頻譜定義及頻譜資源的特性

1.?????????頻譜的定義。

我們對(duì)電磁波頻譜最為熟悉的部分就是可見(jiàn)光?！邦l譜”這個(gè)術(shù)語(yǔ)實(shí)際上最初只限于光。物理學(xué)家在17至19世紀(jì)首先認(rèn)識(shí)到白色光實(shí)際上是由從紅到紫各種不同顏色的光組成的。因此，白色光是不同顏色的頻譜。光像水池中的水波紋一樣表現(xiàn)出波的特性，波峰之間的距離就稱為波長(zhǎng)。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一點(diǎn)的波峰數(shù)就稱為頻率。因此光具有波長(zhǎng)和頻率，紅色光的波長(zhǎng)最長(zhǎng)，頻率最低，而紫色光的波長(zhǎng)最短，頻率最高。

電磁頻譜可以從可見(jiàn)光向兩個(gè)方向發(fā)展，更高頻率、更短波長(zhǎng)的“光”包括紫外光、X射線以及宇宙射線，而更長(zhǎng)波長(zhǎng)、更低頻率的“光”則首先是紅外線光，然后隨著波長(zhǎng)越來(lái)越短即是無(wú)線電波。

理論和實(shí)踐證明，當(dāng)電子通過(guò)導(dǎo)線行進(jìn)時(shí)其周圍空間存在著電場(chǎng)和磁場(chǎng)，而且是隨著時(shí)間而變化的，同時(shí)磁場(chǎng)的變化會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)的變化也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。交變的電磁場(chǎng)不僅存在于導(dǎo)體的周圍，而且能夠脫離其產(chǎn)生的波源向遠(yuǎn)方傳播，這種以相同的頻率向周圍空間輻射傳播的交變電磁場(chǎng)就稱為電磁波。電磁波在空中以光速傳播，即每秒中30萬(wàn)公里。1864年英國(guó)人麥克斯韋從理論上確定了電荷、電流、電場(chǎng)的關(guān)系，而且確定了電磁波的存在。1888年德國(guó)人赫茲使用來(lái)頓瓶做放電實(shí)驗(yàn)，第一次由人工產(chǎn)生了波長(zhǎng)為30厘米的電磁波，從而證明了麥克斯韋的理論，因此人們?cè)诤荛L(zhǎng)一段時(shí)間都把電磁波叫做赫茲波，后來(lái)把頻率的單位稱為赫茲，直至今天。若用f表示頻率，用V表示電磁波每秒鐘傳播的距離（米），用λ表示波長(zhǎng)（米），則三者之間的關(guān)系為：f=V/λ，其中頻率的單位是赫茲（Hz）或周/秒，也可用千赫（KHz）、兆赫（MHz）、吉赫（GHz）表示。它們之間的關(guān)系是：1KHz=1000Hz，1MHz=1000KHz，1GHz=1000MHz。

2.?????????無(wú)線電頻譜。

電磁頻譜中3000GHz以下的部分稱為無(wú)線電頻譜。無(wú)線電頻譜可用來(lái)進(jìn)行聲音和圖像廣播、氣象預(yù)報(bào)、導(dǎo)航、無(wú)線電通信、災(zāi)害預(yù)報(bào)、報(bào)時(shí)等業(yè)務(wù)。根據(jù)無(wú)線電波傳播及使用的特點(diǎn)，國(guó)際上將其劃分為12個(gè)頻段，而通常的無(wú)線電通信只使用其中的第4到第12個(gè)頻度，無(wú)線電頻譜和波段的劃分如表1所示。

表1

序號(hào)
頻段名稱
頻段范圍（含上限）
頻段名稱
波長(zhǎng)范圍（含上限）

1
極低頻（ELF）
3~30Hz
極長(zhǎng)波
100~10兆米

2
超低頻（SLF）
30~300Hz
超長(zhǎng)波
10~1兆米

3
特低頻（ULF）
300~3000Hz
特長(zhǎng)波
100~10萬(wàn)米

4
甚低頻（VLF）
3~30KHz
甚長(zhǎng)波
10~1萬(wàn)米

5
低頻（LF）
30~300KHz
長(zhǎng)波
10~1千米

6
中頻（MF）
300~3000KHz
中波
1000~100米

7
高頻（HF）
3~30MHz
短波
100~10米

8
甚高頻（VHF）
30~300MHz
米波
10~1米

9
特高頻（UHF）
3~3000MHz
分米波
???

