無(wú)處不在的射頻噪音如何影響我們的生活 - 全文

Roberson 住在伊利諾伊的惠頓學(xué)院，每次當(dāng)他開(kāi)車接近位于山頂?shù)碾娮幼儔浩鲿r(shí)，車子的調(diào)頻收音機(jī)就會(huì)嘟嘟響個(gè)不停。當(dāng)他在芝加哥路過(guò)一個(gè)高速列車經(jīng)過(guò)的路口時(shí)，其正在通話中的手機(jī)都會(huì)立馬斷線。有相同遭遇的Matheson 已經(jīng)開(kāi)始訓(xùn)練自己習(xí)慣這一事實(shí)，他每次都要等到播放電視廣告時(shí)才會(huì)使用自己的電動(dòng)牙刷，因?yàn)橹灰淮蜷_(kāi)電動(dòng)牙刷，臥室中的電視所播放的畫(huà)面和聲音就會(huì)受到干擾。

這就是射頻噪音污染對(duì)于我們生活的干擾，它無(wú)處不在。這是一種你看不見(jiàn)、聽(tīng)不到、聞不著也嘗不到的污染物。你不能將它召喚出來(lái)在閑暇時(shí)分好好研究一番，因?yàn)樗雄櫜欢?，處處都有它的身影。事?shí)上任何一個(gè)電子設(shè)備都能發(fā)出射頻噪音，從發(fā)電機(jī)到汽車引擎，再到你桌上的電腦都無(wú)一幸免。那些看隨處可見(jiàn)的高壓霓虹燈和我們屋內(nèi)的日光燈鎮(zhèn)流器一刻不停地在發(fā)出高頻率的嘟嘟聲，你敢說(shuō)沒(méi)有聽(tīng)到過(guò)？工業(yè)機(jī)械、電梯、電焊工、繼電器、電源開(kāi)關(guān)，甚至是用來(lái)調(diào)節(jié)臺(tái)燈亮度大小的開(kāi)關(guān)，都加入到了這個(gè)射頻噪音軍團(tuán)中。（當(dāng)然了，這種噪音的天然來(lái)源也是無(wú)處不在，閃電、太陽(yáng)耀斑都包含其中，但是在本文中我們不會(huì)對(duì)天然來(lái)源進(jìn)行討論。）

由射頻噪音污染帶來(lái)的問(wèn)題可以分為以下四類：首先，它增加了部署無(wú)線系統(tǒng)的成本，因?yàn)樗鼫p少了設(shè)備的電池壽命；其次，它在廣泛的頻率之中帶來(lái)了多種多樣的干擾；同時(shí)，現(xiàn)如今還沒(méi)有針對(duì)這一噪音污染的政策干預(yù)，因?yàn)槟闶艿降母蓴_越多，就需要在更多的頻段中進(jìn)行轉(zhuǎn)換以將信息發(fā)出。因此現(xiàn)實(shí)中的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)其實(shí)并不能達(dá)到人們預(yù)先設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)傳輸效率。最后，想要追蹤射頻污染的源頭是非常昂貴的，當(dāng)你想要去查個(gè)究竟的時(shí)候，只要電子設(shè)備使用者將其停用就難以查出源頭。

可想而知，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)全面進(jìn)入生活中時(shí)，這種射頻噪音污染會(huì)更加嚴(yán)重。物聯(lián)網(wǎng)的普及會(huì)使我們身邊無(wú)數(shù)的普通物件都被安裝上復(fù)雜的射頻控制芯片，比如門(mén)鎖、電燈開(kāi)關(guān)以及所有的電器，連汽車甚至是我們的身體都有可能被裝上芯片，這一切都是為了讓萬(wàn)物都能連上網(wǎng)。每一個(gè)芯片都會(huì)變成潛在的射頻噪音污染源。雖然有很多技術(shù)手段可以用于解決這一問(wèn)題，但是由于被使用于各種產(chǎn)品中的射頻控制芯片數(shù)量太過(guò)龐大，這也就意味著制造商不會(huì)有動(dòng)力去為他們的產(chǎn)品增加屏蔽噪音的功能，因?yàn)檫@無(wú)疑會(huì)增加其制造成本。我們常說(shuō)沉默是金，沒(méi)錯(cuò)，想要獲得一個(gè)靜謐的環(huán)境也是要花錢(qián)的。

