱們的日子。
5G現(xiàn)已上路
人類關(guān)于速度的尋求永無止盡，4G年代剛剛抵達千兆速率，但以數(shù)千兆速率為方針的5G年代也現(xiàn)已上路，高通現(xiàn)已祖先一步宣布了5G NR，并確定將在2017年下半年正式向合作伙伴供給全球首個支撐5G規(guī)范的X50調(diào)制解調(diào)器，它將選用支撐自適應(yīng)波束成形和波束追尋技能的多輸入多輸出（MIMO）天線技能，在非視距（NLOS）環(huán)境中完成安穩(wěn)、持續(xù)的移動寬帶通訊，最高可以完成驚人的5Gbps下行速率。
一起，5G年代所出現(xiàn)的低時延、高牢靠、低功耗的特點，也將有效的為車聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)職業(yè)帶來新的爆發(fā)點，萬物互聯(lián)也將不再是一句廢話。
結(jié)語
從貝爾打出人類的第一個電話，到現(xiàn)在行將完成的5G年代，整個進程就像是工業(yè)年代轉(zhuǎn)入互聯(lián)網(wǎng)年代的縮影，從2G年代開端，幾乎每10年咱們就會迎來速率進步的新浪潮，它們都徹底改動了咱們的日子方式。信任在不久的將來，5G年代也將成為職業(yè)的下一個拐點，讓咱們拭目以待！