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实施动态频谱管理 提高资源利用效率

【字体: 2018年03月16日 09:59 来源:中国无线电 作者:国家无线电监测中心 丁家昕 方箭 王坦

福建22选5规则 www.pk5d.cn 习近平总书记在主持中共中央政治局第三十六次集体学习时指出,要加快推进网络信息技术自主创新,加快数字经济对经济发展的推动,加快提高网络管理水平,加快增强网络空间安全防御能力,加快用网络信息技术推进社会治理,加快提升我国对网络空间的国际话语权和规则制定权,朝着建设网络强国目标不懈努力。

移动互联网、物联网作为构建万物互联、人机交互、天地一体的新一代网络空间的重要组成部分,在推进网络强国战略中发挥着重要作用。而无线电频谱是支撑移动互联网、物联网等新兴无线网络技术发展的重要战略资源,是实施网络强国战略的重要载体。

1无线电频谱资源的战略价值

1)无线电频谱资源的概念和内涵

根据国际电信联盟《无线电规则》和《中华人民共和国无线电频率划分规定》(以下简称《划分规定》),无线电频谱是指0~3000GHz范围内电磁波频率的集合。无线电频谱是一种自然资源,具有有限性、非耗竭性、传播固有性、易受污染性等特征?!吨谢嗣窆埠凸锶ǚā返谖迨豕娑ā拔尴叩缙灯鬃试词粲诠宜小?。为了充分、合理、有效地利用无线电频谱资源,《无线电规则》中定义了42种无线电业务,涵盖了所有的无线电应用。我国的《划分规定》将无线电频谱划分为若干频段,一种或多种无线电业务可在规定条件下使用某一频段。目前,由于技术发展所限,各类无线电应用主要使用60GHz以下的频谱资源,其中3GHz以下频段应用最为密集。

2)无线电频谱资源的经济价值和社会价值

相关研究表明,2013年我国无线电频谱相关产业核心产值的GDP占比为3.66%。预计到2020年,得益于移动互联网、物联网、云计算等的高速发展,这一比例将达到4.59%。2013年,全球移动通信系统协会(GSMA)发布的《欧洲频谱使用的评估》报告指出,预计到2023年,欧盟27国移动通信服务产生的年经济价值将达到4770亿欧元。近年来,各类无线电系统承载的安全、商业、公益等方面的应用越来越多,为丰富人们的物质生活和精神生活提供了有力保障,产生了广泛的社会效益。比如,在医疗方面,移动通信广泛应用于老人看护、远程诊疗、病情监控等;在教育方面,基于移动互联网的远程教学,使得优质教育资源随时随地可以被更多人获得。

3)无线电频谱管理

20163月发布的《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》第二十五章“构建泛在高效的信息网络”中,明确提出“优化国家频谱资源配置,加强无线电频谱管理”。一般认为,有效的频谱管理应遵循如下原则:

①无线电频谱的使用效率最大化;

②确保频谱能够用于新的技术和服务;

③公平、有效、透明的频谱授权过程;

④基于市场需求分配和授权频谱;

⑤促进市场竞争;

⑥确保频谱对于重要公共利益相关应用是可获得的。

我国主要利用法律、经济、行政和技术手段进行频谱资源管理。特别是新版《中华人民共和国无线电管理条例》于2016121日起施行,为无线电频谱管理提供了更加有力的法律手段。

2当前我国无线电频谱管理面临的主要问题

1)频谱资源供求失衡

从频谱资源的供求关系来看,一方面需求总量持续维持高位,并保持增长态势。随着移动互联网、物联网等新一代网络技术的飞速发展,无线技术宽带化、泛在化、协同融合的趋势越发明显,频谱需求呈现爆发式增长的态势。根据GSMA和中国信息通信研究院发布的最新报告显示,到2020年,中国的物联网连接总数将达到10亿,2030年,将达到百亿量级。另一方面,由于无线电波的传播特性及元器件的制造工艺等限制,最好用、常用的无线电频谱资源已分配殆尽,黄金频段很难找到大块频率来满足宽带化、泛在化的需求。