與射頻噪音抗?fàn)幍睦彂?zhàn)

是時(shí)候讓我們公開(kāi)討論射頻噪音污染這一問(wèn)題了，關(guān)于這一問(wèn)題的研究在數(shù)十年前就已經(jīng)展開(kāi)，我們只不過(guò)是將這個(gè)問(wèn)題重新帶回公眾視線中。

不管你是否相信，美國(guó)直到上世紀(jì)70 年代中期才由電信科學(xué)研究所展開(kāi)了針對(duì)射頻噪音的系統(tǒng)性研究。而此時(shí)，始于商業(yè)廣播電臺(tái)的人造電子噪音已經(jīng)困擾了人們近半個(gè)世紀(jì)。噪音問(wèn)題隨著電子產(chǎn)品與無(wú)線系統(tǒng)使用的增多而不斷增長(zhǎng)，在這期間很多細(xì)節(jié)已經(jīng)隨著使用產(chǎn)品的不同而發(fā)生了改變。

早在1927 年時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)了可以抑制射頻噪音的方法，這種方法能夠讓人們開(kāi)車依然正常收聽(tīng)車內(nèi)收音機(jī)。但是直到上世紀(jì)30 年代末，全美國(guó)也才有20% 的汽車裝有內(nèi)置收音機(jī)，這也就意味著有80% 的車主其實(shí)并不會(huì)想到使用噪音抑制裝置。而當(dāng)電信科學(xué)研究所在上世紀(jì)60 年代中期至70 年代初期進(jìn)行廣泛的射頻噪音評(píng)估時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕大部分汽車都沒(méi)有使用射頻噪音抑制裝置。這些汽車制造了嚴(yán)重的電子噪音，測(cè)量人員甚至可以聽(tīng)到隔了幾個(gè)街區(qū)之外的噪音。

如今每一輛汽車中都裝有收音機(jī)，但是發(fā)出噪音的火花塞問(wèn)題已經(jīng)不再是個(gè)困擾。這個(gè)消音過(guò)程仍在持續(xù)：在上世紀(jì)60 年代，安靜的交流電機(jī)開(kāi)始取代了吵個(gè)不停的發(fā)電機(jī)，電子點(diǎn)火器也替代了發(fā)出噪音的配電器。與此同時(shí)，電子開(kāi)關(guān)取代了鬧哄哄的繼電器。如今越來(lái)越常見(jiàn)的電動(dòng)汽車將會(huì)帶來(lái)比普通汽車更多的電子噪音干擾，但是它們已經(jīng)做到了充分抑制噪音以保證手機(jī)與車內(nèi)收音機(jī)的工作。同樣的改進(jìn)還出現(xiàn)在辦公場(chǎng)所與家居生活中，早期的燈光調(diào)節(jié)器通常都會(huì)發(fā)出電子噪音，而今天的同類產(chǎn)品則安靜得多。個(gè)人電腦也針對(duì)靜音問(wèn)題進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部與外部的無(wú)線數(shù)據(jù)連接過(guò)程中降低了電子噪音。

雖然人們已經(jīng)為此做出了許多努力，但是射頻噪音問(wèn)題還是日益嚴(yán)重。盡管大多數(shù)的電子設(shè)備帶來(lái)的射頻噪音污染相比它們的前輩已經(jīng)有所削減，但是要知道，我們?nèi)缃袢粘Ｉ钪惺褂玫碾娮赢a(chǎn)品也比過(guò)去多得多。而另一個(gè)使射頻噪音污染問(wèn)題更加嚴(yán)重的原因在于電網(wǎng)已經(jīng)迅速擴(kuò)展，風(fēng)電場(chǎng)與家用太陽(yáng)能發(fā)電也接入其中。當(dāng)這些設(shè)備生成電力并將其傳輸回流進(jìn)電網(wǎng)的時(shí)候，它們需要大量的60 赫茲功率乃至更高速率的直流電開(kāi)關(guān)。如果在過(guò)程中操作不當(dāng)，它們也將為電網(wǎng)帶去大量的射頻噪音。那些沒(méi)有專家維護(hù)設(shè)備的且使用風(fēng)電系統(tǒng)和太陽(yáng)能發(fā)電的普通家庭，將因此面臨被放大了的射頻噪音污染風(fēng)險(xiǎn)。

