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电磁频谱

电磁频谱,是指按电磁波波长(或频率)连续排列的电磁波族。在军事上,电磁频谱既是传递信息的一种载体,又是侦察敌情的重要手段,因此成为交战双方争夺的制高点之一。

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。

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]

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]

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]

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]

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