無線電頻率從數(shù)字到資源

沈建峰　吳松偉

1888年，赫茲證實了電磁波的存在；1900年，馬可尼找到了改變無線電頻率的方法。隨著科技的進步，人類不斷開發(fā)無線電的應(yīng)用頻率，將可應(yīng)用的無線電頻率數(shù)值排列在一起，形成了無線電頻譜。當(dāng)今，無線電頻譜日益稀缺，使用者只有秉持“協(xié)商一致，遵守規(guī)則”的原則，才能避免無線電波相互干擾。

無線電波的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，是現(xiàn)代科學(xué)研究精神與西方商業(yè)文明完美結(jié)合的典范。自由探索、成果公開、專利制度、公司制等，都是其發(fā)展必不可少的條件。1862年，麥克斯韋在法拉第所著《電學(xué)實驗研究》基礎(chǔ)上，總結(jié)了法拉第的電學(xué)研究工作，發(fā)表了論文《論物理學(xué)的力線》，預(yù)見了電磁波的存在。1873年，他發(fā)表了經(jīng)典著作《電磁學(xué)通論》，建立了完整的電磁學(xué)理論。1888年，赫茲通過實驗，證實了電磁波的存在。

然而，赫茲及之前的電學(xué)家，都是從科學(xué)研究角度來探尋電磁波的奧秘，卻未想過電磁波能為人們的生活帶來什么改變，更沒有靠這些研究賺錢致富的想法。最早發(fā)現(xiàn)電磁波具有經(jīng)濟價值的是馬可尼，他更加關(guān)注無線電實驗的實用價值和所能滿足的實際需求。馬可尼發(fā)明了無線發(fā)報機，并找到了英國海運局等大客戶。1896年7月27日，馬可尼公開演示了無線電報，次年，他申請了無線電報專利，成立了自己的公司，推動無線電報進入實用。

但是，在1899的美國杯帆船賽上，由于馬可尼公司與美國德福雷斯特?zé)o線電報公司同時使用無線電報傳送比賽結(jié)果，產(chǎn)生了嚴(yán)重的干擾。同時，當(dāng)時海上船只的無線電報之間也存在相互干擾的情況。因此，如何在同一地點、同一時間應(yīng)用無線電報，成為亟待解決的問題。不久后，馬可尼將英國科學(xué)家洛奇在1894年發(fā)現(xiàn)的“諧振電路”應(yīng)用在無線電報機上，改變了電磁波波長，也就是改變了頻率，大獲成功，幾臺發(fā)射機可同時發(fā)射，各用各的頻率，互不干擾。1900年4月26日，馬可尼為這一技術(shù)申請了專利，專利證是第7777號，即無線電史上著名的“四個七”專利。這一成就，不僅使馬可尼在與其他公司的競爭中獲勝，還是無線電發(fā)展史上的一個重大突破，它奠定了按頻率使用無線電波的基礎(chǔ)，沿用至今。

此后，技術(shù)一路領(lǐng)先的馬可尼公司吸引了大批競爭者，著名的有美國德福雷斯特?zé)o線電報公司和德國德律風(fēng)根公司。隨著越來越多的船只安裝了無線電臺，麻煩也隨之而來。當(dāng)時，無線電報使用火花裝置，它的帶寬很寬，兩個報務(wù)員通信時，100公里內(nèi)的所有電臺都會受到嚴(yán)重干擾。那么，誰可以優(yōu)先發(fā)報？誰又應(yīng)該暫時關(guān)閉電臺停止發(fā)報？豪華郵輪上的報務(wù)員經(jīng)?？床黄鹭洿托〈系膱髣?wù)員，報務(wù)員之間互不相讓，彼此干擾，無線電波中常常充滿了叫罵、誹謗的信號。這種混亂的局面，使無線電通信的效能受到嚴(yán)重影響。而且，無線電波一旦發(fā)出，任何人都可能接收得到，那么無線電波發(fā)出后，應(yīng)該由誰接收也成為難題。當(dāng)時，馬可尼公司就規(guī)定其報務(wù)員只能接收本公司報務(wù)員發(fā)出的無線電電報，那么，當(dāng)船只海上遇險，發(fā)出的求援信號時，又該由誰來處理呢？

面對種種無線電通信號相互干擾、通信不暢的局面，已經(jīng)在有線電報領(lǐng)域有多年經(jīng)驗的國際電報聯(lián)盟倡議簽訂無線電通信公約，以促進新興的無線電業(yè)務(wù)健康發(fā)展。1903年，無線電報籌備會議在德國柏林召開，會議對國際無線電規(guī)則進行了初步的研究，并在公約草案上作了規(guī)定：“海岸無線電臺應(yīng)該收發(fā)來自海上船只和指定船只的電報，不必區(qū)別該船所使用的無線電系統(tǒng)”。這一原則成為無線電規(guī)則的基礎(chǔ)。1906年，第一次國際無線電會議在德國柏林正式舉行，29個國家出席了這次會議。會議簽署了第一份完整的《國際無線電報公約》，其附件就是最早的無線電報通信規(guī)則。這些規(guī)則經(jīng)過歷屆無線電人會充實和修訂，形成了當(dāng)今眾所周知的《國際無線電規(guī)則》。這也奠定了無線電波應(yīng)用的另一基礎(chǔ)：協(xié)商一致，遵守規(guī)則。

