工业4.0时代 如何解决海量增长的用频需求之忧
当前，全球工业正处于新一轮科技革命与产业变革的关键时期，德国提出的“工业4.0”概念得到了业界的广泛关注，各工业强国纷纷推出类似的“再工业化”和“制造业回归”战略。在今年我国政府工作报告中，国务院总理李克强提出“中国制造2025”战略，被称为中国版的“工业4.0”。“工业4.0”强调物联网、服务性互联网和商业信息技术间越来越紧密的联系，最终传统工业生产控制系统将逐渐演进成兼具智能化和网络化功能的信息物理系统，工业物联网的大规模应用将成为可能。但与此同时，这种大规模应用的工业物联网必将对频谱资源产生强烈的需求，如何满足用频需求，已经成为“工业4.0”时代必须面对的主要问题。
新时代用频现三大趋势
“工业4.0”时代是具有智能化、网络化功能的工业物联网建设高速发展的时代。一方面，庞大的工业物联网通过Things to Things（物到物）的通信方式，使人、机器和系统三者之间实现智能化、交互式的无缝连接，改变传统工业生产控制方式下被动获取少量信息的信息收集方式，实现了自动、准确和及时地收集生产参数，数据传输量大增；另一方面，庞大的工业物联网涵盖了大量的无线传输终端，上万亿的无线传输终端间传输的信息不仅仅是自身的信息，还有大量中继转发其他相邻无线终端发送的信息，这样就导致数据传输量急剧增加。因此，在“工业4.0”时代，频谱需求绝不是如今已分配的移动通信和无线接入频率所能承载的，必将向大量宽带方向快速发展。
同时，随着“工业4.0”时代的到来，工业物联网将被广泛应用于大范围的供应链管理、生产过程工艺优化、设备监控管理以及能耗控制等各个环节，覆盖范围从局部性的小规模部署向国家或区域性的大规模应用转变，构成全新的广域网络，形成了真正的物物互联。随着网络规模逐渐扩大，用频场景也从物物间的短距离、局域性和小规模通信，向网络间的长距离、区域性和大规模通信模式转变。
此外，用频环境也从特定简单向多样复杂方向转化。在“工业4.0”时代，由于采用无线方式传输数据的设备量激增，电磁干扰的隐患加剧，用频环境异常复杂。在生产制造过程中，用于数据感知的传感器节点遍布工业生产的各个环节，生产制造环境不但充满强电磁干扰、金属介质和多障碍等多元干扰元素，而且还动态存在 “人、物料、设备、生产过程、产品”等众多参与生产的元素，这种复杂的电磁环境严重影响传感器获得感知数据的准确性。在数据传输时，由于工业生产环境的特殊性，使得工业物联网中的传感器节点传输数据不但存在更多大型器械、金属管道等对无线信号反射、散射造成的多径效应，而且还将受到马达、器械等运转时产生的电磁噪声对无线通信的干扰，导致数据传输的实时性、可靠性和准确性受到严重影响。
频谱使用面临严峻挑战
“工业4.0”时代，物联网广泛应用在制造业领域，大量应用必将导致对频谱资源需求的急剧增加，由于频谱资源的有限和用频技术发展的局限性，频谱资源短缺问题就显得十分严重。在“工业4.0”时代，新型传感器技术、二维码、NFC和射频识别（RFID）技术等大量无线通信新技术将得到长足发展，各种新型无线应用不断涌现，通过海量应用的无线智能终端，实现实体物理世界与虚拟网络世界间的相互融合，实现资源、信息、物品和人之间的互联互通，无线通信成为万物互联的主要通信模式，用频需求显著增长。据IDC分析家预测，2020年全球联网的“物体”装机总量将达2120亿个，其中将有301亿个为“物”联网。另据我国研究机构预测，由于无线通信量激增，2020年我国4G的频谱需求是1560MHz~1980MHz，频率缺口将达到1035MHz~1455MHz，物联网频谱需求为1248MHz~1584MHz，缺口与4G相当。
同时，随着“工业4.0”时代的到来，各种新型无线电设备不断涌现，届时全球在工业生产领域将有上万亿个不同种类的机器和设备通过无线通信技术连接，在这些设备中每个具有无线电发射功能的设备就是一个台站，如何管理海量的台站设备将成为无线电台站管理工作需要面对的主要问题。此外，在工业生产领域短距离、微功率的各种无线新技术和新应用急剧增加，使得电磁环境异常复杂，带来大量新的干扰问题。这些无疑会给无线电管理工作带来巨大的挑战。
为了解决干扰问题、满足用频需求，我国亟须健全无线电管理法律法规制度。到今年，我国现行的《中华人民共和国无线电管理条例》已经颁布实施20多年。随着时代的发展，其逐渐暴露出诸多不适应性。而《无线电管理收费规定》、《无线电管理处罚规定》等在形式上仅属于规范性文件，无法从法律层面保障物联网设备的用频环境要求，这与无线电管理对国家战略资源管理的重要性严重不符。由于缺乏法律层级的依据，无线电管理工作者在查处干扰事件时，对于干扰问题的处罚存在执行难问题，不利于有效打击用频干扰破坏行为。
四管齐下解决用频之忧
注重顶层设计，统筹协调频谱资源。在推动“工业4.0”发展的进程中，相关顶层设计文件中应突出保障用频需求的重要性，明确保证用频需求。建议政府相关部门通过科学规划，运用多种手段，合理配置频谱资源，加强对部分频段的调整，做到统筹协调，切实推进频谱资源在工业生产领域的高效集约利用，保障我国在“工业4.0”时代的用频需求。特别是重点做好“宽带中国”、物联网、下一代通信网络等新兴产业的用频规划和保障工作，促进产业快速发展。
创新管理方式，保障产业发展需要。在无线电频谱资源管理方面，改进工作思路，积极探索频谱资源市场化、精细化管理方式，研究通过拍卖招标、交易等市场化手段配置部分商用化程度较高的频段，促进频率高效集约使用。在无线电台站设备管理方面，针对台站设备日益小型化、集成化和规模化等新特点，将管理方式从注重事前审批向事中事后监管转变，营造良好政策环境，促进产业发展。在电波秩序管理方面，要研究探索新形势下的无线电监测手段，增强对新型干扰的监测查找能力。
加强技术研究，提高监管能力。面对新形势下无线电管理的新要求，丰富无线电监测手段，采用先进的无线电监测技术，适时加快新设备替代落后设备的步伐，提升无线电监管能力。加强无线电管理信息化建设工作，积极应用无线电管理信息系统一体化平台，提高频谱管理效率，为无线电相关技术的应用提供良好的频率使用环境。鼓励、引导设备生产厂商与高校、研究院所联合开展无线电监测、检测、信息化等技术设施产品的开发研制，促进无线电管理技术设施的接口开放，提升设备之间的互操作能力。
完善法治建设，适应新管理新要求。针对“工业4.0”发展过程中，用频技术、标准和台站管理方面可能出现的新情况和新问题，做好相关法规规章、技术标准的清理和修订工作，以规范行政执法行为、行政裁量权和频谱交易行为等为重点，建立、健全完善配套的频谱管理法律法规体系，适应无线电管理环境变化的新要求，有效维护空中电波秩序，为“工业4.0”时代创造良好电磁环境。 （作者：薛楠）