微

波
10~1分米

10
超高頻（SHF）
3~30GHz
厘米波
10~1厘米

11
極高頻（EHF）
30~300GHz
毫米波
10~1毫米

12
至高頻
300~3000GHZ
絲米波
10~1絲米



在電信領(lǐng)域中還經(jīng)常使用更低的電磁頻譜。為確定電信領(lǐng)域中頻段的命名，把頻段向低擴(kuò)展到包括表2所示的范圍。

表2

頻段標(biāo)注號(hào)
代號(hào)
頻率范圍（含上限，不含下限）
相應(yīng)的米制表達(dá)

-1
ELF
0.03~0.3Hz
千兆米波

0
0.3~3Hz
百兆米波

1
3~30Hz
十兆米波

2
30~300Hz
兆米波



對(duì)某些頻段有時(shí)用字母來(lái)表示，而不是使用符號(hào)或縮寫字符來(lái)表示，例如在雷達(dá)和空間通信的領(lǐng)域里，有些人使用了表3中所例的頻段表達(dá)方式，但是在國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的出版物中未建議使用這些字符。

表3

字符
雷達(dá)（GHz）
空間通信（GHz）

頻譜范圍
例
標(biāo)稱頻率
例

L
1~2
1.215~1.4
1.5
1.525~1.710

S
2~4
2.3~2.5; 2.7~3.4
2.5
2.5~2.690

C
4~8
5.25~5.85
4/6
3.4~4.2; 4.5~4.8; 5.85~7.075

X
8~12
8.5~10.5
-
???

Ku
12~18
13.4~14.0; 15.3~17.3
11/14; 12/14
10.7~13.25; 14.0~14.5

K
18~27
24.05~24.25
20
17.7~20.2

Kn
27~40
33.4~36.0
30
27.5~30.0



3.?????????無(wú)線電頻譜資源的特性。

無(wú)線電頻譜是一種特殊的自然資源。說(shuō)它是一種自然資源，是由于它具有一般資源的共同特性，像土地、水、礦山、森林一樣是國(guó)家所有的。但從國(guó)際范圍來(lái)說(shuō)，它又屬于人類共有的、人類共享的。此外，它還具有一般自然資源所沒(méi)有的如下特性：

（1）???????無(wú)線電頻譜資源是有限的。包括紅外線、可見(jiàn)光、X射線在內(nèi)的電磁波的頻譜是相當(dāng)寬的，而無(wú)線電通信使用的頻譜資源，最底可為3KHz，最高達(dá)3000GHz。更高的電磁頻譜當(dāng)然不是以3000GHz為限的，使用3000GHz以上電磁頻譜的電信系統(tǒng)也在研究探索之中，但它最大不能超過(guò)可見(jiàn)光的范圍。由于受到技術(shù)上和可提供能夠操作使用的無(wú)線電設(shè)備方面的限制，ITU當(dāng)前只劃分了9KHz~400GHz范圍，而且目前實(shí)用的較高的頻段只是在幾十GHz。根據(jù)無(wú)線電波的傳播特性，像大家所熟知的蜂窩移動(dòng)通信業(yè)務(wù)（俗稱大哥大）一般只能工作在3GHz以下，現(xiàn)主要工作在800MHz、900MHz/1800MHz。另外，盡管人們可以通過(guò)頻率、時(shí)間、空間這三維相互關(guān)聯(lián)的要素進(jìn)行頻率的多次復(fù)用指配來(lái)提高頻率利用率，但就某一頻率或頻段而言，在一定的區(qū)域、一定的時(shí)間、一定的條件下之下，它又是有限的。

（2）???????無(wú)線電頻譜可以被利用但不會(huì)被消耗掉，是一種非消耗的資源。它不同于土地、水、礦山、森林等可以再生或非再生的資源，如果得不到充分利用，則是一種資源浪費(fèi)，而若使用不當(dāng)也是一中資源浪費(fèi)，甚至?xí)斐蓢?yán)重的危害。

