我國頻譜資源配置的動態(tài)調(diào)整機(jī)制研究

杜振華，周舒

(北京郵電大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100876)

一、引 言

頻譜是國家稀缺的戰(zhàn)略資源。隨著5G(第五代移動通信)商用、智能制造、物聯(lián)網(wǎng)、智慧物流、智慧城市和智能家居等無線應(yīng)用的增加，頻譜資源日益稀缺。國際電信聯(lián)盟(ITU)曾警示各國，移動寬帶使用的不斷增長將導(dǎo)致全球頻譜使用超負(fù)荷。從全球范圍來看，無線頻譜提高10倍左右的使用效率，才能滿足不斷增長的移動寬帶用戶的需求。

頻譜資源是構(gòu)建全球信息技術(shù)、科技創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)發(fā)展競爭新優(yōu)勢的關(guān)鍵戰(zhàn)略資源，也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)條件下國際競爭的焦點(diǎn)[1]。華為在2017年全球移動寬帶論壇上發(fā)布了《5G應(yīng)用立場白皮書》，提出5G不僅會提升人類通信體驗(yàn)，還將拓展智能制造、車聯(lián)網(wǎng)、智慧物流、無線家庭寬帶接入等行業(yè)應(yīng)用，同時需要更豐富的頻譜資源。頻譜資源的有效支撐是5G發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，無線電頻譜對經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)率不斷增長。孫靜等[2]估算出無線電頻譜投入對經(jīng)濟(jì)增長的貢獻(xiàn)率為6.3%。如何將有限的頻譜資源用于不斷發(fā)展的無線電應(yīng)用，使頻譜資源應(yīng)用在既定的技術(shù)條件下不斷接近帕累托配置狀態(tài)，是當(dāng)前世界無線電領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

二、頻譜資源的特性及其資源稀缺性

無線電頻譜資源是指在空間傳播的3 kHz～3 000 GHz的一種無線電磁波,本質(zhì)上是一種在一定條件下可以重復(fù)利用的，不可消耗的人類共享的公共資源。無線電頻譜資源可以通過時間、空間、編碼、復(fù)用等方式進(jìn)行利用，是一種電波秩序。除了移動通信、衛(wèi)星、廣播、電視等對頻譜資源的應(yīng)用外，無線電技術(shù)和應(yīng)用正以前所未有的速度向各行業(yè)滲透，從而使人類對無線電頻譜資源的需求急劇增長，進(jìn)一步加劇了無線電頻譜資源的稀缺。

(一)無線電頻譜資源的特性

無線電頻譜資源具有以下特性：

(1)無形性與均等性。頻譜沒有資源實(shí)體，在時間和地域分布上是均等的,不存在資源豐富與貧瘠的差異，其應(yīng)用效率和效益完全取決于技術(shù)和管理能力。

(2)稀缺性[3]。特定時期內(nèi)人類受技術(shù)水平的限制，可利用的無線電頻譜資源是一定的。當(dāng)技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致新的無線電應(yīng)用與無線電技術(shù)發(fā)展不能同步時，頻譜資源相對稀缺；特別是針對某些特定頻段的需求難以滿足，頻譜資源應(yīng)用的協(xié)調(diào)難度日益升級。

(3)非消耗性。不同于土地、礦山、森林等消耗性資源，無線電頻譜可以被利用但不會被消耗掉，是一種非消耗性特殊資源。

(4)傳播性。無線電波可以在空間或介質(zhì)中傳播，具有折射、反射、散射、繞射以及吸收等特性，它不受行政區(qū)域、國家邊界的限制，但會隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。

(5)易受干擾性。無線電頻譜資源極易受到干擾，特別是容易受到人為噪聲和自然噪聲的干擾，使之無法正常操作和準(zhǔn)確而有效地傳送各類信息。

(6)復(fù)用性。雖然無線電頻率使用具有排他性，但在特定的時間、地區(qū)、頻域和編碼條件下，無線電頻率是可以重復(fù)使用的，即不同無線電業(yè)務(wù)和設(shè)備可以進(jìn)行頻率復(fù)用和共用。

(7)公共資源性[4]。頻譜資源是一種公共資源：一是具有競爭性。當(dāng)某一特定頻率被占用時，其他人同時再使用會造成相互干擾，嚴(yán)重時雙方都不能正常使用。二是具有非排他性。任何人只要擁有一定的無線電設(shè)備，就可以使用頻譜。因此，只有通過有效管理，才能有效避免公地悲劇的發(fā)生。

