我国频谱资源配置的动态调整机制研究

杜振华，周舒

(北京邮电大学 经济管理学院，北京 100876)

一、引 言

频谱是国家稀缺的战略资源。随着5G(第五代移动通信)商用、智能制造、物联网、智慧物流、智慧城市和智能家居等无线应用的增加，频谱资源日益稀缺。国际电信联盟(ITU)曾警示各国，移动宽带使用的不断增长将导致全球频谱使用超负荷。从全球范围来看，无线频谱提高10倍左右的使用效率，才能满足不断增长的移动宽带用户的需求。

频谱资源是构建全球信息技术、科技创新和经济发展竞争新优势的关键战略资源，也是数字经济条件下国际竞争的焦点[1]。华为在2017年全球移动宽带论坛上发布了《5G应用立场白皮书》，提出5G不仅会提升人类通信体验，还将拓展智能制造、车联网、智慧物流、无线家庭宽带接入等行业应用，同时需要更丰富的频谱资源。频谱资源的有效支撑是5G发展的基础。随着技术的进步，无线电频谱对经济的贡献率不断增长。孙静等[2]估算出无线电频谱投入对经济增长的贡献率为6.3%。如何将有限的频谱资源用于不断发展的无线电应用，使频谱资源应用在既定的技术条件下不断接近帕累托配置状态，是当前世界无线电领域亟待解决的重要课题。

二、频谱资源的特性及其资源稀缺性

无线电频谱资源是指在空间传播的3 kHz～3 000 GHz的一种无线电磁波,本质上是一种在一定条件下可以重复利用的，不可消耗的人类共享的公共资源。无线电频谱资源可以通过时间、空间、编码、复用等方式进行利用，是一种电波秩序。除了移动通信、卫星、广播、电视等对频谱资源的应用外，无线电技术和应用正以前所未有的速度向各行业渗透，从而使人类对无线电频谱资源的需求急剧增长，进一步加剧了无线电频谱资源的稀缺。

(一)无线电频谱资源的特性

无线电频谱资源具有以下特性：

(1)无形性与均等性。频谱没有资源实体，在时间和地域分布上是均等的,不存在资源丰富与贫瘠的差异，其应用效率和效益完全取决于技术和管理能力。

(2)稀缺性[3]。特定时期内人类受技术水平的限制，可利用的无线电频谱资源是一定的。当技术进步导致新的无线电应用与无线电技术发展不能同步时，频谱资源相对稀缺；特别是针对某些特定频段的需求难以满足，频谱资源应用的协调难度日益升级。

(3)非消耗性。不同于土地、矿山、森林等消耗性资源，无线电频谱可以被利用但不会被消耗掉，是一种非消耗性特殊资源。

(4)传播性。无线电波可以在空间或介质中传播，具有折射、反射、散射、绕射以及吸收等特性，它不受行政区域、国家边界的限制，但会随着传播距离的增加而逐渐衰减。

(5)易受干扰性。无线电频谱资源极易受到干扰，特别是容易受到人为噪声和自然噪声的干扰，使之无法正常操作和准确而有效地传送各类信息。

(6)复用性。虽然无线电频率使用具有排他性，但在特定的时间、地区、频域和编码条件下，无线电频率是可以重复使用的，即不同无线电业务和设备可以进行频率复用和共用。

(7)公共资源性[4]。频谱资源是一种公共资源：一是具有竞争性。当某一特定频率被占用时，其他人同时再使用会造成相互干扰，严重时双方都不能正常使用。二是具有非排他性。任何人只要拥有一定的无线电设备，就可以使用频谱。因此，只有通过有效管理，才能有效避免公地悲剧的发生。

鉴于上述特性，特别是频谱资源在特定频段的稀缺性，为防止不同用户之间的干扰，无线电频谱的产生和传输受国际法律的严格管制，由ITU专门制定国际《无线电规则》进行协调。各个国家在遵守国际无线电法规基础上，也都依此制定了本国的无线电法或相关管理条例，为各类无线电业务划分了频率或频段，加强对无线电频谱战略资源的管理和有效利用。

(二)我国无线电频谱资源严重稀缺

1.无线电技术应用领域的拓展使频谱资源愈加稀缺

据工业和信息化部统计数据，截至2018年6月底，全国范围内已取得无线电台执照的各类无线电台(站)已超过500万个，其中地面无线电业务台(站)占比超过99%，地面无线电业务台(站)数量庞大，增速迅猛[5]。此外，我国移动互联网用户数和普及率不断提升，也进一步加剧了无线频谱的稀缺性。在4G技术条件下，每个用户在进入网络的时候都要占用固定的频谱和时间资源，而这些资源一旦被用完，新的技术就无法接入网络。截至2018年底，全国净增移动电话基站总数达648万个(如图1所示)。其中，4G基站净增43.9万个，总数达到372万个。2013至2018年基站数增长169%，年均增长21.9%。其中，3G/4G基站数增长349%，年均增长35%。2018年，移动宽带用户(即3G和4G用户)总数达13.1亿户，全年净增约1.74亿户，占移动电话用户的83.4%(如图2所示)。其中，4G用户总数达到11.7亿户，全年净增约1.69亿户。5G商用对频谱资源需求进一步加大。截至2019年7月底，铁塔公司已完成建设交付5G基站7 863个，运营商开通5G基站6 324个。预计到2019年底，全市将建设5G基站超过10 000个[6]。这将使频谱资源短缺更为严重。