（3）???????無(wú)線電波有固有的傳播特性，它不受行政區(qū)域、國(guó)家邊界的限制。因此，任何一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)、一個(gè)部門甚至個(gè)人都不能隨意地使用，否則會(huì)造成相互干擾而不能確保正常通信。

（4）???????無(wú)線電頻譜資源極易受到污染。它最容易受到人為噪聲和自然噪聲的干擾，使之無(wú)法正常操作和準(zhǔn)確而有效地傳輸各類信息。

鑒于上述原因，為了加強(qiáng)對(duì)無(wú)線電頻譜這種寶貴資源的、有限的自然資源管理和有效地利用，從便于無(wú)線電頻譜的規(guī)劃、管理以及設(shè)備的研制生產(chǎn)和使用出發(fā)，通常對(duì)無(wú)線電頻譜按業(yè)務(wù)進(jìn)行頻段和頻率的劃分、分配和指配。按規(guī)定把某一頻段供某一種或多種地面或空間業(yè)務(wù)在規(guī)定條件下使用，稱為“頻率劃分”。為此，國(guó)際電聯(lián)（ITU）專門制定了國(guó)際《無(wú)線電規(guī)則》，實(shí)際上這是一個(gè)各個(gè)國(guó)家都要遵守的國(guó)際上通用的無(wú)線電法規(guī)，各個(gè)國(guó)家也都據(jù)以制定了自己國(guó)家的無(wú)線電法或相關(guān)的詳細(xì)管理規(guī)定，同時(shí)為各類無(wú)線電業(yè)務(wù)劃分了頻率或頻段。ITU還專門建立了國(guó)際頻率劃分表，把世界劃分為三個(gè)區(qū)域，第一區(qū)域包括歐洲、非洲和部分亞洲國(guó)家，第二區(qū)包括南、北美洲，第三區(qū)包括大部分亞洲國(guó)家和大洋洲。我國(guó)為第三區(qū)。使用無(wú)線電頻率的無(wú)線電業(yè)務(wù)基本上分為兩大類。即無(wú)線電通信業(yè)務(wù)和射電天文業(yè)務(wù)。無(wú)線電通信業(yè)務(wù)又可分為地面業(yè)務(wù)及空間業(yè)務(wù)、航空和水上安全業(yè)務(wù)等總共為37種業(yè)務(wù)。無(wú)線電頻率劃分表為各類無(wú)線電業(yè)務(wù)劃分了頻率或頻段，例如我國(guó)把279~281MHz劃分給移動(dòng)業(yè)務(wù)，用于開(kāi)放全國(guó)聯(lián)網(wǎng)無(wú)線尋呼業(yè)務(wù)等。我國(guó)的頻率劃分表是1983年制定的，隨著無(wú)線電事業(yè)的發(fā)展，這些年來(lái)頻率的劃分和使用都發(fā)生了相當(dāng)大的變化，現(xiàn)正在積極組織修訂。

把某一頻段批準(zhǔn)給一個(gè)國(guó)家或多個(gè)國(guó)家、地區(qū)或部門在規(guī)定條件下使用，稱為“頻率分配”。我國(guó)的頻率分配是有國(guó)家無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)統(tǒng)一進(jìn)行的，例如把87~108MHz頻段分配給廣播部門開(kāi)發(fā)FM廣播業(yè)務(wù)在全國(guó)各地統(tǒng)一規(guī)劃和使用等。

國(guó)家或地方無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)根據(jù)設(shè)臺(tái)審批權(quán)限批準(zhǔn)某單位或個(gè)人的某一電臺(tái)在規(guī)定的條件下操作使用某一無(wú)線電頻率，稱為“頻率指配”。根據(jù)《中華人民共和國(guó)無(wú)線電管理?xiàng)l理》的規(guī)定，用戶設(shè)置各類無(wú)線電臺(tái)必須在領(lǐng)取電臺(tái)執(zhí)照后才能進(jìn)行合法的操作和使用