5G頻段之爭與戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用
頻譜資源是推動移動通信與信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心資源，也是事關(guān)電磁領(lǐng)域作戰(zhàn)的重要戰(zhàn)爭資源。
近日，美國國內(nèi)關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)部署引發(fā)的頻段之爭，受到世界廣泛關(guān)注。起因源自美國聯(lián)邦通信委員會批準(zhǔn)利加多衛(wèi)星通信公司使用L頻段，以滿足5G網(wǎng)絡(luò)的商用。而此前，美國更多專注于使用毫米波頻段（6000MHz以上）發(fā)展5G，且中低頻段（6000MHz以下，又稱Sub6G頻段）的部分優(yōu)質(zhì)資源主要由美軍方掌控。不難想象，此次軍民頻段之爭頗具影響效應(yīng)。
隨著世界范圍內(nèi)移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，各種新型業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)流量和連接終端數(shù)量劇增，未來移動寬帶的應(yīng)用需要更多的頻譜。特別是智能化、數(shù)字化戰(zhàn)場，需要更精準(zhǔn)優(yōu)化的頻譜應(yīng)用能力，資源管控尤顯重要。
全球優(yōu)先在中低頻段發(fā)展5G
“4G改變生活，5G改變社會。”5G的表征維度相對4G來說，更為豐富全面，很多關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)都與頻率是強(qiáng)關(guān)聯(lián)的，對頻譜的引導(dǎo)性需求更為明顯。
一方面，基于現(xiàn)有頻率資源，寬帶接入技術(shù)在峰值速率和用戶體驗速率兩項關(guān)鍵能力上，無法滿足5G需求，且存在較大差距，需要擴(kuò)展頻率帶寬來支持。
另一方面，由于要滿足用戶在線需求和高速移動性，必須借助低頻段提供良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，這必然引發(fā)更加激烈的頻譜資源之爭。
頻譜分配問題是5G競爭的核心。選擇怎樣的頻譜政策、優(yōu)先在哪些頻段發(fā)展5G，要綜合考慮技術(shù)、市場、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)及發(fā)展方向、國際標(biāo)準(zhǔn)等各方面因素。
2016年7月14日，美國第一個發(fā)布5G頻率規(guī)劃，決定優(yōu)先在28GHz、37GHz、39GHz、64GHz～71GHz共4個頻段發(fā)展5G。原因在于，這些毫米波頻段，具有頻譜資源豐富、連續(xù)大帶寬、規(guī)劃難度小等優(yōu)勢，可以避免與政府及軍方使用沖突；美國在毫米波頻段已經(jīng)具有較好的技術(shù)積累和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，起點高。
然而，在實際建設(shè)中，毫米波頻段覆蓋距離非常低，造成運營商投資過多。雖然美國是全球較早實現(xiàn)5G商用的國家之一，但在基站建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)覆蓋等方面的進(jìn)展一直未達(dá)預(yù)期。
當(dāng)前，包括俄羅斯、德國、英國等在內(nèi)的90多個國家，相繼發(fā)布了中低頻段5G頻譜規(guī)劃，或?qū)︻l譜資源進(jìn)行了拍賣許可，選擇在中低頻段優(yōu)先發(fā)展5G。其中，有30多個國家已開始正式商用。
日、韓等曾跟隨美國將毫米波頻段作為5G主要頻譜資源的國家，現(xiàn)在也逐漸走上了毫米波與中低頻段并重的道路，甚至開始將重心放到中低頻段上。
優(yōu)先在中低頻段發(fā)展5G，目前已基本成為全球共識。
戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
全面、快速、準(zhǔn)確的戰(zhàn)場電磁態(tài)勢感知能力，是作戰(zhàn)制勝的先決條件。隨著5G的發(fā)展，移動通信和傳感技術(shù)的商業(yè)可用性越來越強(qiáng)，頻譜資源日益呈現(xiàn)擁擠、競爭、對抗的特點。無論軍用或商用，全新頻段資源利用任重道遠(yuǎn)。
未來戰(zhàn)場上，每個實體將變得智能化，要求能泛在互聯(lián)散布在戰(zhàn)場各個角落的作戰(zhàn)要素，分布式獲取戰(zhàn)場各個維度的傳感數(shù)據(jù)，在線處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)并實時分發(fā)情報，要求提高全域戰(zhàn)場聯(lián)合作戰(zhàn)能力。
隨著新型相控陣?yán)走_(dá)、高速跳頻電臺、電子對抗干擾機(jī)以及數(shù)據(jù)鏈、衛(wèi)星通信、導(dǎo)航等電子設(shè)備在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的廣泛應(yīng)用，戰(zhàn)場信號種類日漸增多、密度急劇增長、交織混疊嚴(yán)重，電磁環(huán)境比以往任何時候都復(fù)雜。傳統(tǒng)的雷達(dá)偵察、通信偵察與頻譜監(jiān)測設(shè)備，逐漸暴露出功能單一、能力不足、各自為戰(zhàn)、缺乏協(xié)同的弊端，面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