鑒于上述特性，特別是頻譜資源在特定頻段的稀缺性，為防止不同用戶之間的干擾，無線電頻譜的產(chǎn)生和傳輸受國際法律的嚴(yán)格管制，由ITU專門制定國際《無線電規(guī)則》進(jìn)行協(xié)調(diào)。各個國家在遵守國際無線電法規(guī)基礎(chǔ)上，也都依此制定了本國的無線電法或相關(guān)管理?xiàng)l例，為各類無線電業(yè)務(wù)劃分了頻率或頻段，加強(qiáng)對無線電頻譜戰(zhàn)略資源的管理和有效利用。

(二)我國無線電頻譜資源嚴(yán)重稀缺

1.無線電技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展使頻譜資源愈加稀缺

據(jù)工業(yè)和信息化部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2018年6月底，全國范圍內(nèi)已取得無線電臺執(zhí)照的各類無線電臺(站)已超過500萬個，其中地面無線電業(yè)務(wù)臺(站)占比超過99%，地面無線電業(yè)務(wù)臺(站)數(shù)量龐大，增速迅猛[5]。此外，我國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)和普及率不斷提升，也進(jìn)一步加劇了無線頻譜的稀缺性。在4G技術(shù)條件下，每個用戶在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的時候都要占用固定的頻譜和時間資源，而這些資源一旦被用完，新的技術(shù)就無法接入網(wǎng)絡(luò)。截至2018年底，全國凈增移動電話基站總數(shù)達(dá)648萬個(如圖1所示)。其中，4G基站凈增43.9萬個，總數(shù)達(dá)到372萬個。2013至2018年基站數(shù)增長169%，年均增長21.9%。其中，3G/4G基站數(shù)增長349%，年均增長35%。2018年，移動寬帶用戶(即3G和4G用戶)總數(shù)達(dá)13.1億戶，全年凈增約1.74億戶，占移動電話用戶的83.4%(如圖2所示)。其中，4G用戶總數(shù)達(dá)到11.7億戶，全年凈增約1.69億戶。5G商用對頻譜資源需求進(jìn)一步加大。截至2019年7月底，鐵塔公司已完成建設(shè)交付5G基站7 863個，運(yùn)營商開通5G基站6 324個。預(yù)計(jì)到2019年底，全市將建設(shè)5G基站超過10 000個[6]。這將使頻譜資源短缺更為嚴(yán)重。

2.移動互聯(lián)網(wǎng)用頻急劇攀升

如圖3所示，2018年，移動互聯(lián)網(wǎng)接入流量消費(fèi)達(dá)711億GB，比2017年增長189%。全年移動互聯(lián)網(wǎng)接入月戶均流量(DOU)達(dá)4.42 GB/月/戶，是2017年的2.6倍；12月DOU高達(dá)6.25 GB/月/戶。其中，手機(jī)上網(wǎng)流量達(dá)到702億GB，比上年增長198.7%，在總流量中占98.7%。

3.用頻速度超過世界平均水平

如圖4所示，我國4G用戶滲透率2014年達(dá)到7.6%，超過世界平均水平0.3個百分點(diǎn)，但低于經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)17.9個百分點(diǎn)；2016年開始，分別超過OECD和世界平均水平11.5個百分點(diǎn)和33.7個百分點(diǎn)，達(dá)到58.2%；到2018年6月，我國則達(dá)到73.5%，分別超過OECD和世界平均水平15.2個百分點(diǎn)和35.3個百分點(diǎn)。

我國的移動數(shù)據(jù)流量增速高于世界平均水平。一方面，我國4張5G商用牌照已經(jīng)發(fā)放，移動數(shù)據(jù)流量將呈爆炸式增長，所需頻譜數(shù)量也將遠(yuǎn)超前幾代移動通信技術(shù)頻譜需求量的總和。因此，足夠使用的無線頻譜資源是5G 商用的關(guān)鍵[7]。另一方面，我國無線電頻譜資源大部分可用的頻率已經(jīng)按業(yè)務(wù)劃分殆盡，而隨著無線電通信技術(shù)的發(fā)展,新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用還在不斷涌現(xiàn)，既有業(yè)務(wù)中還有大量用戶需要設(shè)立新的發(fā)射臺站。因此，為了避免干擾，必須重新統(tǒng)籌規(guī)劃我國的頻譜資源，以使這種稀缺的戰(zhàn)略資源得到優(yōu)化配置。

三、頻譜資源的配置機(jī)制及存在的問題

(一)我國頻譜資源的配置機(jī)制

要使頻譜這種稀缺的戰(zhàn)略資源得到優(yōu)化配置，就必須建立與需求相適應(yīng)的資源供給機(jī)制。從各國頻譜資源的配置手段看，按產(chǎn)權(quán)歸屬，頻譜資源可分為無牌照使用和有牌照使用兩種。目前，由于無線電通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，大多數(shù)國家都采用有牌照使用的頻譜分配政策[8]。