2.移动互联网用频急剧攀升

如图3所示，2018年，移动互联网接入流量消费达711亿GB，比2017年增长189%。全年移动互联网接入月户均流量(DOU)达4.42 GB/月/户，是2017年的2.6倍；12月DOU高达6.25 GB/月/户。其中，手机上网流量达到702亿GB，比上年增长198.7%，在总流量中占98.7%。

3.用频速度超过世界平均水平

如图4所示，我国4G用户渗透率2014年达到7.6%，超过世界平均水平0.3个百分点，但低于经济合作与发展组织(OECD)17.9个百分点；2016年开始，分别超过OECD和世界平均水平11.5个百分点和33.7个百分点，达到58.2%；到2018年6月，我国则达到73.5%，分别超过OECD和世界平均水平15.2个百分点和35.3个百分点。

我国的移动数据流量增速高于世界平均水平。一方面，我国4张5G商用牌照已经发放，移动数据流量将呈爆炸式增长，所需频谱数量也将远超前几代移动通信技术频谱需求量的总和。因此，足够使用的无线频谱资源是5G 商用的关键[7]。另一方面，我国无线电频谱资源大部分可用的频率已经按业务划分殆尽，而随着无线电通信技术的发展,新的业务和应用还在不断涌现，既有业务中还有大量用户需要设立新的发射台站。因此，为了避免干扰，必须重新统筹规划我国的频谱资源，以使这种稀缺的战略资源得到优化配置。

三、频谱资源的配置机制及存在的问题

(一)我国频谱资源的配置机制

要使频谱这种稀缺的战略资源得到优化配置，就必须建立与需求相适应的资源供给机制。从各国频谱资源的配置手段看，按产权归属，频谱资源可分为无牌照使用和有牌照使用两种。目前，由于无线电通信技术的发展和应用领域的不断拓展，大多数国家都采用有牌照使用的频谱分配政策[8]。

我国对无线电频谱的管理主要体现在2016年12月1日起实施的《中华人民共和国无线电管理条例》(以下简称《条例》)上，该《条例》在1993年条例的基础上进行了修订。《条例》规定，无线电频率资源的配置采用行政和市场两种方式进行，并由政府收取无线电频率占用费，减少并规范了无线电行政审批，加大对利用“伪基站”开展电信诈骗等违法犯罪活动的惩戒力度。

(二)我国频谱资源配置方式存在的主要问题

1.短缺与过剩并存问题

近年来，我国无线电技术和产业结构不断变化，旧的资源分配模式已经不能适应发展需要。一方面，无线电技术的发展提高了频谱资源利用率，各种时域、频域、码域和空域压缩技术得到应用，传统业务的一部分优质频谱资源节省下来。如数字电视代替模拟电视后，过去传输一套电视节目的带宽现在可以传输6～8套[9]。另一方面，各种新业务、新需求不断涌现，一些频段过分拥挤，相互干扰。如过去屡次出现WLAN(无线局域网)信号干扰地铁运行时间的情况，主要原因是WLAN信号与地铁部分调度信号在同一频段。此外，由于管理体制的限制，频谱的使用期限和利用效果得不到有效监管，大段利用价值高、传播特性好的频谱占而不用，但又无法收回，闲置现象突出。出现短缺与闲置并存现象的主要原因是：对于频谱使用者来说，频谱无代价取得，且没有规定明确的使用期限，修订后的频谱使用期限也较长，为10年[10]。每个用频企业都知道，在频谱资源不可能流通的情况下，立即取得自己急需的频谱资源几乎不可能，因此，闲置不用的资源被储备起来。这进一步加剧了频谱资源短缺与过剩的并存。

2.无线电干扰与资源虚耗问题

随着无线电技术及应用的不断拓展，无线电网络日益扩大，台站数量迅速增长，无线电用频设备呈指数级增长，电磁频谱空间日益复杂。生活中遇到的无线电干扰问题也越来越多，如非法发射无线电波干扰船舶、航空器、铁路机车专用的无线电导航、遇险救助与安全通信；涉及人身安全的无线电频率产生有害干扰，影响公众移动通信频率使用等。2014—2017年，全国无线电管理机构配合公安部门查处“黑广播”8 924起，缴获设备3 153套；查获伪基站5 541起，查获伪基站设备3 252套(1)笔者根据2018年9月12日《人民邮电报》刊载的《打黑除伪出重拳》一文中的数据计算。。

