提起無線電，許多人或許覺得這是非常老舊的觀念，實際上，無線電在我們的生活中占據著非常重要的地位。當前，無線電早已成為受眾最廣泛的大眾媒介。據工業和信息化部資料顯示，全球95%的人口都可以接收到無線電信號。在我們的生活中，無線電也無處不在，手機的使用、Wi-Fi的連接，看不見摸不著的無線電為人們的日常生活帶來諸多便利。但是由于無線電技術的復雜性，目前公眾對無線電知識還了解得不多，今天就讓我們一起走進無線電的世界吧。

無線電的誕生之路

無線電的理論依據來自于英國物理學家麥克斯韋的電磁場理論。德國物理學家赫茲在1887年首先通過實驗發現了電磁波的存在。世界上所有的物體都會釋放電磁波，比如光就是太陽釋放的電磁波。人體和小動物釋放的紅外線，也屬于電磁波，這種電磁波雖然不被人眼所觀察到，但蛇卻擁有這項本領，并依靠其敏銳而獨特的感知能力在夜間捕獲獵物。這些在自由空間中傳播的電磁波便是物理學中講到的無線電，這種無線電不僅存在于空氣之中，還存在于真空之中，而人們通過無線電波傳播信號的技術便是無線電技術。

意大利發明家馬可尼被稱作“無線電通信之父”，因為他受到了赫茲實驗的啟發，開始嘗試無線電傳輸，并于1894年獲得了幾米的傳輸距離。真正的標志性事件出現在1901年12月12日，在這一天，經過多次試驗和長期探索，馬可尼首次完成了橫渡大西洋的無線電通信，在美國也能收到英國發送的電訊。這則消息在當時帶給人們極大地震撼，在人類的歷史上，想要快捷地傳遞消息一直以來是不變的夙愿和難解的問題，從中國古代的“烽火臺”到近代大航海，為追求更多交流，人們做出了許多努力。而自馬可尼的這一發明開始，人類的溝通邁入了新的時代，不必再依靠畜力的傳遞、信件的投送，無線電自此可以讓消息隨時傳遞到全世界去。

很快，馬可尼發明的無線電報不久便在全球范圍內得到了廣泛的應用，在現實生活中，最早應用無線電技術的是航海，當時人們使用摩爾斯電報在船與陸地之間傳遞信息。許多國家的海岸、要塞都建立了馬可尼式的無線電臺。但它仍存在著很多缺點。首先，馬可尼發報機的振蕩線路和天線是結合在一起的，這使得發報機的功率很低；其次，馬可尼使用的無線通信是不能夠進行調諧的，這使得其發射出的無線電波彼此很容易出現干擾；更令人煩惱的是馬可尼無線電報系統中缺乏性能可靠的電報接收裝置。

針對馬可尼電報設施的弊端，德國物理學家卡爾費迪南德布勞恩進行了改進。他從1902年開始在英國工程師約瑟夫洛奇的調諧粉末檢波器的基礎上發明了新的調諧技術，這使得無線電報可以以不同頻段定向發送和接收，降低了干擾，這種技術也是收音機的基礎。他還發明出磁耦合天線，將振蕩線路和天線獨立設計并使之耦合在一起，這種嶄新的設計使得無線電報的發射功率大大增強。1909年，諾貝爾獎評審委員會將當年度的諾貝爾物理學獎頒發給馬可尼和布勞恩，以感謝他們為人類無線電工程事業所作出的貢獻。

無線電技術的起步

在無線電技術剛剛起步的時候，我們常在舊電影中看到的摩爾斯電碼是一大“殺器”，曾經每一個無線電通信員都必須熟練地掌握它。這是因為，最早的無線電報能傳遞的消息非常有限，于是人們便嘗試用種時通時斷的信號代碼來代替消息，大名鼎鼎的摩爾斯電碼應運而生。在摩爾斯電碼中，有兩種信號，分別是短促的“”和延時的“—”，人們可以通過不同的信號組合來表示不同的意思，如“·——”表示字母a，“—··”表示字母d。如此一來，在摩爾斯電碼的加持下，簡單的符號也可以傳遞出一段有內容、有意思的文字。雖然目前隨著技術的發展，摩爾斯電碼經從日常生活中消失了。不過，由于這種發信方式可以在非常惡劣的通信條件下工作，而且信息密度很高，所以許多無線電愛好者和軍事播報員仍然會使用它。