今天，隨著無線電技術(shù)發(fā)展，人類不斷推高應(yīng)用無線電的頻率，所有可以應(yīng)用的無線電頻率數(shù)值排列在一起，形成了無線電頻譜。由于應(yīng)用無線電波必須占用一個頻率或一段頻譜，在按頻率使用的規(guī)則下，可應(yīng)用的頻譜多數(shù)已經(jīng)分配殆盡。時至今日，無線電頻率范圍已經(jīng)擴展到3000GHz，但仍無法完全滿足各種業(yè)務(wù)對頻譜不斷增長的需求。因此，頻譜一即可用的無線電頻率，日漸成為稀缺資源，也成了制約無線電業(yè)務(wù)和無線電應(yīng)用的重要因素。具有了“資源”性質(zhì)。

人類認識到頻譜的資源性質(zhì)花費了漫長的時間，這是因為無線電技術(shù)非常復(fù)雜，除頻率外，制約無線電業(yè)務(wù)和應(yīng)用發(fā)展的，還有發(fā)射功率、接收靈敏度、調(diào)制與解調(diào)理論、電子元器件發(fā)展水平、電波傳播特性等其它因素。經(jīng)過長期的研究和實踐，人們逐漸意識到，只有頻率才是應(yīng)用無線電波的關(guān)鍵和首要因素。因此，1973年，國際電聯(lián)在托雷莫里諾斯公約中正式載明：“各會員國在使用無線電頻率時，必須牢記無線電頻率和靜止衛(wèi)星軌道是明顯的自然資源”。

無線電頻譜資源與水、礦產(chǎn)等有形的自然資源不同，它是電磁波存在的諸多參數(shù)之一，是一種“虛擬”自然資源。因此，它具有獨特的屬性：首先是有限性。過去，受到技術(shù)限制，人類可以發(fā)射和接收的電波頻率是一定的，因此所能應(yīng)用的頻譜是有限的；其次，是資源均等與非耗竭性。頻譜是一組數(shù)字排列.是一種虛擬資源，與實體資源不同，不存在資源豐富或匱乏的問題，也不會被消耗。只要有相應(yīng)的技術(shù)裝備就可以利用：另外，電磁波還存在易污染，可復(fù)用的特點。如果同時同地應(yīng)用同一頻率，將會造成干擾，除非采取一定預(yù)防措施。但如果錯開使用時間和地點，就可以使用同一頻率：同時，電磁波具有固有傳播特性。無線電波在不同的頻率傳播特性有很大差異，因此，頻譜的應(yīng)用必須遵守其自然規(guī)律。并且電波傳播由于不受行政區(qū)界限制，跨行政區(qū)的傳播就需要通過協(xié)商達成一致。

從無線電頻譜應(yīng)用歷史看，早期無線電頻率的使用表現(xiàn)出了非常強的社會公共資源特征：任何人只要擁有了一定設(shè)備就可以使用，沒有人可以獨占頻率，沒有人可以阻止他人利用頻率。即使在戰(zhàn)爭時期，在敵方的控制區(qū)域，也照樣可以使用無線電頻率來發(fā)送情報和接收指令。由于頻譜資源的易污染特性，使得對這一資源管理的要求比對其他公共資源的管理要求更高。所幸的是，無線電技術(shù)投入之初，先人就已經(jīng)意識到無線電頻率管理的重要性，在歷次無線電國際會議中，都秉持“協(xié)商一致，遵守規(guī)則”的原則，避免了無線電頻譜資源的利用發(fā)生“公地悲劇”。

如今，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，對無線電頻譜資源的需求越來越大，頻譜帶來的經(jīng)濟利益也越來越大，資源的稀缺日益顯現(xiàn)。但無線電應(yīng)用依舊實行“協(xié)商一致，遵守規(guī)則”的原則以及按頻率劃分應(yīng)用的原則。頻譜資源只有被公平合理地使用，才能產(chǎn)生最大的社會效益。某些業(yè)務(wù)雖然能帶來巨大的經(jīng)濟效益，但并不能因此而隨意占用其他已分配的頻譜。新應(yīng)用需要頻譜資源支持，但對既有應(yīng)用的處理，無論是廢止還是遷移頻率，都必須達成一致，并給予過渡期，這既是保護頻譜用戶的投資，也是對歷史的尊重：新應(yīng)用總會成為老應(yīng)用，也有可能被取代。因此，盡管國際頻率協(xié)調(diào)的時間很長，對新業(yè)務(wù)推廣、應(yīng)用和經(jīng)濟利益的影響也難免，但所有成員都在遵守。