频谱资源不足造成大量人力、物力、财力的空耗。例如，2018年第三季度，全国无线电管理机构打击治理“黑广播”共启用监测定位设备15 672台次，出动监测人员143 152人次、无线电监测车4 917车次，监测时长达262 377小时；配合立案查处“黑广播”违法犯罪案件533起(其中“黑广播”干扰民航案件14起)，缴获“黑广播”设备457台(套)。打击治理“伪基站”共动用监测定位设备7 143台次，出动监测人员8 995人次、无线电监测车3 173车次，监测时长达87 630小时；配合立案查处“伪基站”违法犯罪案件59起，缴获“伪基站”设备66台(套)[11]。黑广播、伪基站的重大案件相继告破，构成犯罪的依法追究刑事责任，但这也与频谱资源不能更多地进入市场交易的公地悲剧有一定关系，而频谱资源的非排他性特征又使其有机可乘。

四、优化频谱资源利用的动态调整机制建议

通过提高资源的管理效率进而提高资源的使用效率，是一定技术条件下提高频谱利用率的不二之选，也是解决频谱资源短缺与过剩并存问题，保护创新、避免公地悲剧发生的重要前提。而通过政府与市场两种方式分配无线电频谱资源，充分发挥两种配置方式的优越性和互补性已成为国际发展趋势。

(一)政府与市场动态调整机制

政府与市场动态调整机制是指国家在对无线电频谱资源这种特殊的公共战略资源进行配置的过程中，根据技术条件将其分割为政府配置和市场配置两部分，并使这种分割比例及各部分内部配置随供求和技术的变化而动态进行调整[12]。我国《无线电管理条例》提出，在坚持无线电频谱国家所有权的基础上，把无线电频谱所有权和使用权进行分离。对于涉及国家安全、公共利益等频谱资源的许可，继续采用行政审批的方式予以重点保障；对地面公众移动通信使用频率等商用无线电频率要逐步引入招投标、拍卖等竞争性方式进行配置，充分发挥市场在资源配置中的决定作用，大幅度减少政府对资源的直接配置，更多引入市场机制和市场化手段，提高资源配置效率和效益。

政府与市场动态调整机制能够使频谱资源创造出更大的经济效益和社会效益，将低效使用和闲置的频谱通过转让使用权的方式，实现频谱资源的最优利用[13]。这样，一方面能为潜在用户提供更多进入无线电市场的机会，削弱现有用户的市场势力，促进竞争；另一方面可以根据当前的市场需求自动调节频谱用户的频带占用率。竞争的加剧激励频谱用户不断创新，频谱交易使市场供求趋于均衡。

(二)研发动态分配频谱资源的共享技术

无线电技术进步是高效利用频谱资源的重要手段。传统无线频谱采用静态分配政策，用户对被授权的频谱具有独占性。这种频谱分配方式虽然有利于保证系统的服务质量，但由于通信业务在时域、地域、频域上具有不均衡性，频谱资源并没有得到充分利用[14]。动态频谱接入是指根据电磁环境和使用目标的变化，以实时或准实时方式动态调整频谱接入和使用的一种频谱管理机制。由于环境的频谱特性随时间、空间和频率在不断变化，动态频谱接入相比以往静态频率分配能更好地解决频谱资源短缺与过剩并存的问题[15]。此外，频谱资源共享模式也是一种解决思路，目前研究虽然无果，但已呈现出一种趋势。

(三)建立频谱资源的回收重配机制

要提高频谱资源利用率，建立政府与市场对资源的双重配置机制是必不可少的前提。这也是动态调整频谱资源供求均衡的重要方面。应根据技术发展和应用需要，适时对传统无线电业务的用频进行调整，支撑无线电产业可持续发展[16]。例如，美国政府从法律和政策层面确定了频谱资源的回收补偿和有偿使用机制，强化了频谱资源的经济价值，收回原本由广播电视业务使用的700 MHz和600 MHz频段频谱资源进行拍卖，以期使频谱资源得到更好的配置[17]。我国新修订的《无线电管理条例》规定了频率资源回收制度，对两年不使用或者使用率达不到许可证规定要求的，收回无线电频率。但是，要使频谱资源的回收重配机制发挥作用，需有严格的监管机制。

总之，要实现5G商用的快速发展，实现信息无所不在的智慧城市构建，现有技术条件下，还需要看得见的和看不见的政府的手和市场的手密切配合，以使稀缺的战略频谱资源的配置无限接近帕累托最优状态。