無線電的出現還直接導致了廣播事業的誕生，在很大程度上，豐富了人們的生活。1920年，世界上第一次正式廣播在美國開始，后來其他許多國家的無線電廣播事業也都蓬勃發展了起來。

無線電技術的工作原理

為什么無線電技術可以傳播信息呢，有這樣一個非常典型的比喻形容了這個過程：當你像平靜的湖面扔一塊石頭，水波會傳到很遠的地方。假如這些水波可以記錄信息的話，那么隨著波紋的散去，信息也可以隨之傳播去遠方。無線電波可以在自由空間（例如空氣和真空）中傳播，那么只要人類通過在特定頻率的無線電波上加載信息，那么就可以達到傳遞信息的目的。具體來說，這種技術的工作原理是存在于導體之中的電流強弱發生改變時，便會產生無線電波。通過導體中的電流強弱發生改變產生無線電波這一現象，再經過調制便可將信息加載于無線電波之上。當通過空間傳播的電波到達收信端時，此時電波引起的電磁場變化又會在導體中產生電流，這時通過解調將信息從電流變化中提取出來，實現信息傳遞。

無線電技術的發展之路

雖然最初，無線電波只能傳送一些簡單的“滴”聲，但是伴隨著技術的不斷發展，人們對無線電的研究逐漸深入，無線電被廣泛用于通信、導航、雷達、加熱、動力、遙距操控、天文學等多個領域。其中無線電在通信領域的應用最為人們熟知，廣播、電話、電視、緊急服務(定位)、數據傳輸等在人們生活中的應用已經非常普遍。隨著計算機技術和信息技術的不斷發展，各種基于無線傳輸技術的無線網絡也越來越成為人們生活中重要的一部分。

無線電的發展史，在很大程度上就是人們對各波段進行研究、運用的歷史。人們對無線電的開發應用大概經歷了兩個階段：軟件無線電、認知無線電。軟件定義的無線電是一種無線電廣播通信技術，它于20世紀90年代初被科學家正式提出。它的一大特點是基于軟件定義的無線通信協議而非通過硬連線實現。頻帶、空中接口協議和功能可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。

經過幾十年的推廣和全世界范圍的深入研究，軟件無線電概念不僅得到了普遍認可，而且已獲得廣泛應用。3G、4G、多頻段多模式電臺、聯合戰術無線電系統都是以軟件無線電概念進行設計、開發的，甚至連完成單一功能的GPS也要進行軟件化設計，以適應導航技術的發展需要。

認知無線電則是指包含一個智能收發器的一種無線通信技術，它于21世紀初被科學家提出，旨在提升空閑頻譜的利用率。認知無線電中的智能收發器能檢測出哪些波段未被占用以及哪些波段正在被使用，當檢測出某些波段空閑時，CR系統就可以暫時使用該波段進行通信。認知無線電可以感知周圍電磁環境，通過無線電知識描述語言(RKRL)與通信網絡進行智能交流，并實時調整傳輸參數（通信頻率、發射功率、調制方式、編碼體制等），使通信系統的無線電參數不僅與規則相適應，而且能與環境相匹配，以達到無論何時何地都能實現通信系統的高可靠性和頻譜利用的高效性。

軟件無線電和認知無線電兩者相比，前者關注的是采用軟件方式實現無線電系統信號的處理；而后者強調的是無線系統能夠感知傳播環境的變化，并據此調整系統工作參數，實現最佳適配。從這個意義上講，認知無線電是更高層次的概念，不僅包括信號處理，還包括根據相應的任務、政策、規則和目標進行推理和規劃的高層活動。

無線電通信的實現

100多年來，通信技術得到飛速發展，電報、電話、廣播、電視等通信技術的應用，大大加快了現代生活的節奏，使古代人“順風耳”“千里眼”的夢想成了現實。

進行無線電通信，需要發送和接收無線電波。天線是發射和接收無線電波的必要設備，我們經常可以看到各種天線。進行無線電通信，首先要發射無線電波。無線電波發射機中有一個叫做振蕩器的重要部件，它能產生頻率很高的交變電流，高頻交變電流流經天線時，在空間產生高頻率的電磁場。由于這個電磁場在做周期性的變化，在周圍又產生新的電磁場……于是，電磁波就發射出去了。

