頻譜資源是無線通信技術快速發展和應用迅速普及的根本保障，是先進制造業迅猛發展的物質基礎。當前，世界各國政府都在努力通過發展先進制造業實現本國實體經濟的高速增長，但發展先進制造業需要大量應用無線通信技術，這樣就使得各國不得不面對嚴重的用頻危機問題。美國是先進制造業高度發達的國家，他們如何解決這一問題，引起了其他國家的廣泛關注。因此，研究美國利用頻譜資源發展先進制造業的做法和經驗，對我國有一定的借鑒和啟示作用。

　　美國發展先進制造業面臨用頻危機

　　已分配的ISM(工業、科學研究和醫學，Industrial，Scientific and Medical)頻段和公眾移動通信網絡頻段不能滿足制造業發展的用頻需求。

　　無線通信是發展先進制造業的主要手段，隨著美國先進制造業的快速發展，頻譜短缺和用頻干擾問題逐漸顯露出來。

　　頻譜需求增大。先進制造業需要設備間在供應鏈管理、生產過程工藝優化、設備監控管理以及能耗控制等各個環節，通過無線通信方式使人、機器和系統三者之間實現智能化、交互式的無縫連接，做到通信、控制和計算的集合，營造一個CPS的環境(Cyber-Physical Systems，信息物理系統)，這樣就需要上萬億的無線傳輸終端傳輸數據信息。據IDC分析家預測，2020年全球聯網的“物體”裝機總量將達2120億個，其中將有301億個為“物”聯網，這將導致數據傳輸量和頻譜需求的急劇增加。由于頻譜資源的有限和用頻技術發展的局限性，頻譜資源短缺問題就顯得十分嚴重，已分配的ISM(工業、科學研究和醫學，Industrial，Scientific and Medical)頻段，和公眾移動通信網絡頻段不能滿足制造業發展的用頻需求。

　　用頻環境復雜。先進制造業在生產環境中大量使用傳感器，傳感器節點遍布工業生產的各個環節。然而在數據采集階段，生產制造環境不但充滿強電磁干擾、金屬介質和多障礙等多元干擾元素，而且存在“人、物料、設備、生產過程、產品”等參與生產的元素，這種復雜的電磁環境，嚴重影響了傳感器獲得感知數據的準確性。在數據傳輸階段，由于工業生產環境的特殊性，使得傳感器節點傳輸數據不但受到更多的大型器械、金屬管道等對無線信號的反射、散射造成的多徑效應，而且還將受到馬達、器械等運轉時產生的電磁噪聲對無線通信所產生的干擾，用頻環境異常復雜，致使數據傳輸的實時性、可靠性和準確性受到嚴重影響。

　　美國采取重要措施應對

　　2010年美國開始規劃頻譜的使用，在無線寬帶網絡基礎設施建設領域投入大量資金，并加強技術研發，打破標準壁壘，提高用頻效率。

　　一是發揮政府決策職能，出臺應對政策和規劃。

　　美國政府出臺了一系列“挖掘無線頻譜潛力，擴大頻譜資源供給和提升使用效率”的政策措施和規劃建議。

　　頻譜的規劃與分配一般應距頻譜應用提前5年以上。為保證先進制造業順利發展，2010年美國就決定，在未來10年內從現有的聯邦或非聯邦頻譜中騰出500MHz頻譜供無線寬帶使用。同年，美國商務部發布《將500MHz頻譜用于無線寬帶的計劃與時間表》，報告確定了大約2200MHz候選頻段、協調時間表以及相應的激勵措施。2012年FCC發布《2012-2016年FCC戰略規劃》，目標之一就是頻譜資源效益最大化，其子目標是：制定與執行靈活的以市場為導向的頻譜資源分配政策，提高頻譜資源利用率。同年7月，美國總統科技顧問小組(PCAST)向奧巴馬總統提交了1000MHz(2700MHz～3700MHz)的寬帶頻譜共享報告，建議改變細分、獨占的頻譜劃分模式，建立大帶寬、微小區的頻譜共享結構。2013年6月14日奧巴馬發布了一份總統備忘錄，指示聯邦機構提高頻譜的利用率、創造更多可用容量以滿足個人和企業寬帶用戶迅速上漲的需求;指示聯邦機構增加他們與私營部門的合作和數據共享，使各種利益相關者能夠為了實現頻譜利用率的最大化(包括促進政府和商業用戶之間的頻譜共享等)貢獻專業知識。這些舉措將使無線寬帶提供商、設備供應商有機會獲得更多頻譜資源。

　　二是投巨資搞建設，為持續發展打牢基礎。

　　為了充分利用頻譜資源，奠定先進制造業發展基礎，美國政府和企業在無線寬帶網絡基礎設施建設領域投入大量資金，取得了較好的效果。

　　2010年3月，美國政府公布了未來10年高速寬帶發展計劃，將目前寬帶網速提高25倍。2009年至2012年，美國無線網絡建設資金年投資額從210億美元增長到300億美元，遠超過同一時期歐洲的零投資增長和亞洲(包括中國)的4%的投資增長率。美國電信工業協會(TIA)在《ICT市場回顧與預測》(ICTMarketReview and Forecast)報告中指出，美國無線運營商未來4年的無線網絡設備和基礎設施支出總額將達1593億美元，較之前4年累計支出總額(1139億美元)增長40%。在如此巨大投資的影響下，2016年北美地區無線數據流量將增長到2009年的100倍。2011年美國總統奧巴馬承諾，確保2016年98%的美國人能夠享受4G無線寬帶服務。

