作者：Jeremy Cook
射频 (RF) 频谱就在我们周围，虽然看不见，却以令人难以置信的频率…传输自然和人造信号。这篇文章回答了“什么是射频？”的问题，并探讨了监管机构如何确保对这一有限资源的适当利用。我们还将谈到 5G 如何融入其中。
射频物理学
最基本的情况是，天线上的电信号变化会产生电磁振荡（即射频波）。这些信号可能是无意的（有可能对其他设备造成干扰），也可能是有意的、经过精心调制的信号，可被其他天线接收并解读为可用信息。例如，AM（调幅）使用一系列固定频率的波作为所谓的载波，同时将这些波的振幅串联起来改变，作为一个调制信号。
射频频谱可以定义为在 3 Hz 到 3,000 GHz 之间循环的电磁波，因此具有广泛的特性和使用案例。假设一个 3 Hz 的载波每秒产生三个完整的电磁波，并且该载波上“搭载”的调制信号通常具有较低的频率。
虽然有多方面的原因，但使用 3 Hz 载波的调制信号数据速率会非常慢，可能在比特/秒范围内，甚至更低。在频谱的另一端，3,000 GHz 载波可实现更快的调制信号，因此在这两者之间有一个广泛的（更实用的）数值。利用这一范围，我们现在认为理所当然的 WiFi 和蜂窝通信以及传统的 AM 和 FM 无线电中的高速数据速率才得以实现。
射频与光速有关，与波长成反比，使用以下等式表示：
光速 = 波长 x 频率
光速（约 3 x 10^8 m/s）永远不会改变，因此，随着射频信号波长的增加，频率会相应降低，反之亦然。相对较高频率的射频信号具有较短的波长，而较低频率的射频信号具有较长的波长。
高频信号和高数据速率背后的代价是，虽然它们可以在短距离内传输大量信息，但这些信号很快就会被大气和周围物体吸收。举一个日常例子，2.4 GHz WiFi 数据速率比 5 GHz 稍慢，但可以在更远的距离上接收。
在低数据长距离传输的极端，低于 100 赫兹范围的信号用于与潜艇通信，穿透海洋深处。主要的代价是非常低的数据速率。另一个考虑因素是，使用较长的射频波长需要相应较长的天线。
射频信号和调节以防干扰
由于合理进行射频通信有一个固定的频率范围，因此从定义上来说，全球的无线电波是一种有限的资源。在 20 世纪初，射频先驱们一定认为有限带宽只是理论上的（如有过考虑），但如今射频用于一系列令人难以置信的技术，必须谨慎分配。当信号不可避免地重叠时（例如，纽约市的 97.1 MHz 无线电信道与奥斯汀的相同频率，或者全球数十亿蓝牙设备），会强制实施功率限制，将干扰保持在最低水平。
考虑一下您周围有多少设备有意发射和接收射频信号。典型的智能手机至少有四种射频模式：WiFi、蓝牙、蜂窝和 GPS。除此之外，还有各种各样的无意射频发射器，包括灯泡、电机、电线等等。
幸运的是，由于国际电信联盟 (ITU)、联邦通信委员会 (FCC) 和美国国家电信和信息管理局 (NTIA) 等组织的指导，全球的射频信号通常都能正常工作。这些组织将频谱分成可用的块。虽然我们对这种资源进行大量利用，而频谱是有限的，但请记住，这一范围是 3 Hz 至 3000 GHz（写出来是 3,000,000,000,000 Hz）。相应地，FCC 的官方在线频率分配表也非常庞大，包含 181 页文本。
5G 如何与频带协同工作？
公众只是希望射频设备能够正常工作，很少关注其复杂性，就像我们希望插入插座就能获得电源一样。然而，也许是由于运营商在广告中对 5G 进行大力吹捧，射频（特别是 5G）已成为我们集体意识的一部分。5G 确实承诺为蜂窝数据传输提供更高的数据速率和更低的延迟，但它也一直备受争议，包括担心可能干扰飞机上使用的雷达高度计。
抛开担忧不谈，5G 现已在美国大部分地区实施，没有出现重大问题。5G 不使用单一频带，但是，正如本文讨论的，它在三个不同的频率范围内工作。较高的频率用于距离发射器较近的高数据速率，较低的频率以较低的数据速率传输较长的距离。
5G 也不同于 5 GHz WiFi，5 GHz WiFi 是一种基本上不相关的射频技术，只是名称相似。更让人一头雾水的是，WiFi 5 使用 5 GHz 进行传输，但 5 实际上代表第五代无线。同时新的 WiFi 标准不断出现：WiFi 6E 将信号传输扩展到新的 6 GHz 范围，而 WiFi 7 使用与 6E 相同的频带，但允许多链路运行，速度高达 46 Gbps。了解有关 5G 和 5GHz 技术之间的差异的更多信息。
射频范围：必须谨慎分配的有限资源
虽然射频频率不会像石油或稀土金属那样“耗尽”，但 3 Hz 至 3,000 GHz 频带是我们必须使用的频带。这一范围自 19 世纪晚期无线电通信出现以来就没有变过，除非我们对物理学的理解发生巨大转变，否则在未来也会是一样的。
为合理利用这一资源，我们需要谨慎分配频率，并设定适当的功率限制和技术创新（如 QPSK 信令），以便在不占用更多频率空间的情况下传输更多数据。
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