無線電廣播傳遞的是聲音，電視廣播傳遞的不僅有聲音，還有圖像。振蕩器產生的高頻交變電流，是用來攜帶聲音、圖像等信息的，叫做載波。把要傳遞的信息加到載波上并發射出去，信息就可以傳到遠方。把信息加到載波上，就是使載波隨信號而改變，這種技術叫做調制。調制的方式有兩種，一種常見的是使高頻載波的振幅隨信號改變，這種方式叫做調幅(AM)。中波和短波波段的無線電廣播，使用的是調幅方式。在微波波段，電視廣播的圖像信號也使用調幅方式。另一種調制方式是使高頻載波的頻率隨信號改變，這種調制的方式叫做調頻(FM)。

調頻的振幅不變，抗干擾的能力比較強，傳遞過程中的失真比較小。但調頻接收機的結構比調幅機復雜，服務半徑也比較小。我們熟悉的許多廣播電臺都屬于調頻廣播電臺，可以播送高質量的音樂和語言節目。

世界上有許許多多電臺、電視臺，它們每時每刻都在發射電磁波。因此我們周存在著許許多多的電磁波。接收無線電廣播時，首先要從眾多的電磁波中把自己需要的選出來。我們轉動收音機的旋鈕選擇電臺，實際上是在選擇我們需要的電磁波，這在技術上叫做調諧。經過調諧，接收機得到的是帶有信息標記的高頻電流。這種高頻信號電流，還不是所需的信號本身。要得到所需的聲音、圖像信息，必須從高頻信號電流中把它們“取”出來，這個過程叫做解調。通過解調得到的信號，還要經過放大。如果傳遞的是聲音信息，可以使揚聲器發出聲音;如果傳遞的是圖像信息，可以使顯像管顯示圖像。

無線電技術的應用

在今天，我們的生活都離不開無線電，無線電的應用形式越來越多樣化，其中不僅有無線數據網，還有各類移動通信與無線電廣播等。

無線電最早的應用就是在通信領域，人們可以借助無線電首次遠距離傳遞信息。曾經，在廣闊無垠的大海上，船只間傳遞信息困難重重，當無線電技術問世后，便迅速應用于航海領域，軍艦會用它來發布和接收指令、通報情況；民用船只也會用它來求援，或是傳遞其他信息。移動電話是目前應用最普遍的無線通信設備，只要在信號覆蓋的區域內，人們就可以自由地通話。另外，無線局域網、藍牙等技術，都是利用無線電技術在短距離傳輸數據。

無線電導航可以引導人們順利到達目的地。在這項技術中，衛星可以用無線電波測定載具的導航參數(如方位和速度)，算出與預定路線的偏差，以便及時更正，保持正確的航線。如果持續這個過程，無線電就可以連續進行定位，最終實現無線電導航。無線電導航不受時間和天氣限制，而且精度高、速度快操作簡便。現代無線通信技術更為發達，空間通信技術日趨成熟。在日常生活中，移動通信已經必不可少。移動通信經歷了1G（模擬）、2G（數字）、3G（高速）時代，目前已進入5G時期。從3G時代開始，移動通信真正將人們帶入多媒體移動通信時代，網頁、音樂、圖片、視頻等都可以在智能手機上實現很好的客戶體驗。

無線局域網絡在醫療、企業網絡覆蓋、倉儲管理、餐飲零售、視頻監控等方面都有廣泛的應用，在日常生活中WiFi熱點網絡的標識更是隨處可見。事實上WiFi是WLANA（無線局域網聯盟）的一個商標，WiFi是WLAN技術標準中的一個，WiFi的覆蓋半徑可達300英尺左右（約合90m），WLAN（加天線）則可達到5km。

在信息技術飛速發展的時代，物聯網風頭正勁，這一物物相連的網絡，將所有物體通過網絡連接起來。顯然如果通過有線網絡連接，此情景是不可想象的。物聯網用途廣泛，遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、環境監測、老人護理、個人健康、花卉栽培、水系監測、食品溯源、敵情偵察和情報搜集等多個領域，應用前景非常廣闊。

無線電技術在今天

在現實生活中，無線電技術存在感也很高，聲音的傳播需要無線電，如無線電報、調幅廣播、調頻廣播、航海與航空中所使用的語音電臺等。電話、電視、緊急服務、數據傳輸、藍牙、導航、雷達、加熱、動力、天文學等領域也離不開無線電技術。