讓事情變得更糟的是如今的電子產(chǎn)品對(duì)于射頻噪音更加敏感了。很多新的無(wú)線系統(tǒng)，包括智能手機(jī)所使用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)，都被設(shè)計(jì)成盡可能使用較低功率來(lái)保證基本功能的運(yùn)行。這就意味著只需要一點(diǎn)點(diǎn)的射頻噪音干擾就足以減少智能手機(jī)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的覆蓋范圍。

有一些日常電子設(shè)備的固有功能中就包含了不必要的能量傳輸，比如說(shuō)微波爐，它用于烹飪食物的射頻能量中同樣包含了大量的射頻噪音。當(dāng)微波爐的射頻屏蔽裝置不完善時(shí)，就會(huì)使得這種射頻能量泄露并且影響到其他電子設(shè)備的運(yùn)作。射頻噪音還有可能來(lái)源于設(shè)備的缺陷，比如說(shuō)一個(gè)在高壓電力傳輸系統(tǒng)絕緣罩上出現(xiàn)的小小缺口。這一類疏忽會(huì)出現(xiàn)在意想不到的時(shí)間與地點(diǎn)，制造出頻率難以被預(yù)測(cè)的噪音。

射頻噪音污染問(wèn)題到底有多嚴(yán)重？

城市之中的射頻噪音比郊區(qū)要高得多，這是因?yàn)槌鞘兄袇R集了數(shù)量繁多且種類各異的電子設(shè)備，城市當(dāng)中的個(gè)人電腦、收音機(jī)、家用電器以及工業(yè)電子設(shè)備都要被鄉(xiāng)村地區(qū)更為密集。

為了勾勒出一個(gè)具有代表性的射頻噪音地圖，我們選擇了一個(gè)典型的美國(guó)城市郊區(qū)作為采集地。我們?yōu)樵胍舯O(jiān)測(cè)車配備了頂部天線、GPS 接收器以及一個(gè)外形小巧的訂制的頻譜測(cè)量?jī)x器。我們開(kāi)著這輛全副武裝的車子穿過(guò)北弗吉尼亞，這條路線經(jīng)過(guò)了許多高壓與低壓輸電線路，大約覆蓋了10 平方公里地區(qū)。

我們將頻譜接收器設(shè)置到10 頻段，范圍從100 到1500 兆赫，這個(gè)范圍應(yīng)該可以覆蓋大部分未知的信號(hào)。為了能夠檢測(cè)到供電開(kāi)關(guān)的噪音水平，我們關(guān)注100 千赫左右的噪音振幅變化，而為了能檢測(cè)到輸電線路的射頻噪音，我們還關(guān)注60 赫茲到120 赫茲的噪音振幅變化。

我們沿著一條高壓輸電線路開(kāi)了很長(zhǎng)一段時(shí)間，卻并沒(méi)有檢測(cè)到很多射頻噪音，不過(guò)我們發(fā)現(xiàn)了會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)一些熱點(diǎn)。這表明此處的射頻噪音的來(lái)源并不是系統(tǒng)性因素，在高壓輸電線路中并不存在設(shè)計(jì)缺陷。但是這些被檢測(cè)到的隨機(jī)出現(xiàn)的射頻噪音熱點(diǎn)有可能是松動(dòng)的螺母，或者是線路絕緣材料破裂造成的。如果電力公司能夠定期維修線路，這些射頻噪音將不會(huì)成為問(wèn)題，但是在現(xiàn)實(shí)中電力公司往往要等到有人開(kāi)始投訴才進(jìn)行電路整修。

