[科普中国]-电磁频谱

定义

电磁频谱——一个充满神奇的无形世界。随着军队信息化建设的高速发展，它已成为未来战场上影响战争胜负的一个重要砝码。

电磁频谱管理是无线电通信的基础，是电子系统发挥最大效能的关键，是信息畅通的重要保证。当今世界，是信息大爆炸的时代，电磁频谱管理则是信息高速公路上的“交通警察”，随着频谱在各个领域的广泛应用，频谱的管理已越来越引起各国的高度重视。他正在从传统的保障“配角”，变成为现代信息化作战的“主角”，并已从战争舞台的后台大步走向前台。1

电磁频谱安全电磁频谱是赛博空间的主要组成部分之一，电磁频谱安全与赛博空间安全日益密切。做好电磁频谱管理、维护电磁频谱安全是维护赛博空间安全的必然要求。

电磁频谱与赛博空间在赛博空间概念出现的初期，并不包含电磁频谱。20世纪90年代，Cyberspace基本与互联网（internet）同义。2003年2月，布什政府公布《保护Cyberspace国家战略》中，将Cyberspace定义为“由成千上万的互联的计算机、服务器、路由器、转换器、光纤组成，并使美国的关键基础设施能够工作的网络，其正常运行对美国经济和国家安全至关重要。”

近年来，电磁频谱已经被明确为赛博空间的组成部分之一。2006年12月，美国防部和参谋长联席会议在《赛博空间行动国家军事战略》中对赛博空间定义为：“赛博空间是指利用电子学和电磁频谱，通过网络化系统和相关的物理基础设施来存储、修改或交换数据的域。”2008年3月，《美空军赛博空间战略司令部战略构想》则进一步明确，赛博空间主要由电磁频谱、电子系统以及网络化基础设施三部分组成。电磁频谱不仅仅是传输数据的媒介，还是获取信息的重要工具。据统计，目前采用无线方式（包括Wifi、802.11、Wi MAX等）接入因特网的用户数量接近50%；通信网中移动通信占用了70%以上；在工业控制系统中，无线传输的比例也越来越高；在地质勘探、智能交通和空间探测等领域，以电磁探头、雷达等为传感器的无线电系统发挥着不可替代的作用。2

电磁频谱安全与赛博空间安全的关系既然电磁频谱既是赛博空间的信息载体又是信息获取工具，赛博空间的可用性、机密性、认证性和不可否认性就与电磁频谱安全息息相关。一旦电磁频谱安全受到威胁，依赖于无线电技术的信息获取、依赖于无线网络的数据传输都将受到影响。2

面临挑战电磁频谱是一种有限资源，随着传统无线业务和新兴无线业务的快速发展，有限的电磁频谱资源最终将会耗尽，电磁频谱需求与电磁频谱资源之间的矛盾日益凸显，对有序、安全地使用电磁频谱提出了严峻挑战。

传统的无线业务，如移动通信、电视、广播等业务所使用的电磁频谱采用固定的独占方式，导致电磁频谱资源的利用很不平衡。在蜂窝移动通信频段，频段变得相当拥挤，频谱资源供不应求。2001年德国Lichtenau地区的测量结果表明，欧洲的GSM系统占用了900MHz附近的频率，是频谱使用的高峰波段。在广播电视频段，则存在时间和空间上的大量频谱闲置的现象。FCC的采样频谱图显示：在美国伯克利州市内0～6GHz频段的频谱利用率仅在15%～85%之间，在0- 3GHz的频段内，频谱的占用率不足35%，在3～6GHz之间频谱浪费更加明显，这表明特定的传统授权频段频谱利用率很低。在工业、科学和医用(ISM) 等开放频谱频段，存在大量的无线业务，如无线局域网(WLAN)、无线个人域网络(WPAN)和无线广域网(WWAN)，使得开放频谱已经趋于饱和。这导致这些业务之间的冲突干扰不断加剧，对各业务的高效、安全运行造成巨大威胁。

新兴无线业务频谱需求激增加剧了电磁频谱供求矛盾，有限的频谱资源制约了各种新技术的发展和应用，特别是在4G、物联网、空间卫星、新军事装备等面临大量电磁频谱“缺口”。现有电磁频谱分配情况表明：几乎所有的频谱都已经被授权业务所占用，新兴业务申购占用剩余的可用频段，这不仅显著增加新业务的经济负担，也不利于未来无线业务的可持续发展；更有甚者，有的业务占用非授权频段，这导致非授权频段业务种类繁多，负担过重，业务间彼此干扰和冲突在所难免。以4G为例，权威预测表明，到2020年在两家运营商的情况下，4G的频谱需求是1600MHz，中国除去己规划用于2G与3G的共525MHz频率外，尚有约1GHz的频率缺口。又如物联网，以其信息交互与传输以无线为主的特点，注定使之成为频谱需求的大户。根据ITU- R M.2072报告，当物联网通信量达到4G总通信量的50%时，物联网对频谱的需求在三个运营商情况下为990MHz；当物联网通信量约达到总通信量的80%时，物联网对频谱的需求在三个运营商情况下为1.5GHz，成为频谱资源面临的新严峻挑战。

此外，在空间卫星频率方面，目前在轨空间卫星上千颗，给空间卫星频谱资源的有序使用带来巨大挑战。在军事用频方面，军队空间预警系统、宽带数据链、战术互联网等用频装备大量需求越来越大；军事装备间传输的信息也从原来的语音、文字、数据等信息向图像、视频等信息发展，频带越来越宽；同时，以雷达为代表的电子装备要求有更高的精度和抗干扰能力，也要求有更多的频谱资源。由此可见，频谱资源有限与频谱需求激增矛盾限制了无线电新业务的发展，制约赛博空间的发展，为国民经济发展和国家安全带来重大影响。2

应用频谱是有限的、不可再生的战略资源。频谱作为国家的公共资源，除有一部分划分给军队专用外，大部分都是军民共用，所以各国都十分重视加以珍惜和充分利用。在军事领域，未来战场具有装备数量多、种类全、电台密度大、程式复杂、电磁环境变化节奏快等特点，如果不加强频谱管理，势必会造成通信干扰，联络不畅等问题，从而影响整个战局的成败。据外刊报道，海湾战争中，无线电频率管理的无线网络为7500多个高频网、1200多个甚高频网和7000个特高频网。这些都从不同方面说明，没有有序的电磁频谱管理为基础，信息化作战将受到极大的制约和影响。因此，对电磁频谱管理必须有清醒的认识，既要积极跟踪世界军事领域频谱管理的发展前沿，加以深入研究，又要不断加强监管力度。其重点是，加强建立军地电磁频谱共管、共建、共用机制，搭建资源共享的平台，搞好三军协同，有力地推动军地资源共享进程，并由单一技术支持向多维全向管理转变。

世界上一些军事强国普遍认为，电磁频谱是唯一能支持机动作战、分散作战和高强度作战的重要媒体。外军评论认为：“频谱是一种无形的战斗力，并且是可与火力机械动力相提并论的新型战斗力。”甚至预言：“21世纪将是频谱战的时代”；“战时频率资源如同弹药、油料一样重要，是作战的必需物资基础。”因此，加强信息化建设，加强频谱管理，连着战斗力的全面提升，连着打赢未来信息化战争，必须予以高度重视。2