频谱危机存在吗?

下次你观看球类比赛或演唱会的时候，请注意观察一下四周。你会看到数以千计的粉丝们拍摄照片、视频，并发给朋友。大量的智能手机及平板用户促使移动数据流量急剧增长：据思科公司估计，到2016年，移动数据流量将增至现在的18信。而贝尔实验室更预测这一数字将会是25信。从直觉上看，这是个问题：所有这些照片和视频都通过电波传送。然而，无线电频谱中只有一小部分以几十亿美元的高价被卖给无线运营商供其使用。更多的大部分频段则被保留作其它用途，如广播电视、航空和军事应用等。数据流量的迅速增长致使运营商设定了流量上限并提高价格。毫无疑问，这两个基本事实――数据使用的爆炸式增长以及有限的频谱资源――必定意味着我们很快就会没有足够频段来支持所有数码设备，不是吗？

就在两年前，美国联邦通信委员会主席朱利叶斯・杰纳乔斯基提出了同样的观点。他表示，美国无线行业急需使用政府和广播电视机构控制下的那些未充分利用的频谱。否则，无线运营商将无法满足用户的带宽需求。“如果我们对迫在眉睫的频谱危机坐视不管，供需的不平衡将导致很多消费者面临更高的价格。”AT&T公司的副总裁吉姆・西科也说，“频谱紧缺是全行业面临的问题”。

但下这样的结论未免为时过早。首先，频谱“紧缺”（手机使用量超过可用无线频谱的承载能力）只在非常特定的场合和时间才会出现。有时使用一些替代手段就可以完全解决这些小范围的问题。例如，环顾体育场的四周，你可能会发现椽子上藏有一些牛奶盒大小的盒子。这些是使用未经许可的那部分频谱的短距离无线接收器。你的手机可以通过它们发送数据，而无需依赖长距离的手机频段。这些无线网络接收器接收到数据，然后把数据通过有线网络连接传送出体育场。这样你和体育场里几乎所有人发送的数据，并不会占用到移动运营商宣称的所剩无几的宝贵频谱。而这个聪明的方法仅仅是可以派上用场的新策略和新技术之一。

整个频谱系统分配管理的效率低下。近期交予白宫的一份咨询报告清楚地说明了这一点，并强调对无线频谱更广泛的共享（而不是将每个频段分配给有限的用户）可以将其容量提升数千信。比如，广播电视和国家机关的专用频段中有很大部分并未被使用。一个原因是有些地区只有三个本地电视台，这样电视广播专用频谱中剩下的部分就没有人使用。或者某个军事武器系统在圣地亚哥占用大量频段，而在纽约却用得很少或没有使用。“与其说我们面临着频谱危机，不如说这是频谱政策危机。”微软负责技术政策的副总裁、前麻省理工学院教授和英特尔公司的管理人员大卫特尼豪斯如是说。“所谓的‘频谱危机’其实只是人为的频谱资源紧缺。”

为了更精确地记录这种人为频谱紧缺，微软公司启动了微软频谱观测台项目，来，监测无线电频段于何时何地被真正使用。监测工作从华盛顿特区、西雅图和华盛顿州的雷德蒙开始。特尼豪斯希望这项工作能为将来更大规模的数据收集迈出第一步，催生出更灵活的频谱资源监管措施。他指出，使用短距离开放式未经许可频段的Wi―Fi无线网络迅速取得了成功。“现在的挑战则是通过使用其他未充分利用的频段来实现更广泛地区的宽带接入，将这些已验证的成功推广开来。”

频谱共享的一些早期工作已经展开。例如，某个地区的一些未被使用的电视频段（通常被成为“白色空间”）可以供其他设备使用。并且，美国联邦通信委员会于2012年12月提出建议，允许研究人员和企业使用保留给雷达系统的频率。

更多的无线频谱可以通过认知无线电技术实现共享。这项技术可以感知可用频谱，在几毫秒内改变频率，从而避免对其他设备的干扰。美国科罗拉多大学正在对其进行首批室外测试。弗吉尼亚理工大学，加州大学伯克利分校和罗格斯大学也在进行这项技术的研究。然而，至少到目前为止，严格的管理规定并不允许大规模使用像认知无线电这样的灵活技术。

当然，频谱危机的说法也不仅仅是个幌子。无线电频谱是有限的资源，而且其中一些频段并不是很适合远距离通信。无线运营商也不能无休止地在办公楼顶或山上修建新的基站（有些被伪装成了树），因为这些信号迟早会和其他基站的信号相互干扰。但使用专用频率的短距离发射器和接收器（即小型蜂窝）完全可以弥补覆盖的不足。小型蜂窝中最小的一种叫家庭基站，价格低至200美元，完全可以满足家庭和办公的需求。它们可以像体育场里的WiFi设备一样减轻大型基站的负荷。“小型蜂窝是现在无线产业最热门的话题。”弗吉尼亚理工学院无线电研究实验室主任杰夫里德（Jeff Reed）说。

AT&T公司执行副总裁约翰多诺万（JohnDonovan）在2012年秋季表示，尽管AT&T购买了额外的频谱使用权并且还打算购入更多，眼前的危机已经解除，至2015年一半的新需求都将会通过小型蜂窝解决。这类技术来势之猛远远超出大家的预期。“几年前，你也许会说我们到今天就会用完所有的频谱。”位于马萨诸塞州剑桥的无线通讯公司“瓦努”的创始人瓦努玻色（VanuBose）说。瓦努和里德都是白宫咨询报告的技术顾问。“其实有很多种方式可以解决需求问题。增加频谱（对于商业机构来说）当然是其中之一，小型蜂窝，其他减负技术，以及我们还没想到的创新技术也都是如此。”

终有一天，新的科技会使得无线数据传输速度大大加快，从而释放更多带宽。例如，麻省理工学院的研究人员已经证实，用于处理数据丢包的往复通信可以被削减。尽管这项技术还有几年才可能得到广泛应用，实验表明它可以将容量增加10信。这意味着你能以10信于现在的速度下载视频，从而更快地释放带宽给其他人使用。

那么，新技术可以永远避免频谱短缺问题吗？也许不能，但微软的特尼豪斯说，数十年的研究成果已准备好去解决这个问题：“现在，我们有积累了15―20年的新技术和架构……它们可供我们使用很长时间。”