而这种供求失衡是结构性的。实际上,频谱资源在不同时域、频域、空域的使用效率差异较大。从频域来看,各行各业对于3GHz以下黄金频段的需求非常迫切,例如电信运营商、铁路、广电、民航等应用都集中于此频段;从地域来看,核心城区、人口密集区,无线电应用繁多,对频率需求相对较大,而偏远地区的需求量较小。

2)管理模式单一,且静态独占式分配较多

无线电频谱承载的业务中,既有面向群众日常生活的公众移动通信、广播电视等业务,也有民航和气象等涉及生命安全和公益性的业务,更有涉及国家安全的军事国防、抢险救灾等业务。针对不同性质的业务,应采用差异化的管理模式。

近年来,对于市场化程度高的无线电业务,欧美等国的频谱分配方式已经逐渐由较早的行政审批模式、评审模式转为拍卖、招标等市场化的模式。此外,作为一种高效的频谱管理模式,频谱“公用”模式(包括免执照和共享方式)也逐渐在世界范围内被采用。

目前在我国,行政审批仍是无线电频谱分配的主要方式,这种方式行政效率较高,便于集中管理。但对于某些商业竞争充分的频段而言,存在频谱资源价值体现不明显的问题。而且,绝大多数已分配频谱是采用独占式授权的方式分配和使用的。也就是说,无线电管理部门将不重叠的频带分配给特定的用户独占使用。这种分配机制,能够有效地避免系统间干扰,具备较高的可靠性和稳定性。但是,由于授权用户独占频段,对多数无线电业务类型来说,频谱使用效率相对较低,资源利用不够充分,加深了频谱的供需矛盾。

3)“事中事后”监管有待加强,闭环管理机制尚未形成

目前,频谱管理部门主要注重频率规划和分配等“事前”管理,在频率使用情况的评估与监督等“事中事后”的管理环节相对薄弱,没能形成有效的频率回收机制。这与十八大后,党中央新一届领导集体强调的简政放权、转变政府职能、加强“事中事后”管理的要求还有很大差距。对频率资源使用效率评价标准和方法的研究还处在探索阶段,距离建立健全频率回收、重耕和再利用的相关制度还有很长的路要走。另外,频谱资源闭环管理机制尚未形成。近几年来,无线电管理部门组织开展的频率使用评估工作,是加强事后监管工作的重要实践。

3动态频谱共享管理模式是提升我国无线电管理水平的有效途径

《国家无线电管理规划(2016-2020年)》明确指出“完善频率动态管理机制,推进频率利用由独享模式向共享模式转变”并“推动频率动态共享等技术的研发与使用”,表明我国无线电管理部门将动态频谱共享作为未来频率使用的重要方向之一。

1)动态频谱共享管理模式的概念及技术基础

以上分析可见,静态独占式频谱使用方式已经不能适应未来发展的需要。从技术上讲,动态频谱共享是大势所趋,它可以极大地提高频谱利用率。所谓动态频谱共享,是指将用户划分为主要用户和次要用户的基础上,频谱可以在多个维度被多个用户共享使用。也就是说,在保证主用户不受干扰的前提下,可以通过设计牌照权限,使得次要用户在一定的时间、一定的地点、一定的发射功率以及一定的干扰?;は拗葡率褂迷颈恢饕没Ф勒际褂玫钠灯鬃试?。

动态频谱共享可以通过不同的方法实现。目前,主要有以下两类:

①使用认知无线电技术(CR),实现动态频谱选择。CR技术能够自动地检测周围的无线电环境情况,智能地调整系统的参数以适应环境的变化,在对授权用户不造成干扰的前提下,从时间、空间、频率等多维度利用空闲的频谱资源。