我國對無線電頻譜的管理主要體現(xiàn)在2016年12月1日起實(shí)施的《中華人民共和國無線電管理?xiàng)l例》(以下簡稱《條例》)上，該《條例》在1993年條例的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂。《條例》規(guī)定，無線電頻率資源的配置采用行政和市場兩種方式進(jìn)行，并由政府收取無線電頻率占用費(fèi)，減少并規(guī)范了無線電行政審批，加大對利用“偽基站”開展電信詐騙等違法犯罪活動的懲戒力度。

(二)我國頻譜資源配置方式存在的主要問題

1.短缺與過剩并存問題

近年來，我國無線電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷變化，舊的資源分配模式已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展需要。一方面，無線電技術(shù)的發(fā)展提高了頻譜資源利用率，各種時域、頻域、碼域和空域壓縮技術(shù)得到應(yīng)用，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的一部分優(yōu)質(zhì)頻譜資源節(jié)省下來。如數(shù)字電視代替模擬電視后，過去傳輸一套電視節(jié)目的帶寬現(xiàn)在可以傳輸6～8套[9]。另一方面，各種新業(yè)務(wù)、新需求不斷涌現(xiàn)，一些頻段過分擁擠，相互干擾。如過去屢次出現(xiàn)WLAN(無線局域網(wǎng))信號干擾地鐵運(yùn)行時間的情況，主要原因是WLAN信號與地鐵部分調(diào)度信號在同一頻段。此外，由于管理體制的限制，頻譜的使用期限和利用效果得不到有效監(jiān)管，大段利用價值高、傳播特性好的頻譜占而不用，但又無法收回，閑置現(xiàn)象突出。出現(xiàn)短缺與閑置并存現(xiàn)象的主要原因是：對于頻譜使用者來說，頻譜無代價取得，且沒有規(guī)定明確的使用期限，修訂后的頻譜使用期限也較長，為10年[10]。每個用頻企業(yè)都知道，在頻譜資源不可能流通的情況下，立即取得自己急需的頻譜資源幾乎不可能，因此，閑置不用的資源被儲備起來。這進(jìn)一步加劇了頻譜資源短缺與過剩的并存。

2.無線電干擾與資源虛耗問題

隨著無線電技術(shù)及應(yīng)用的不斷拓展，無線電網(wǎng)絡(luò)日益擴(kuò)大，臺站數(shù)量迅速增長，無線電用頻設(shè)備呈指數(shù)級增長，電磁頻譜空間日益復(fù)雜。生活中遇到的無線電干擾問題也越來越多，如非法發(fā)射無線電波干擾船舶、航空器、鐵路機(jī)車專用的無線電導(dǎo)航、遇險(xiǎn)救助與安全通信；涉及人身安全的無線電頻率產(chǎn)生有害干擾，影響公眾移動通信頻率使用等。2014—2017年，全國無線電管理機(jī)構(gòu)配合公安部門查處“黑廣播”8 924起，繳獲設(shè)備3 153套；查獲偽基站5 541起，查獲偽基站設(shè)備3 252套(1)筆者根據(jù)2018年9月12日《人民郵電報(bào)》刊載的《打黑除偽出重拳》一文中的數(shù)據(jù)計(jì)算。。

頻譜資源不足造成大量人力、物力、財(cái)力的空耗。例如，2018年第三季度，全國無線電管理機(jī)構(gòu)打擊治理“黑廣播”共啟用監(jiān)測定位設(shè)備15 672臺次，出動監(jiān)測人員143 152人次、無線電監(jiān)測車4 917車次，監(jiān)測時長達(dá)262 377小時；配合立案查處“黑廣播”違法犯罪案件533起(其中“黑廣播”干擾民航案件14起)，繳獲“黑廣播”設(shè)備457臺(套)。打擊治理“偽基站”共動用監(jiān)測定位設(shè)備7 143臺次，出動監(jiān)測人員8 995人次、無線電監(jiān)測車3 173車次，監(jiān)測時長達(dá)87 630小時；配合立案查處“偽基站”違法犯罪案件59起，繳獲“偽基站”設(shè)備66臺(套)[11]。黑廣播、偽基站的重大案件相繼告破，構(gòu)成犯罪的依法追究刑事責(zé)任，但這也與頻譜資源不能更多地進(jìn)入市場交易的公地悲劇有一定關(guān)系，而頻譜資源的非排他性特征又使其有機(jī)可乘。

四、優(yōu)化頻譜資源利用的動態(tài)調(diào)整機(jī)制建議

通過提高資源的管理效率進(jìn)而提高資源的使用效率，是一定技術(shù)條件下提高頻譜利用率的不二之選，也是解決頻譜資源短缺與過剩并存問題，保護(hù)創(chuàng)新、避免公地悲劇發(fā)生的重要前提。而通過政府與市場兩種方式分配無線電頻譜資源，充分發(fā)揮兩種配置方式的優(yōu)越性和互補(bǔ)性已成為國際發(fā)展趨勢。