　　三是加強技術研發，打破標準壁壘，提高用頻效率。

　　技術進步是保障高效利用頻譜資源的重要手段，是推動先進制造業加速發展的重要基礎。

　　為繼續保持在先進制造業領域的領先地位，美國加強了在頻譜共享、高效利用和降低用頻干擾等領域的技術研發投入力度。2011年，美國在ICT領域研發投入約為1263億美元，占全球總研發支出的55%，設立了30億美元的無線創新基金用于支持無線網絡的基礎研究和試驗，力爭在寬帶無線技術的擴展使用、免執照的寬帶無線通信系統、MIMO技術、超寬帶技術等方面有所突破，以實現頻譜資源的高效利用。2012年，美國推出“先進制造業國家戰略計劃”，還建立了45個研究中心。近期，美國政府計劃拿出高達10億美元資金建立一個覆蓋全國研究機構和企業的網絡。政府部門負責提供無處不在的寬帶網絡，工業界建立工業互聯網聯盟，通過制定通用標準，打破技術壁壘，使各個廠商設備之間可以實現數據共享，充分利用互聯網更好地促進物理世界和數字世界的融合。

　　對中國的啟示

　　我國急需在加強頻譜資源的規劃配置、技術研發和基礎設施建設等方面下工夫，實現資源的優化配置和合理使用。

　　美國正在進行的先進制造業計劃與我國當前大力推進的兩化深度融合在本質上是相同的，因此我國應借鑒美國高效利用頻譜資源發展先進制造業的一些經驗。結合我國無線電頻譜管理工作的實際情況以及兩化深度融合的用頻特點，我們認為，做好無線電管理工作急需在加強頻譜資源的規劃配置、技術研發和基礎設施建設等方面下工夫，實現資源的優化配置和合理使用，以適應兩化深度融合發展需要。

　　一是做好前期頻譜資源的規劃配置工作，確保滿足兩化深度融合發展需要。

　　美國政府通過宏觀決策和規劃配置工作，充分挖掘無線頻譜資源潛力、擴大頻譜資源供給和使用效率的提升。一方面，可以通過政府以行政手段對頻譜資源的供應和分配進行統籌協調，平衡各方利益，保障提供足夠的頻譜資源滿足先進制造業發展需求;另一方面，提高重視程度，提早規劃制定用頻頂層設計，不僅可以滿足先進制造業設備制造商創新發展的需要，而且解除了先進制造業發展對頻譜需求短缺的后顧之憂。

　　美國經驗告訴我們，一方面，我國應盡早制定頻譜規劃路線圖，加快建立我國頻譜共享高速公路，從政策層面保證頻譜資源能夠被科學、合理、高效的利用，保證兩化深度融合發展需求;另一方面，為保障決策和規劃的順利實施，應加快與開發利用頻譜資源的相關法律法規建設，加快修訂出臺《中華人民共和國無線電管理條例》。積極推動無線電立法，完善與無線電管理相配套的法律規章及地方性法規建設，逐步提高無線電監管的法律層級和效力，為排除用頻干擾，加強統一管理無線電頻譜資源和設備、臺站等提供法律依據。

　　二是加大技術研發投入，充分利用頻譜資源促進兩化深度融合發展。

　　美國通過政府引導，帶動企業將資金大量投入頻譜資源的應用技術研發領域，實現技術進步。一方面，用頻技術進步不但可以實現頻譜共享，提高用頻效率，而且可以排除用頻干擾，拓寬可用頻譜，進一步挖掘頻譜資源使用潛力，為先進制造業發展提供新的頻譜資源;另一方面，可以提升無線數據傳輸數量和可靠性，適應多種工業領域無線應用發展需要，充分利用頻譜資源滿足先進制造業發展的基本需求。

　　美國經驗告訴我們，一方面，我國應重視用頻技術研發，加強與發達國家在工業物聯網技術應用和頻譜共享技術方面建立廣泛的交流與合作，鼓勵、支持信息技術企業與高校、研究院所開展聯合研發。用頻部門適時加快新技術、新設備替代舊技術和舊設備的步伐，以達到通過科學配置、合理利用無線電頻譜資源的目的;另一方面應重點支持認知無線電等可動態高效利用頻率資源的技術以及可用頻帶寬，信息容量大的毫米波、亞毫米波無線技術的研究和發展。重視微功率(短距離)無線電技術的發展和應用。支持實現頻譜共享和高效利用的新技術創新和新產品研發，制定動態頻譜共享方法的長期研發計劃，積極探討可能的頻譜共享方案，為加速頻譜資源開放共享進程提供有力的技術支撐，保障兩化深度融合用頻發展需要。

　　三是大力發展網絡基礎設施建設，以頻譜資源為兩化深度融合發展保駕護航。

　　美國通過加強在無線通信基礎設施和設備生產等領域的建設和資金投入力度，一方面，可以提高無線網絡覆蓋范圍，改善無線應用環境，另一方面，可以帶動ICT其他相關產業發展，緩解就業壓力，為促進經濟建設提供基礎支撐。

　　美國經驗告訴我們，一方面，我國應以寬帶普及和提速為重點，加快構建寬帶、融合、安全和泛在的下一代國家信息基礎設施，加強4G網絡向縱深覆蓋;另一方面，應結合以近距離通信為主的兩化深度融合發展特點，高度重視高頻段、微小區的無線網絡基礎設施建設，提高頻譜資源的空間復用率，合理利用無線電頻譜資源，為兩化深度融合發展保駕護航。