②通过完善的数据库进行动态频谱管理。即次要用户通过查询数据库来获得一定区域内空闲频谱的情况,从而“见缝插针”地使用相应的频谱资源。目前,美国工作在电视“白频谱”上的免执照设备就是通过此原理来工作的。

2)实施动态频谱共享的步骤

①频谱评估

通过频谱评估,无线电管理部门可以对各个频段的使用情况进行较为全面的了解,从而为建设完善的数据库做准备。另外,对于那些使用效率较低的频段,在实施频谱共享之前,可以进一步进行频率的压缩、腾退或重耕。

为了较好地开展频率评估工作,需要建立一套完备的评估指标体系。大体上,评估指标包括三类:频率、台站、业务。其中,频率类指标以频率占用情况为分析目标,以全国频率数据库和无线电监测数据为主要数据来源开展分析;台站类指标以台站数量、覆盖、分布等为分析目标,以台站数据库为主要数据来源开展分析;业务类指标以无线电业务特征为分析目标,明确各类业务的服务质量要求、?;ひ蟮?。

②无线电业务分级

为了实施动态频谱共享,对无线电业务进行分级是必要的。通过分级,无线电管理部门可以明确哪些无线电业务能够接受共享方式使用频谱,从而引入共享执照,允许频率动态共享,并针对不同业务级别制定相应的共享方式。用于国家安全、政府事务、重大活动等的业务,可以明确不能与其他业务共享使用频率;即使共享使用,此类业务也具有绝对的优先级。一般的社会公益、商业等业务应用,可以以动态共享方式使用频谱,并视商业化程度及频谱占用度收取频占费。也可以根据具体特征进行细致的业务分类。

③建立频谱共享系统

为了实现动态频谱共享,从管理角度来看,无线电管理部门需要制定相关政策,以确保频谱共享涉及的当前主要用户和将以共享方式使用的次要用户的相关权益;从技术角度来看,在拟用于共享的频段,要建设完善的共享数据库或者研发采用最新认知无线电技术的无线电设备,并建立完善的接入控制机制,从而保障频谱共享的实施。

4我国实施动态频谱共享管理模式的基础

1)频率评估方面

在法律基础方面,最新颁布实施的《中华人民共和国无线电管理条例》第八章第五十八条明确规定“无线电管理机构应当建立无线电电磁环境监测和评估制度”。

在技术实践方面,2016年,国家无线电办公室在全国范围内开展了“频谱使用评估”专项活动,制定下发了多份规范性文件,对包括公众移动通信频率在内的部分重点频段进行了使用情况评估。在全国范围内,无线电管理机构累计开展道路监测近40万公里,监测时长近20万小时,采集数据超过30TB,基本掌握了所设定的评估频段的使用情况。201612月初,国家无线电办公室正式下发了《关于无线电频谱使用评估常态化试运行的通知》,对无线电频谱使用评估通用方法进行了规范,将频谱使用评估作为一项常态化工作确立下来。

2)频谱共享系统实践与研究方面

在全球大部分地区和国家,工作于5GHz频段的无线接入系统均采用动态频率选择(DFS)技术,对在用的雷达系统进行检测和避让,实现了无线接入系统与雷达系统动态共享频率资源。欧洲各国一直致力于授权频谱共享(LSA)的研究和实践,欧盟于2012年通过了开展无线电频谱政策计划的提案,支持LSA作为频谱共享的一种方式。20134月,芬兰在2.3GHz频段TD-LTE网络上进行了全球首次ASA/LSA频谱共享试验,意大利、法国也开展了与LSA类似的试验。在美国,动态频谱共享的实践工作主要集中在广播电视频段的白频谱和3.5GHz频段三层共享接入方案。上述案例,将为我国动态频谱共享实践提供经验。

目前,关于我国动态频谱共享的实践问题,主要还处于研究论证阶段,原“863”计划、原“973”计划、国家科技重大专项、国家科学自然基金等资助了一系列动态频谱共享的研究课题,对动态频谱共享技术的解决方案、关键技术、原型验证、频率管理等方面开展了论证和分析,项目主要聚焦于移动通信系统与广播电视和雷达系统的共享问题。

