電磁頻譜

電磁頻譜

徠電磁頻譜,是指按電磁波波長(或頻率)連續排列的電磁波族。在軍事上,電磁頻譜既是傳遞信息的一種載體,又是偵察敵情的重要手段,因此成為交戰雙方爭奪的制高點之一。

定義


電磁頻譜——一個充滿神奇的無形世界。隨著軍隊信息化建設的高速發展,它已成為未來戰場上影響戰爭勝負的一個重要砝碼。
電磁頻譜管理是無線電通信的基礎,是電子系統發揮最大效能的關鍵,是信息暢通的重要保證。當今世界,是信息大爆炸的時代,電磁頻譜管理則是信息高速公路上的“交通警察”,隨著頻譜在各個領域的廣泛應用,頻譜的管理已越來越引起各國的高度重視。他正在從傳統的保障“配角”,變成為現代信息化作戰的“主角”,並已從戰爭舞台的後台大步走向前台。

安全


電磁頻譜是賽博空間的主要組成部分之一,電磁頻譜安全與賽博空間安全日益密切。做好電磁頻譜管理、維護電磁頻譜安全是維護賽博空間安全的必然要求。

與賽博空間

在賽博空間概念出現的初期,並不包含電磁頻譜。20世紀90年代,Cyberspace基本與網際網路(internet)同義。2003年2月,布希政府公布《保護Cyberspace國家戰略》中,將Cyberspace定義為“由成千上萬的互聯的計算機、伺服器、路由器、轉換器、光纖組成,並使美國的關鍵基礎設施能夠工作的網路,其正常運行對美國經濟和國家安全至關重要。”
近年來,電磁頻譜已經被明確為賽博空間的組成部分之一。2006年12月,美國防部和參謀長聯席會議在《賽博空間行動國家軍事戰略》中對賽博空間定義為:“賽博空間是指利用電子學和電磁頻譜,通過網路化系統和相關的物理基礎設施來存儲、修改或交換數據的域。”2008年3月,《美空軍賽博空間戰略司令部戰略構想》則進一步明確,賽博空間主要由電磁頻譜、電子系統以及網路化基礎設施三部分組成。電磁頻譜不僅僅是傳輸數據的媒介,還是獲取信息的重要工具。據統計,目前採用無線方式(包括Wifi、802.11、Wi MAX等)接入網際網路的用戶數量接近50%;通信網中移動通信佔用了70%以上;在工業控制系統中,無線傳輸的比例也越來越高;在地質勘探、智能交通和空間探測等領域,以電磁探頭、雷達等為感測器的無線電系統發揮著不可替代的作用。

關係

既然電磁頻譜既是賽博空間的信息載體又是信息獲取工具,賽博空間的可用性、機密性、認證性和不可否認性就與電磁頻譜安全息息相關。一旦電磁頻譜安全受到威脅,依賴於無線電技術的信息獲取、依賴於無線網路的數據傳輸都將受到影響。

