无线频谱的故事

国王长了驴耳朵

上帝说：要有光！于是便有了光。

——《圣经•创世纪》

130年前，随着电火花的微光在赫兹的实验台上的闪烁，人类叩开了电磁波的大门。而随着对电磁波研究的深入，可见光这种由上帝创造的神秘物质也被揭开了面纱，不再神秘。

赫兹

其实这些照亮大家的可见光，也不过是电磁波频谱上极窄的一小段罢了，并无太多太多特殊之处。上帝创造光的秘密逐渐被揭开了神秘的面纱。

电磁波就这样以正弦波的进行传播，这里要引入一个简单的公式：

C=λf

电磁波波长，频率及光速的关系

C：就是光速，光速是宇宙中的一个基本常量，光和其他电磁波都是以光速传播。

λ：就是波长，就是电磁波在一个周期内能传播的距离。

f：就是频率，也就是每秒能传播几个周期。单位就以赫兹为名，举例来说，1Hz的含义就是电磁波每秒传播一个周期，1000000Hz（又叫1MHz或者1兆Hz）的含义就是每秒传播一百万个周期。

由于光速恒定，所以波长和频率就是成反比关系，即波长越长，频率越低；反过来就是波长越短，频率越高。

这个简单的数学关系中，蕴藏着电磁波频谱的全部秘密。

电磁波分类及其波长，频率的类比

在这么长的频谱上，可用于无线通信的，仅有1MHz（兆赫兹）到100GHz（吉赫兹）这一段。可谓“弱水三千，只取一瓢”。

真正打开无线通信新时代大门的是一个叫马可尼的意大利人。120年前，这个年轻人在兴趣的支撑之下，潜心研究赫兹的实验结果，智慧和汗水终于凝成了结晶：世界上第一台无线电报机宣告诞生。

马可尼发明无线电报

随后马可尼把他的发明投入了商用，无线电报的发展一帆风顺。无线电台的发射半径从6公里，到16公里，急剧扩大到 3000公里。

在1901年，马可尼在英国东南角的一个乡村架设了越洋电报天线，人类控制的电磁波首次跨越大西洋，把信息从英国传送了加拿大。

马可尼的越洋电报设备及天线

当时的电报机十分庞大，电报机运转时，几千米以外能听到轰鸣声，夜里还能看到小屋里闪烁着的断断续续的刺眼的蓝色电弧光。

随着无线通信的蓬勃发展，频谱资源越来越金贵。僧多粥少，如果无线电频谱使用混乱，互相干扰的话，大家就都玩不转了。因此对全球频谱资源的统一管理和约束的需求呼之欲出。

1865年，法，德，俄，意，奥等20个欧洲国家的代表在巴黎签订了《国际电报公约》，“国际电报联盟”也宣告成立。

在之后的漫长岁月里，国际电报联盟的职权不断扩大，并于1934年改称为“国际电信联盟”（International Telecommunication Union）。

1947年，国际电信联盟成为联合国主管信息通信技术事务的一个专门机构。也是联合国机构中历史最长的一个国际组织。简称“国际电联”、“电联”或“ITU”。

国际电联主要负责分配和管理全球无线电频谱，制定全球电信标准，向发展中国家提供电信援助，促进全球电信发展。

为了统一语言，方便管理，ITU对无线电频谱进行分段，给每段都编了号，并给出了详细的定义。这样以后大家讨论起来就有了标准，不至于因理解偏差导致鸡同鸭讲。

无线电频谱可分为下面表中的 14 个频带，无线电频率以 Hz（赫兹）为单位，其表达方式为：

• 3000kHz 以下（包括 3000kHz），以 kHz（千赫兹）表示；
• 3MHz 以上至 3000MHz（包括 3000MHz），以 MHz（兆赫兹）表示；
• 3GHz 以上至 3000GHz（包括 3000GHz），以 GHz（吉赫兹）表示。
  
  

无线频谱命名和编号

世界这么大，不同地区情况不一，不同国家国情不同，因此国际电联就把全球分为3个区域来管理，不同区域的频谱分配上有所不同。

显而易见，中国位于ITU二区

国际电联每3到4年召开一次“世界无线电通信大会（WRC）”，负责审议并修订《无线电规则》。最近一次世界无线电通信大会是2015年召开的，下一次在2019年，届时5G的全球频谱划分将完全确定。

国际电联发布的《无线电规则》

《无线电规则》涵盖世界无线电通信大会的各项决定，用于引导并规范世界各国的无线电频谱使用。然后，各国在国际电联的规范之内，结合自身情况，制定国内的无线电规则。

在大家中国，无线频谱当然是由工信部进行管理和分配的。

中国工信部

分配的结果如何？请看下图《中华人民共和国无线电频率划分图》。

中华人民共和国无线电频率划分图

看晕了？这只能怪无线频谱的用途太多了：包含气象，定位，导航，卫星，广播，空间研究等等，事无巨细，甚至连遥控汽车使用的频谱也有规定。

下面大家再次取其中的一个点，无线通信的频谱来说明。虽说无线通信在频谱上看起来不甚起眼，却让大家的生活发生的翻天覆地的变化。

无线通信频谱分为非授权频谱和授权频谱这两类。

非授权频谱：顾名思义，就是不需要经过工信部同意，只要遵守相关法规的要求，就可以直接使用。大家最熟悉的WIFI就工作在非非授权频谱上，使用2.4GHz和5.8GH这两个频段。

授权频谱：就是得到工信部的授权之后才能使用，在使用中也要严格遵守相关法规。2G，3G，4G以及即将到来的5G全部使用的是授权频谱。授权给谁？当然是移动、联通和电信这三大巨头了。

频谱的使用有两种方式：FDD（频分复用）和TDD（时分复用）。

对于FDD来说，手机的发射频率和接收发射的频率是不同的，也就是说，用频率来区分发送还是接收，发送和接收可以同时进行。

FDD原理

一般把基站发手机收这条路称为下行，其所使用的频率自然就是下行频率了。反之，手机发基站收这条路径称为上行，其所使用的频率称为上行频率。

对于TDD来说，手机的发射频率和接收发射的频率是相同的，接收和发送在不同的时间进行。这也就意味着，发送的时候不能接收，接收的时候不能发送。

TDD原理

2G主要有两种技术：GSM和CDMA，全部采用FDD模式；

3G主要有三种技术：WCDMA和CDMA2000采用FDD，TD-SCDMA采用TDD模式；

4G标准也是区分TDD和FDD的，分别交LTE FDD和LTE TDD（也叫TD-LTE）。

讲到了这里，经过了蜉蝣君这长达2000多字的铺垫，这下国内几大运营商的频谱分配表该能看懂了吧？