5实施动态频谱共享管理模式面临的挑战及应对措施

1)无线电业务分级体系有待逐步完善

对无线电业务进行适当分级,是实施动态频谱共享的前提基础。目前,在国际电联《无线电规则》层面,只将航空无线电导航、应急示位标等系统涉及的业务定义为安全业务,规定不能将其划分为次要业务。这种分级方法过于简单,当两类或多类无线电业务都不涉及安全应用时,业务分级不明确。

结合国外经验,进行频率评估后,在准备实施动态频谱共享的频段,可以将各类业务对应的用户定义为主接入用户、次接入用户和一般用户。主接入用户具有频段使用的最高优先级,需要在数据库登记其部署情况,保障其不受来自其他用户的有害干扰,在实际使用时具有频段的独占权,但在频段空闲时,应允许其他用户使用;次接入用户优先级次之,在特定区域拥有频谱短期优先使用权,可使用高功率传输,并享有一定的服务质量保证,免受其他次接入用户的干扰,次接入用户也须在数据库内登记,可以采取拍卖、二次交易等方式对次接入用户进行授权;一般用户优先级最低,不得对前两类用户产生干扰,它采用频谱感知或数据库登记等方式,在没有主接入用户和次接入用户使用的特定时间和区域内,才可接入频谱。当冲突发生时,一般用户有义务腾出频谱使用权,其设备应具备多频段操作能力和动态频谱选择功能;当某一频段不可用时,设备可以在不同频带间切换,以保证其正常工作。一般授权用户可免费使用频段,但只允许低功率发射。

建议无线电管理部门组织相关研究机构,逐步梳理现有42种无线电业务在各频段对应系统的使用特征和应用范围,以推动业务分级管理的实施。

2)频谱资源市场化分配机制有待完善

2002年,我国首次采用评选招标的方式分配频谱资源,进行了市场化方式配置频谱的有益探索,积累了一定经验。但近15年来,始终采用行政审批方式授权频谱使用,授权业务独占频率的思想在各用频行业与部门内根深蒂固。

市场化管理模式涉及频谱牌照的初次发放和频谱使用权的转移等。无线电管理部门除通过先到先得、选美式评审等行政管理模式外,主要还应通过招标、拍卖等市场化方式,为特定地点的特定频谱资源分配运营牌照;而频谱牌照的持有者在执照有效期内也可以通过二次交易分割和交易频谱使用权,二手市场的价格由供需双方决定,从而使频谱价值达到最高。只有充分引入这些市场化的手段,动态频谱共享中的各级用户才有共享频谱资源的动力,才会在经济效益、社会效益等各方面谋求最大化。

所以,无线电管理部门应继续积极稳妥地推进市场化方式配置频谱资源的研究和试点工作,将行政分配和市场配置结合起来,将不断深化市场在资源配置中起决定性作用和更好地发挥政府作用结合起来,切实增强频谱资源集约高效使用的能力,切实提高我国无线电频谱的管理水平。

参考文献:

[1]《中华人民共和国无线电频率划分规定》,20142

[2]《中华人民共和国无线电管理条例》,201612

[3]《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》,20163

[4]国家无线电管理规划(2016-2020年)

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[7]国家无线电办公室.《国家公众移动通信频谱使用评估报告》,201612

[8]尹华川,万晓榆,张炎.《中国无线电频谱拍卖机制研究》.科学出版社,2013

[9]张晶,陆音.《动态频谱接入:起因、分类与内涵》.科技信息,2012年第36

[10]杨淼,方正,李明明.《美国频谱高速公路计划浅析——转变频谱结构,加强频谱管理,实现频谱共享》.数字通信世界,20132

原文登载于《中国无线电》杂志2018.01期,如需转载请与该杂志社联系。


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标签:无线电管理 动态频谱共享 频谱评估 业务分级 阅读:7569
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