有人這樣總結無線電，說它是人們實現自由溝通的“立交橋”。隨著無線電通信技術的迅猛發展，手機不僅滿足了人們隨時隨地自由通信的需要，還成為集通信、拍照、娛樂、理財、購物等多功能于一身的個人智能移動終端。早在2013年，就有數據顯示，我國手機用戶數量突破了11億，位列世界第一。曾經風靡全國的尋呼機，用于調度指揮的對講機，用于短距離無線通信的藍牙，用于無線局域網的Wi-Fi以及衛星電話，等等也都離不開無線電。公眾移動通信已經歷了5代演進。從只需滿足人們在移動過程中打電話的需求到移動通信(5G)的高速下載能力，無線電在其中發揮了重要作用。無線電還是豐富人們文化生活的“七彩虹”，廣播電視依靠無線電波，將每天發生在全球各地的新聞呈現在千里之外的我們面前。經過幾十年的發展，我國的廣播電視網絡已經成為世界最大的無線電廣播網絡。2013年的統計數據就已經表明：全國約有超過一半的家庭通過無線電視網收看電視，電視轉播發射臺超過1.5萬座，電視發射機突破3萬部。可以說，我們今天便利的生活，是建立在無線電技術的應用之上的。

重視無線電安全

長久以來，無線電的安全問題也引發了人們的思考。以認知無線電為例，它面對著五大安全威脅。第一，信息竊取。由于無線電通信的信息傳輸介質是開放的空間，這便大大地降低了非法截獲通信信號的難度。而且由于信號的截獲是無源的行為，提高了通過信號偵測的方法來發現問題的難度。第二，惡意干擾。無線電接收天線處于開放的空間當中，在接收有用信號的同時，也會受到空間中存在的各種無用信息的干擾。比如，某些惡意攻擊者可以任意地插入接收機的傳輸信道，降低接收機的輸入信噪比，影響到通信的有效性。另外，還會有一部分惡意攻擊者能夠通過模仿有用信號，使得接收機獲得錯誤信息。第三，認知用戶對于授權用戶的干擾。由于隱藏終端效應等環境因素，會導致認知用戶對于主用戶的感知不準確、不及時，授權用戶可能會受到干擾．造成用戶之間的不公平現象。第四，模仿授權用戶攻擊。在頻譜資源緊缺的情況之下，將有限的頻譜占為己有，在一些惡意的攻擊之中，還會破壞頻譜資源的可用性。第五，拒絕服務攻擊。在認知無線電網絡當中，公共控制信道是節點之間傳輸頻譜感知信息的物理基礎。攻擊者通過發送大量無用的控制信息，使得控制信道飽和，造成控制信道對于其他認知用戶不可用。同時，認知無線電還面臨著一些其他的安全威脅。例如，攻擊者能夠利用應用層各種協議的安全漏洞，通過病毒、木馬等惡意程序，來降低認知無線電的服務質量。

面對這些安全威脅，擴頻通信技術是解決信息竊取以及干擾問題的一條有效途徑。擴頻通信主要包括直擴、跳頻等，其主要思想是通過擴展通信信號的帶寬，來增強信號的隱蔽性與抗干擾能力。另外，更為嚴密的認證機制，還可用于防止信息數據的泄露。合適的密碼算法能夠使通信信號即使被截獲，也無法為竊聽者提供其感興趣的信息。更好地辨別授權用戶信號，是防御模仿授權用戶攻擊的一個根本性方法。為此，可以同時利用除信號本身之外的物理特征進行多維度的辨別。

為了提高人們對無線電重要性的認識，宣傳無線電作為通信載體，在促進教育發展、信息傳播以及自然災害中重大信息發布等方面所發揮的重要作用。2011年11月3日，聯合國教科文組織決定將每年的2月13日定為“世界無線電日”。當我們在享受無線電技術帶來便利的同時，也要重視其安全。各種無線電業務在不同的頻率上“各行其道”。無線電管理機構通過對這些“道路”進行科學規劃和管理，確保無線電波秩序的安全有序，為各類無線電業務的正常運行保駕護航。當然，營造和諧、綠色、安全的電磁環境也需要全社會的共同努力。

編輯：黃飛

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