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美国发展先进制造业面临用频危机 对中国的启示?

2015-05-20 00:02
野明月
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  频谱资源是无线通信技术快速发展和应用迅速普及的根本保障,是先进制造业迅猛发展的物质基础。当前,世界各国政府都在努力通过发展先进制造业实现本国实体经济的高速增长,但发展先进制造业需要大量应用无线通信技术,这样就使得各国不得不面对严重的用频危机问题。美国是先进制造业高度发达的国家,他们如何解决这一问题,引起了其他国家的广泛关注。因此,研究美国利用频谱资源发展先进制造业的做法和经验,对我国有一定的借鉴和启示作用。

  美国发展先进制造业面临用频危机

  已分配的ISM(工业、科学研究和医学,Industrial,Scientific and Medical)频段和公众移动通信网络频段不能满足制造业发展的用频需求。

  无线通信是发展先进制造业的主要手段,随着美国先进制造业的快速发展,频谱短缺和用频干扰问题逐渐显露出来。

  频谱需求增大。先进制造业需要设备间在供应链管理、生产过程工艺优化、设备监控管理以及能耗控制等各个环节,通过无线通信方式使人、机器和系统三者之间实现智能化、交互式的无缝连接,做到通信、控制和计算的集合,营造一个CPS的环境(Cyber-Physical Systems,信息物理系统),这样就需要上万亿的无线传输终端传输数据信息。据IDC分析家预测,2020年全球联网的“物体”装机总量将达2120亿个,其中将有301亿个为“物”联网,这将导致数据传输量和频谱需求的急剧增加。由于频谱资源的有限和用频技术发展的局限性,频谱资源短缺问题就显得十分严重,已分配的ISM(工业、科学研究和医学,Industrial,Scientific and Medical)频段,和公众移动通信网络频段不能满足制造业发展的用频需求。

  用频环境复杂。先进制造业在生产环境中大量使用传感器,传感器节点遍布工业生产的各个环节。然而在数据采集阶段,生产制造环境不但充满强电磁干扰、金属介质和多障碍等多元干扰元素,而且存在“人、物料、设备、生产过程、产品”等参与生产的元素,这种复杂的电磁环境,严重影响了传感器获得感知数据的准确性。在数据传输阶段,由于工业生产环境的特殊性,使得传感器节点传输数据不但受到更多的大型器械、金属管道等对无线信号的反射、散射造成的多径效应,而且还将受到马达、器械等运转时产生的电磁噪声对无线通信所产生的干扰,用频环境异常复杂,致使数据传输的实时性、可靠性和准确性受到严重影响。

  美国采取重要措施应对

  2010年美国开始规划频谱的使用,在无线宽带网络基础设施建设领域投入大量资金,并加强技术研发,打破标准壁垒,提高用频效率。

  一是发挥政府决策职能,出台应对政策和规划。

  美国政府出台了一系列“挖掘无线频谱潜力,扩大频谱资源供给和提升使用效率”的政策措施和规划建议。

  频谱的规划与分配一般应距频谱应用提前5年以上。为保证先进制造业顺利发展,2010年美国就决定,在未来10年内从现有的联邦或非联邦频谱中腾出500MHz频谱供无线宽带使用。同年,美国商务部发布《将500MHz频谱用于无线宽带的计划与时间表》,报告确定了大约2200MHz候选频段、协调时间表以及相应的激励措施。2012年FCC发布《2012-2016年FCC战略规划》,目标之一就是频谱资源效益最大化,其子目标是:制定与执行灵活的以市场为导向的频谱资源分配政策,提高频谱资源利用率。同年7月,美国总统科技顾问小组(PCAST)向奥巴马总统提交了1000MHz(2700MHz~3700MHz)的宽带频谱共享报告,建议改变细分、独占的频谱划分模式,建立大带宽、微小区的频谱共享结构。2013年6月14日奥巴马发布了一份总统备忘录,指示联邦机构提高频谱的利用率、创造更多可用容量以满足个人和企业宽带用户迅速上涨的需求;指示联邦机构增加他们与私营部门的合作和数据共享,使各种利益相关者能够为了实现频谱利用率的最大化(包括促进政府和商业用户之间的频谱共享等)贡献专业知识。这些举措将使无线宽带提供商、设备供应商有机会获得更多频谱资源。

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