5g的发射和接收频率是多少（第一次电磁通信距今125年）

6月6日，工信部向电信、移动、联通、广电发放了5G商用牌照。

牌照，英文叫作lisence，“许可”的意思。的

图1 5G牌照

5G商用牌照的发放，意味着我国正式进入5G商用元年。

许可证到手，相当于刺激了整个中国的通信市场。虽然三大运营商目前因为"成本"的考虑，没有快速的、大批量的上5G，广电的5G发展策略也暂不明朗，但对于设备商、服务商而言，这无疑是利好消息。

5G之箭已在弦上。

然而这一切......

所以，是时候学习了。

1895年5月7日，亚历山大·斯捷潘诺维奇·波波夫在俄国物理化学学会会议上第一次公开表演了他所发明的称之为"雷电指示器"的无线电接收机。第二年在同一学会的会议上又表演了距离为250米的无线电通信。接着，意大利科学家马可尼将无线电通信付诸实用，并申请了专利权。

时过境迁125年，目前已经进入5G时代，这些基础的无线知识不会发生太多改变，改变的是我们不断控制电子的能力与材料技术的进步。

今天班长和大家聊一聊无线频谱。

先从身边的收音机说起

图2 收音机

你可能听说过"AM收音机"和"FM收音机"，"VHF"和"UHF"电视、"短波收音机"等等。你有没有想过所有这些不同的名字到底意味着什么？他们之间有什么区别？

• AM,Amplitude Modulation幅度调制，通常所说的中波;
• FM,Frequency Modulation频率调制;

无线电波是由天线传播的电磁波。

无线电波有不同的频率。通过将无线电接收机调谐到特定的频率，你可以接收到特定的信号。

图3 电磁波的发射过程

就像图3这样，电场和磁场交替产生，向外辐射产生了电磁波。再看一张静态俯视图4，是不是很美！

图4 电磁波俯视图

在中国，工业和信息化部无线电管理局（国家无线电办公室）决定谁能够使用哪个频率，并向它发放特定频率的许可证。

当你听收音机时，播音员说:"你在听91.5 FM! 音乐广播"

播音员的意思是，你正在收听一个广播电台，它以91.5兆赫的频率，向外广播一个调频无线电信号。

兆赫MHz指的是"千百万次/秒"，所以"91.5兆赫"意味着无线电台的发射机以每秒91500000次的频率振荡。

图5 AM 短波 VHF FM VHF 微波的频率段

我们的调频(调频)收音机可以调谐到制定的频率，让我们清楚地接收到那个电台。

所有调频FM电台在87兆赫至108兆赫之间的频率范围内传输。无线电频谱的这一频带除了调频无线电广播外，没有其他用途。

图6 调频信号，就是通过改变信号的频率传播信息

同样地，AM广播也被限制在一个波段，从530千赫兹到1600千赫兹。

因此，一个AM(调幅)无线电台说:“这是AM 680 新闻之声。”

意味着无线电台正在以680千赫兹的频率广播一个AM无线电信号。

图7 AM调幅信号就是通过幅度控制，传播信号

为什么AM收音机在530千赫兹到1600千赫兹的波段，而调频收音机在87至108兆赫的波段？其中很大程度上与历史有关。

AM广播比调频广播有更长的时间。第一次无线电广播发生在1906年左右，AM无线电的频率分配发生在20世纪20年代。在20世纪20年代，无线电和电子能力相当有限，因此AM无线电的频率相对较低。

图8 早期的FM电台

调频收音机是由一个名叫埃德温·阿姆斯特朗的人发明的，目的是为了使高保真度的音乐广播成为可能。他在1939年建造了第一个电台，但调频直到1960年代才真正流行起来。因此调频收音机的频率更高。

电磁波发射与产生

空间中的传播电磁波的形式如图9所示。

图9 传播的电磁波，a产生电场；b电场发生变化，激发出磁场；c电磁场交替，向外传播

天线是一种设计用来发射或接收电磁波的导线，它与交流电(AC)源相连。

交流源在天线中产生变化的电位差。

这种变化的电位差产生变化的电场，然后电场传播远离天线。

变化的电场也产生垂直于页面的、变化的磁场。

虽然磁场没有在图9上画出，但它也是从天线传播出去的。电场和磁场的结合是传播到空间中的的电磁波，它们的速度是光速。

图10 电场与磁场垂直，向着与彼此垂直的方向v传播

电磁波的产生

线圈和电容器串联，是一种常见的产生高频电磁波的方法。

如果电容器由电池充电，整个电容器的电位差会产生电场。

当电池被移除时，电容器储存的电子流会流经线圈，从而产生磁场。此时电容器放电。

当电容器放电时，线圈的磁场就会逐渐消失。反电动势然后在相反的方向给电容器充电，这一过程是重复的。

图11显示了一个完整的振荡周期.

图11 电容器和线圈交替能量转换

但是这个装置与我们平时看到的天线，不太一样啊。天线给我们的感觉都是长条的棍棍，就像图12这样。

图12 常见的天线

其实，只要我们把图11的电容“掰直”，就会发现“棍棍”的样子出来了。

图13 天线从形成过程

5G的频谱

5G为了获得更高的传输速率和较少的干扰，支持的频段范围更大。

图14 5G的频率范围

主要包括两段：

• 6GHz以下，这个和我们目前4G差别不大；
• 还有一种，就是在24GHz以上，这种电磁波的波长仅仅为毫米级。

所以我们会经常说5G毫米波。

可以这样理解，频率使用的越大，速率越大。所以你看，从2G、3G、4G到现在的5G，使用的频率越来越大。

现在已经到毫米波了，5G的峰值速率可以达到10Gbps。

但是电磁波也有一个特点：频率越高，波长越短，绕射的能力就越差。也就是说，在遇到障碍物时候，容易被"挡"住，不会绕着走。

所以毫米波通信，必然会造成传输距离缩短，覆盖能力受限。

覆盖同一个区域，需要5G基站的数量，将远远超过4G基站。

图15 5G与4G覆盖对比

建设5G基站需要大量的资金，这就是运营商的成本。

起初，三大运营商都号称要拥抱SA，但最后现在都是在走NSA的路子。

5G使用的无线频段与上述的广播信号，一个是MHz兆赫兹，一个是G赫兹，相距很远。所以相互之间互不干扰。这也是我们为什么讲到通信，就要讲到频率、频段的原因。

图16 三大运营商的试验网频谱范围

因为我们的生活中，充满了各式各样的电磁波，汽车的遥控钥匙，蓝牙、WIFI、5G、遥控车库锁、无线广播等等这些系统发射的电磁波围绕在我们中间。

我们必须将频率进行规划，不同的系统使用不同的段落，这样才能够互不干扰。

总结

本文我们描述了电磁波的产生与发射原理。简单的理解，就是通过电容与线圈的电场与磁场能量转换，向空间传递电磁波。

电磁波被划分成不同的频率段，用于不同的通信系统，避免干扰。

5G时代面临大量建设基站与成本节约的矛盾。

毫米波通信速度快，但是覆盖受限。

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