在我們的這次測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，最有可能產(chǎn)生射頻噪音的戶外高壓線路其頻率比500 MHz 高出了10%。在離這條高壓線路100 米遠(yuǎn)處，其被檢測(cè)出的噪音水平達(dá)到了令人吃驚的程度，在某些情況下這種噪音可以達(dá)到60 分貝，這已經(jīng)超出了在正常的環(huán)境下能夠存在的熱噪聲水平。

我們這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃屇銓?duì)于城郊環(huán)境中的射頻噪音分布具有基本的認(rèn)識(shí)。讓我們感到吃驚的是，自從30 多年前電信科學(xué)研究所展開(kāi)針對(duì)射頻噪音的調(diào)查之后，此后再?zèng)]有人使用可靠的測(cè)量手段對(duì)于射頻噪音進(jìn)行完整的、具有統(tǒng)計(jì)意義的調(diào)查。隨著時(shí)間、地點(diǎn)、頻段以及操作環(huán)境的變化，射頻噪音的水平也會(huì)發(fā)生明顯的改變。比如說(shuō)我們通常認(rèn)為高于100 MHz 的頻段中就不應(yīng)該有射頻噪音存在，但是在這次我們條件有限的測(cè)量中也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了該頻段中存在大量的射頻噪音。

最大的問(wèn)題在于沒(méi)有意識(shí)到問(wèn)題的存在

真正令人擔(dān)憂的是，沒(méi)有人知道近年來(lái)戶外射頻噪音水平到底是增加了還是減少了。針對(duì)室內(nèi)環(huán)境也是如此，如今在室內(nèi)存在著如此多的無(wú)線設(shè)備，但是卻沒(méi)有人系統(tǒng)地進(jìn)行過(guò)測(cè)量。事實(shí)上，建筑物內(nèi)的射頻噪音已經(jīng)成為了一個(gè)大麻煩。在一個(gè)普通的中產(chǎn)階級(jí)家庭當(dāng)中如今已經(jīng)擺滿了能夠制造射頻噪音的各種電子設(shè)備，還記得本文開(kāi)頭提到的電動(dòng)牙刷嗎？這些能夠發(fā)出噪音的電子產(chǎn)品還包括了筆記本電腦電源、電動(dòng)工具、LED 燈控制器以及所有存在設(shè)計(jì)缺陷的電子設(shè)備。

射頻噪音確確實(shí)實(shí)會(huì)對(duì)于你的手機(jī)信號(hào)接收產(chǎn)生干擾，但是你要如何發(fā)現(xiàn)它呢？這就是問(wèn)題所在，你可能根本不知道自己的手機(jī)信號(hào)接收不良是因?yàn)樯漕l噪音的存在。

新式的無(wú)線電信號(hào)發(fā)射器以及它們的故作玄虛的數(shù)字調(diào)制方案在發(fā)生故障時(shí)不會(huì)為你留下準(zhǔn)確的線索。老式的系統(tǒng)則透明的多——「聽(tīng)上去似乎是汽車引擎干擾了我的信號(hào)」。自動(dòng)糾錯(cuò)方案和重傳方案可以完全將那些對(duì)于用戶信號(hào)的干擾隱藏起來(lái)。你唯一能夠發(fā)現(xiàn)蛛絲馬跡的地方就是手機(jī)性能越來(lái)越差，或者是手機(jī)電池的續(xù)航時(shí)間比以前差得多。即使我們能收集到大批用戶對(duì)此的批評(píng)抱怨（況且現(xiàn)在還沒(méi)有），可能對(duì)于解決問(wèn)題也無(wú)濟(jì)于事。

想要解決開(kāi)始解決這個(gè)問(wèn)題，我們就需要大范圍的收集統(tǒng)計(jì)射頻噪音相關(guān)數(shù)據(jù)。我們需要確定射頻噪音在何時(shí)何地出現(xiàn)以及處于那一頻段之中，并且在每一次監(jiān)測(cè)中都追蹤到它的來(lái)源。我們需要取得在不同的電子環(huán)境、人類活動(dòng)、建筑規(guī)范、天氣以及地形條件下的測(cè)量樣本。