美軍最早開始從戰(zhàn)爭對抗角度來認(rèn)識電磁頻譜域的軍事行動，增加電磁頻譜管理、電磁頻譜控制、電磁戰(zhàn)斗控制等任務(wù)內(nèi)容。近年來，馬賽克戰(zhàn)、多域作戰(zhàn)等新的作戰(zhàn)理念與電磁頻譜戰(zhàn)概念交織滲透，催生了更多戰(zhàn)場應(yīng)用的新戰(zhàn)法。在多域作戰(zhàn)和彈性分散架構(gòu)理念之下，美軍借助“小精靈”、低成本無人機(jī)集群技術(shù)等蜂群項目，形成了驗證電磁頻譜戰(zhàn)能力的構(gòu)想。
著眼未來軍事應(yīng)用，最大程度做好戰(zhàn)場頻譜認(rèn)知、智能管控和多平臺應(yīng)用結(jié)合，已成為各國軍隊?wèi)?yīng)對戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用挑戰(zhàn)最值得關(guān)注的方面。
未來戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用何去何從
電磁頻譜利用、管理、攻擊和防護(hù)4項任務(wù)，是未來戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用主體內(nèi)容。其核心在于爭奪和利用電磁頻譜資源，實現(xiàn)戰(zhàn)場電磁頻譜控制在各作戰(zhàn)域的指揮控制、情報、火力打擊、調(diào)整與機(jī)動、防護(hù)、行動維持等職能中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
——提高戰(zhàn)場頻譜資源認(rèn)知能力。一些外軍認(rèn)為，戰(zhàn)場頻譜資源認(rèn)知已成為戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用的首要工作，也是計劃制定、頻譜管控、沖突消除的前提。對于己方用頻設(shè)備，可通過體系設(shè)計、預(yù)先規(guī)劃、合理分配，實現(xiàn)作戰(zhàn)集成和組織協(xié)同。對于非合作實體，則要主動探測認(rèn)知的手段。利用頻譜認(rèn)知理論方法、電磁行為智能感知與威脅自主識別技術(shù)、頻譜學(xué)習(xí)推理的自適應(yīng)對抗技術(shù)，綜合輻射源時、頻、空、能等多維信息，支撐構(gòu)建完整、閉環(huán)的電磁頻譜應(yīng)用環(huán)路，實現(xiàn)電磁空間裝備智能化。特別是在于增強(qiáng)“4種能力”：頻譜環(huán)境感知能力，從戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境中自主快速獲取全局頻譜信息；學(xué)習(xí)推理能力，根據(jù)感知頻譜環(huán)境變化，快速自主學(xué)習(xí)，與電磁頻譜控制構(gòu)成協(xié)同、反饋和自適應(yīng)的動態(tài)過程；評估判斷能力，對頻譜智能改變所產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行實時評估反饋；記憶存儲能力，對頻譜感知數(shù)據(jù)和調(diào)整參數(shù)進(jìn)行實時存儲。
——提高戰(zhàn)場頻譜智能管控能力。目前，各國戰(zhàn)場頻譜的管理，頻率分配基本上都采用固定頻率分配的形式進(jìn)行，導(dǎo)致頻譜資源利用率較低、頻譜規(guī)劃時間較長、不具備動態(tài)調(diào)整能力，且易形成系統(tǒng)內(nèi)部電磁干擾。綜合有關(guān)外軍的做法和設(shè)計，智能電磁頻譜管控重在“四輪驅(qū)動”：一是信息感知。利用全方位、大縱深、立體化的頻譜感知網(wǎng)絡(luò)，實時掌握用頻情況，進(jìn)行戰(zhàn)場態(tài)勢評估，制定完善的頻譜管理和使用計劃。二是智能決策。構(gòu)建分布式、智能化頻譜信息處理決策網(wǎng)絡(luò)，靈活機(jī)動地處置戰(zhàn)場復(fù)雜情況，根據(jù)戰(zhàn)局變化做出快速響應(yīng)。三是動態(tài)管控。按照網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先級、用頻設(shè)備、設(shè)備位置、轉(zhuǎn)發(fā)需求、轉(zhuǎn)發(fā)使用限制等原則，進(jìn)行頻譜動態(tài)分配。四是按需服務(wù)。為戰(zhàn)場各類裝備提供有效頻譜接入，支持頻譜的最高效率使用和按需接入。
——提高戰(zhàn)場頻譜與平臺結(jié)合能力。電磁空間依存于各類傳感器、通信和武器系統(tǒng)及其產(chǎn)生的電磁波、信息流等相關(guān)信息活動，與各類傳感器和作戰(zhàn)平臺緊密結(jié)合，物理載體是戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用的重要承載。為此，一些軍事強(qiáng)國對未來戰(zhàn)場頻譜的應(yīng)用，充分考慮多類型戰(zhàn)場平臺和傳感器，最大程度覆蓋戰(zhàn)場的潛在有用信號，獲取多維價值數(shù)據(jù)。如在地面車輛、軍用飛機(jī)、直升機(jī)等機(jī)動性受限的競爭環(huán)境中作戰(zhàn)時，戰(zhàn)場頻譜應(yīng)用系統(tǒng)即有能力獲取理解戰(zhàn)斗空間所需的信息，并通過利用高空氣球、小型無人機(jī)等新型作戰(zhàn)平臺，進(jìn)一步將傳感器范圍擴(kuò)展到更大的拒止區(qū)域，從而提高基于頻譜的輔助決策效率。
上圖：當(dāng)前國際上規(guī)劃的5G頻段。
