移动网络山寨版（OpenBTS）【2】频段的故事

【2】频段的故事

OpenBTS系统有两个看点。一个是无线收发，尤其是频段的处理，另一个是网络系统，尤其是替代传统的基站（BTS），基站控制器（BSC），移动控制中心（MSC），以及（HLR/VLR）的另类方案。

先说频段，故事要从1894年说起。这一年，德国物理学家Heinrich Hertz去世。Hertz一生成就颇丰，其中最重要的莫过于发现了电磁波。Hertz去世以后，生前没有发表的笔记被整理出版。这一年，年仅20岁的意大利小伙子Guglielmo Marconi去阿尔卑斯山休假，行李里揣着一本Hertz笔记。在寂静而空气清新的山里，Marconi潜心阅读这些笔记。读着读着，灵感突现，他想到或许可以利用发射和接收电磁波的办法，来实现信息传递。越想越兴奋，于是他放弃了休假，连忙下山，回到实验室里奋战了十多天，历史上第一台无线电报机就这样问世了。

接下去找风险投资，但是找遍意大利，没人理会。无奈之下，两年后，Marconi决定去闲钱比较多的英国碰碰运气。果然伦敦是Marconi转运之地，无线电报这个发明，得到了英国邮电部总工的青睐。有了强大的资金做后援，无线电报的发展一帆风顺。无线电台的发射半径从6公里，到16公里，急剧扩大到3000公里。很快，越洋电报实现了，Marconi的事业扩张到了北美。
 

Figure 7. Marconi‘s antenna for cross-ocean telegraph, Poldhu, England, 1901. [1]
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Figure 7是Marconi在1901年，于英国东南角的一个乡村Poldhu，架设的越洋电报天线。电报机十分庞大，安置在图中左下角的小屋里。电报机运转时，几千米以外能听到轰鸣声，夜里还能看到小屋里闪烁着的断断续续的刺眼的蓝色电弧光，情景十分恐怖[1]。

不仅恐怖，而且还有尴尬。当Marconi的事业扩张到了美国的时候，遇到了强劲的对手，美国发明家Lee De Forest。De Forest是Illinois的一位大学教授，三极电子管就是他的发明，一直到了1948年，William Shockley等人发明了晶体管以后，三极管才逐渐淡出历史舞台。De Forest也搞了一套无线电报系统。尴尬的事情发生了，两套系统不能同时用。无奈之下，双方只好协商，以五分钟为一段落，双方轮流使用。

为什么同一时段不能有多个无线电报系统同时工作？因为Marconi和De Forest的无线电报机的工作原理相似，都是使用放电（Spark Gap）的方式，产生电磁波，通过控制放电的节奏，使电磁波传递摩斯码（Morse Code），而摩斯码承载的是需要传递的信息。Spark Gap方式产生的电磁波，占据了全部电磁波频段，所以一山不容二虎，唯一可能的合作方式是大家轮流坐庄。

这一困境，终于在1906年，被加拿大神童Reginald Fessenden突破。Fessenden只有14岁的时候，就已经展现出了突出的数学天才，被校方指派代课数学，给其他小朋友上课。此后，他投身无线电研究，并且在40岁的时候，发明了大家现在耳熟能详的调幅（Amplitude Modulation）载波技术（Radio Carrier Wave）。Fessenden的办法，比Marconi和De Forest的办法有两个优势，一个是突破了摩斯码的限制，提高了信息传递的效率，另一个是允许多个无线电台同时工作。

1. 所谓调幅，就是通过调整电磁波的振幅，来传递信息。如果振幅只有高低两种状态，那么载波传递的就是摩斯码。如果把振幅设定为多种状态，那么载波传递的信息就远比摩斯码丰富。