面臨挑戰


電磁頻譜是一種有限資源,隨著傳統無線業務和新興無線業務的快速發展,有限的電磁頻譜資源最終將會耗盡,電磁頻譜需求與電磁頻譜資源之間的矛盾日益凸顯,對有序、安全地使用電磁頻譜提出了嚴峻挑戰。
傳統的無線業務,如移動通信、電視、廣播等業務所使用的電磁頻譜採用固定的獨佔方式,導致電磁頻譜資源的利用很不平衡。在蜂窩移動通信頻段,頻段變得相當擁擠,頻譜資源供不應求。2001年德國Lichtenau地區的測量結果表明,歐洲的GSM系統佔用了900MHz附近的頻率,是頻譜使用的高峰波段。在廣播電視頻段,則存在時間和空間上的大量頻譜閑置的現象。FCC的採樣頻譜圖顯示:在美國伯克利州市內0~6GHz頻段的頻譜利用率僅在15%~85%之間,在0-3GHz的頻段內,頻譜的佔用率不足35%,在3~6GHz之間頻譜浪費更加明顯,這表明特定的傳統授權頻段頻譜利用率很低。在工業、科學和醫用(ISM)等開放頻譜頻段,存在大量的無線業務,如無線區域網(WLAN)、無線個人域網路(WPAN)和無線廣域網(WWAN),使得開放頻譜已經趨於飽和。這導致這些業務之間的衝突干擾不斷加劇,對各業務的高效、安全運行造成巨大威脅。
新興無線業務頻譜需求激增加劇了電磁頻譜供求矛盾,有限的頻譜資源制約了各種新技術的發展和應用,特別是在4G、物聯網、空間衛星、新軍事裝備等面臨大量電磁頻譜“缺口”。現有電磁頻譜分配情況表明:幾乎所有的頻譜都已經被授權業務所佔用,新興業務申購佔用剩餘的可用頻段,這不僅顯著增加新業務的經濟負擔,也不利於未來無線業務的可持續發展;更有甚者,有的業務佔用非授權頻段,這導致非授權頻段業務種類繁多,負擔過重,業務間彼此干擾和衝突在所難免。以4G為例,權威預測表明,到2020年在兩家運營商的情況下,4G的頻譜需求是1600MHz,中國除去己規劃用於2G與3G的共525MHz頻率外,尚有約1GHz的頻率缺口。又如物聯網,以其信息交互與傳輸以無線為主的特點,註定使之成為頻譜需求的大戶。根據ITU-RM.2072報告,當物聯網通信量達到4G總通信量的50%時,物聯網對頻譜的需求在三個運營商情況下為990MHz;當物聯網通信量約達到總通信量的80%時,物聯網對頻譜的需求在三個運營商情況下為1.5GHz,成為頻譜資源面臨的新嚴峻挑戰。
此外,在空間衛星頻率方面,目前在軌空間衛星上千顆,給空間衛星頻譜資源的有序使用帶來巨大挑戰。在軍事用頻方面,軍隊空間預警系統、寬頻數據鏈、戰術網際網路等用頻裝備大量需求越來越大;軍事裝備間傳輸的信息也從原來的語音、文字、數據等信息向圖像、視頻等信息發展,頻帶越來越寬;同時,以雷達為代表的電子裝備要求有更高的精度和抗干擾能力,也要求有更多的頻譜資源。由此可見,頻譜資源有限與頻譜需求激增矛盾限制了無線電新業務的發展,制約賽博空間的發展,為國民經濟發展和國家安全帶來重大影響。

應用


頻徠譜是有限的、不可再生的戰略資源。頻譜作為國家的公共資源,除有一部分劃分給軍隊專用外,大部分都是軍民共用,所以各國都十分重視加以珍惜和充分利用。在軍事領域,未來戰場具有裝備數量多、種類全、電台密度大、程式複雜、電磁環境變化節奏快等特點,如果不加強頻譜管理,勢必會造成通信干擾,聯絡不暢等問題,從而影響整個戰局的成敗。據外刊報道,海灣戰爭中,無線電頻率管理的無線網路為7500多個高頻網、1200多個甚高頻網和7000個特高頻網。這些都從不同方面說明,沒有有序的電磁頻譜管理為基礎,信息化作戰將受到極大的制約和影響。因此,對電磁頻譜管理必須有清醒的認識,既要積極跟蹤世界軍事領域頻譜管理的發展前沿,加以深入研究,又要不斷加強監管力度。其重點是,加強建立軍地電磁頻譜共管、共建、共用機制,搭建資源共享的平台,搞好三軍協同,有力地推動軍地資源共享進程,並由單一技術支持向多維全向管理轉變。
世界上一些軍事強國普遍認為,電磁頻譜是唯一能支持機動作戰、分散作戰和高強度作戰的重要媒體。外軍評論認為:“頻譜是一種無形的戰鬥力,並且是可與火力機械動力相提並論的新型戰鬥力。”甚至預言:“21世紀將是頻譜戰的時代”;“戰時頻率資源如同彈藥、油料一樣重要,是作戰的必需物資基礎。”因此,加強信息化建設,加強頻譜管理,連著戰鬥力的全面提升,連著打贏未來信息化戰爭,必須予以高度重視。