(一)政府與市場動態(tài)調(diào)整機(jī)制

政府與市場動態(tài)調(diào)整機(jī)制是指國家在對無線電頻譜資源這種特殊的公共戰(zhàn)略資源進(jìn)行配置的過程中，根據(jù)技術(shù)條件將其分割為政府配置和市場配置兩部分，并使這種分割比例及各部分內(nèi)部配置隨供求和技術(shù)的變化而動態(tài)進(jìn)行調(diào)整[12]。我國《無線電管理?xiàng)l例》提出，在堅(jiān)持無線電頻譜國家所有權(quán)的基礎(chǔ)上，把無線電頻譜所有權(quán)和使用權(quán)進(jìn)行分離。對于涉及國家安全、公共利益等頻譜資源的許可，繼續(xù)采用行政審批的方式予以重點(diǎn)保障；對地面公眾移動通信使用頻率等商用無線電頻率要逐步引入招投標(biāo)、拍賣等競爭性方式進(jìn)行配置，充分發(fā)揮市場在資源配置中的決定作用，大幅度減少政府對資源的直接配置，更多引入市場機(jī)制和市場化手段，提高資源配置效率和效益。

政府與市場動態(tài)調(diào)整機(jī)制能夠使頻譜資源創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，將低效使用和閑置的頻譜通過轉(zhuǎn)讓使用權(quán)的方式，實(shí)現(xiàn)頻譜資源的最優(yōu)利用[13]。這樣，一方面能為潛在用戶提供更多進(jìn)入無線電市場的機(jī)會，削弱現(xiàn)有用戶的市場勢力，促進(jìn)競爭；另一方面可以根據(jù)當(dāng)前的市場需求自動調(diào)節(jié)頻譜用戶的頻帶占用率。競爭的加劇激勵頻譜用戶不斷創(chuàng)新，頻譜交易使市場供求趨于均衡。

(二)研發(fā)動態(tài)分配頻譜資源的共享技術(shù)

無線電技術(shù)進(jìn)步是高效利用頻譜資源的重要手段。傳統(tǒng)無線頻譜采用靜態(tài)分配政策，用戶對被授權(quán)的頻譜具有獨(dú)占性。這種頻譜分配方式雖然有利于保證系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，但由于通信業(yè)務(wù)在時域、地域、頻域上具有不均衡性，頻譜資源并沒有得到充分利用[14]。動態(tài)頻譜接入是指根據(jù)電磁環(huán)境和使用目標(biāo)的變化，以實(shí)時或準(zhǔn)實(shí)時方式動態(tài)調(diào)整頻譜接入和使用的一種頻譜管理機(jī)制。由于環(huán)境的頻譜特性隨時間、空間和頻率在不斷變化，動態(tài)頻譜接入相比以往靜態(tài)頻率分配能更好地解決頻譜資源短缺與過剩并存的問題[15]。此外，頻譜資源共享模式也是一種解決思路，目前研究雖然無果，但已呈現(xiàn)出一種趨勢。

(三)建立頻譜資源的回收重配機(jī)制

要提高頻譜資源利用率，建立政府與市場對資源的雙重配置機(jī)制是必不可少的前提。這也是動態(tài)調(diào)整頻譜資源供求均衡的重要方面。應(yīng)根據(jù)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用需要，適時對傳統(tǒng)無線電業(yè)務(wù)的用頻進(jìn)行調(diào)整，支撐無線電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[16]。例如，美國政府從法律和政策層面確定了頻譜資源的回收補(bǔ)償和有償使用機(jī)制，強(qiáng)化了頻譜資源的經(jīng)濟(jì)價值，收回原本由廣播電視業(yè)務(wù)使用的700 MHz和600 MHz頻段頻譜資源進(jìn)行拍賣，以期使頻譜資源得到更好的配置[17]。我國新修訂的《無線電管理?xiàng)l例》規(guī)定了頻率資源回收制度，對兩年不使用或者使用率達(dá)不到許可證規(guī)定要求的，收回?zé)o線電頻率。但是，要使頻譜資源的回收重配機(jī)制發(fā)揮作用，需有嚴(yán)格的監(jiān)管機(jī)制。

總之，要實(shí)現(xiàn)5G商用的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)信息無所不在的智慧城市構(gòu)建，現(xiàn)有技術(shù)條件下，還需要看得見的和看不見的政府的手和市場的手密切配合，以使稀缺的戰(zhàn)略頻譜資源的配置無限接近帕累托最優(yōu)狀態(tài)。