2. 当多个无线电台同时工作时，每部电台占用一个频率，这样就避免了相互干扰。

如果说Marconi开拓了无线通讯这个新领域，那么这个领域走向成熟，离不开Reginald Fessenden的贡献。调幅载波这个发明的意义很大，它不仅解决了一两个技术难题，而且发现了一个新的思路。这个思路就是载波，不仅调幅可以载波，而且调整频率或者调整相位也可以载波。所以，调频（Frequency Modulation）技术的出现是顺理成章的后续发展。1933年，调频技术专利由美国人Edwin Armstrong获得[2]。

在无线电技术突飞猛进的同时，世界经历了一战，而且二战的威胁也越来越强烈。美国军方认为，无线电技术被英资背景的Marconi公司把持，对美国国家安全不利。在美国海军的操纵下，通用电气买下了Marconi美国分公司的资产，并联手其它美国公司，包括AT&T，西屋电气等等，成立了美国无线电公司（Radio Corporation of America），垄断美国无线电业务。

Figure 8. RCA chief David Sarnoff jumps for joy on Dec 17, 1953 upon being informed the FCC has approved the RCA/NBC color TV standard [4].
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提到RCA，不能不说David Sarnoff。Sarnoff出身在一个贫穷的俄国犹太移民家庭，幼年时沿街卖报补贴家用。15岁时，进Marconi美国分公司做学徒。虽然没有扎实的教育基础，但是凭着他的勤奋和天份，Sarnoff步步高升，13年后出任公司商务经理。

1919年，通用电气购买了Marconi美国分公司，并成立RCA公司，Snarnoff也随即成为RCA雇员。次年，Sarnoff开始掌舵RCA，在位时间长达半个世纪。在他的推动之下，广播和电视成为新兴产业，NBC和ABC成长为覆盖全美的媒体寡头，同时带动了从通讯设备到个人电子消费品的整个产业链的繁荣。1970年，79岁高龄的Sarnoff退休，并把如日中天的RCA交给自己的儿子。可惜儿子没有继承父亲的衣钵。RCA从此江河日下，苟延残喘到了1986年，终于寿终正寝。

历代都有商业巨子，但是像David Sarnoff这样，能够洞悉新技术的潜力，正确地预见一个新兴产业的前景，并且大刀阔斧地迅速做大做强，在人类历史上并不多见。

1906年，Sarnoff进Marconi美国分公司做学徒，十年后，他对无线电这个新技术的理解已经非常透彻。当时学者专家们对于电磁波应用的设想，停留在电报和电话这些点到点的通讯领域，而Sarnoff另辟蹊径，他认为可以把无线电技术移花接木，应用在其它领域。1916年，他提出“音乐匣子”的设想，也就是收音机和广播电台的雏形。但是因为第一次世界大战，收音机的设想直到1921年才实现。这一年，Sarnoff成功地组织了一场拳击比赛的实况广播，吸引了30万听众。一旦证实了广播市场大有可为，Sarnoff孤注一掷般疯狂推进，在不到两年的时间，就确定了RCA在新兴的广播市场的霸主地位。

广播业务高歌猛进，1926年，Sarnoff把广播业务从RCA公司中独立出来，成立NBC广播公司。很快，NBC成为全美媒体的巨无霸公司。1943年，迫于反垄断压力，NBC被一拆为二，成为NBC和ABC两家公司。二战结束后，电视业务也突飞猛进。NBC和ABC成为广播和电视双栖巨头。

广播电视业的繁荣，加上电报等等通讯事业，导致无线电频段的占用日益拥挤。1934年，美国成立了联邦通讯委员会（Federal Communications Commission, FCC），负责协调频道的分配等等事项。


Reference,

[1] The Marconi section of the broadcast archive. (http://www.oldradio.com/archives/jurassic/marconi.htm)
[2] The father of FM. (http://inventorspot.com/father_of_fm?page=0%2C2)
[3] RCA History. (http://en.wikipedia.org/wiki/RCA)
[4] David Sarnoff‘s jumps for joy. (http://www.cedmagic.com/featured/war-worlds/sarnoff-jumps.html)