一個(gè)人在他的新家廚房天花板裝上了LED 燈，并且配上了調(diào)光器開(kāi)關(guān)。他鎮(zhèn)上的幾個(gè)鄰居卻開(kāi)始發(fā)現(xiàn)自家車庫(kù)門(mén)開(kāi)關(guān)變得不太靈光了。在幾周后，這個(gè)人終于發(fā)現(xiàn)了原來(lái)是自己的廚房燈具影響了鄰居車庫(kù)大門(mén)的運(yùn)作。他嘗試了各種方法去修正這個(gè)問(wèn)題都失敗了，不得已只好將調(diào)光開(kāi)關(guān)換成了普通的開(kāi)關(guān)，噪音干擾果然消失了。這是一個(gè)真實(shí)的故事。沒(méi)有人對(duì)此地的射頻噪音做任何測(cè)量，當(dāng)?shù)氐穆?lián)邦通信委員會(huì)辦公室也不想要知道這一情況。那么這到底能怪誰(shuí)呢？是錯(cuò)誤地使用了調(diào)光開(kāi)關(guān)還是安裝環(huán)節(jié)發(fā)生了錯(cuò)誤？如果調(diào)光開(kāi)關(guān)本身就是罪魁禍?zhǔn)?，那么全美?guó)有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的調(diào)光開(kāi)關(guān)，它們會(huì)造成何種干擾，沒(méi)人知道。

建立噪音數(shù)據(jù)庫(kù)成為解決問(wèn)題關(guān)鍵

如果我們能夠建立起相關(guān)的噪音數(shù)據(jù)庫(kù)，在理論上是可以讓當(dāng)局修改如今的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的，甚至可以進(jìn)一步利用這些數(shù)據(jù)去影響未來(lái)幾十年的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。其中最難的部分就是在成本與效益之間設(shè)立一個(gè)保持平衡的標(biāo)準(zhǔn)。然而現(xiàn)在我們面臨的狀況是幾乎所有的相關(guān)數(shù)據(jù)都缺失，我們只能在自己收集到的非常有限的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上采取行動(dòng)，因此也難以去證明射頻噪音問(wèn)題是不是一個(gè)廣泛存在的問(wèn)題。

監(jiān)管部門(mén)需要改變分配電磁波頻譜的方式，如今的監(jiān)管者只擔(dān)心其中一種非常確定的干擾源即廣播電臺(tái)，但是他們卻忽視了射頻噪音的存在。相對(duì)于那些已知的干擾源來(lái)說(shuō)，射頻噪音造成的干擾會(huì)嚴(yán)重得多。

即使你從來(lái)沒(méi)有因?yàn)槭褂秒妱?dòng)牙刷而干擾到自家電視的信號(hào)，你的手機(jī)通話也沒(méi)有因?yàn)榻咏儔浩鞫淮驍啵闳匀怀袚?dān)了射頻噪音污染帶來(lái)的成本。因?yàn)槟闼蕾嚨臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不得不在設(shè)計(jì)上持續(xù)改進(jìn)以處理不斷加劇的噪音。在電子設(shè)備越來(lái)越普及且使用的頻段越來(lái)越集中時(shí)，射頻噪音問(wèn)題只會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。消除射頻噪音沒(méi)有什么一勞永逸的方法，因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題不僅僅出在設(shè)計(jì)與維修中，它還有一定的隨機(jī)性，因此我們難以排除造成射頻噪音的其他影響因素。

無(wú)論如何，現(xiàn)在因?yàn)槿笔漕l噪音基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以至于難以衡量該問(wèn)題的嚴(yán)重性，這種狀況是不能被接受的。在我們采取行動(dòng)之前，首先需要數(shù)據(jù)的支持去理解射頻噪音在無(wú)線通信中扮演的角色。如果放任射頻噪音問(wèn)題不去解決，之后想要解決問(wèn)題付出的代價(jià)會(huì)越來(lái)越大。