頻譜危機存在嗎？

下次你觀看球類比賽或演唱會的時候，請注意觀察一下四周。你會看到數以千計的粉絲們拍攝照片、視頻，并發給朋友。大量的智能手機及平板用戶促使移動數據流量急劇增長：據思科公司估計，到2016年，移動數據流量將增至現在的18信。而貝爾實驗室更預測這一數字將會是25信。從直覺上看，這是個問題：所有這些照片和視頻都通過電波傳送。然而，無線電頻譜中只有一小部分以幾十億美元的高價被賣給無線運營商供其使用。更多的大部分頻段則被保留作其它用途，如廣播電視、航空和軍事應用等。數據流量的迅速增長致使運營商設定了流量上限并提高價格。毫無疑問，這兩個基本事實——數據使用的爆炸式增長以及有限的頻譜資源——必定意味著我們很快就會沒有足夠頻段來支持所有數碼設備，不是嗎？

就在兩年前，美國聯邦通信委員會主席朱利葉斯·杰納喬斯基提出了同樣的觀點。他表示，美國無線行業急需使用政府和廣播電視機構控制下的那些未充分利用的頻譜。否則，無線運營商將無法滿足用戶的帶寬需求。“如果我們對迫在眉睫的頻譜危機坐視不管，供需的不平衡將導致很多消費者面臨更高的價格。”ATT公司的副總裁吉姆·西科也說，“頻譜緊缺是全行業面臨的問題”。

但下這樣的結論未免為時過早。首先，頻譜“緊缺”（手機使用量超過可用無線頻譜的承載能力）只在非常特定的場合和時間才會出現。有時使用一些替代手段就可以完全解決這些小范圍的問題。例如，環顧體育場的四周，你可能會發現椽子上藏有一些牛奶盒大小的盒子。這些是使用未經許可的那部分頻譜的短距離無線接收器。你的手機可以通過它們發送數據，而無需依賴長距離的手機頻段。這些無線網絡接收器接收到數據，然后把數據通過有線網絡連接傳送出體育場。這樣你和體育場里幾乎所有人發送的數據，并不會占用到移動運營商宣稱的所剩無幾的寶貴頻譜。而這個聰明的方法僅僅是可以派上用場的新策略和新技術之一。

整個頻譜系統分配管理的效率低下。近期交予白宮的一份咨詢報告清楚地說明了這一點，并強調對無線頻譜更廣泛的共享（而不是將每個頻段分配給有限的用戶）可以將其容量提升數千信。比如，廣播電視和國家機關的專用頻段中有很大部分并未被使用。一個原因是有些地區只有三個本地電視臺，這樣電視廣播專用頻譜中剩下的部分就沒有人使用。或者某個軍事武器系統在圣地亞哥占用大量頻段，而在紐約卻用得很少或沒有使用。“與其說我們面臨著頻譜危機，不如說這是頻譜政策危機。”微軟負責技術政策的副總裁、前麻省理工學院教授和英特爾公司的管理人員大衛特尼豪斯如是說。“所謂的‘頻譜危機’其實只是人為的頻譜資源緊缺。”

為了更精確地記錄這種人為頻譜緊缺，微軟公司啟動了微軟頻譜觀測臺項目，來，監測無線電頻段于何時何地被真正使用。監測工作從華盛頓特區、西雅圖和華盛頓州的雷德蒙開始。特尼豪斯希望這項工作能為將來更大規模的數據收集邁出第一步，催生出更靈活的頻譜資源監管措施。他指出，使用短距離開放式未經許可頻段的Wi—Fi無線網絡迅速取得了成功。“現在的挑戰則是通過使用其他未充分利用的頻段來實現更廣泛地區的寬帶接入，將這些已驗證的成功推廣開來。”

頻譜共享的一些早期工作已經展開。例如，某個地區的一些未被使用的電視頻段（通常被成為“白色空間”）可以供其他設備使用。并且，美國聯邦通信委員會于2012年12月提出建議，允許研究人員和企業使用保留給雷達系統的頻率。

更多的無線頻譜可以通過認知無線電技術實現共享。這項技術可以感知可用頻譜，在幾毫秒內改變頻率，從而避免對其他設備的干擾。美國科羅拉多大學正在對其進行首批室外測試。弗吉尼亞理工大學，加州大學伯克利分校和羅格斯大學也在進行這項技術的研究。然而，至少到目前為止，嚴格的管理規定并不允許大規模使用像認知無線電這樣的靈活技術。

當然，頻譜危機的說法也不僅僅是個幌子。無線電頻譜是有限的資源，而且其中一些頻段并不是很適合遠距離通信。無線運營商也不能無休止地在辦公樓頂或山上修建新的基站（有些被偽裝成了樹），因為這些信號遲早會和其他基站的信號相互干擾。但使用專用頻率的短距離發射器和接收器（即小型蜂窩）完全可以彌補覆蓋的不足。小型蜂窩中最小的一種叫家庭基站，價格低至200美元，完全可以滿足家庭和辦公的需求。它們可以像體育場里的WiFi設備一樣減輕大型基站的負荷。“小型蜂窩是現在無線產業最熱門的話題。”弗吉尼亞理工學院無線電研究實驗室主任杰夫里德（Jeff Reed）說。

ATT公司執行副總裁約翰多諾萬（JohnDonovan）在2012年秋季表示，盡管ATT購買了額外的頻譜使用權并且還打算購入更多，眼前的危機已經解除，至2015年一半的新需求都將會通過小型蜂窩解決。這類技術來勢之猛遠遠超出大家的預期。“幾年前，你也許會說我們到今天就會用完所有的頻譜。”位于馬薩諸塞州劍橋的無線通訊公司“瓦努”的創始人瓦努玻色（VanuBose）說。瓦努和里德都是白宮咨詢報告的技術顧問。“其實有很多種方式可以解決需求問題。增加頻譜（對于商業機構來說）當然是其中之一，小型蜂窩，其他減負技術，以及我們還沒想到的創新技術也都是如此。”

終有一天，新的科技會使得無線數據傳輸速度大大加快，從而釋放更多帶寬。例如，麻省理工學院的研究人員已經證實，用于處理數據丟包的往復通信可以被削減。盡管這項技術還有幾年才可能得到廣泛應用，實驗表明它可以將容量增加10信。這意味著你能以10信于現在的速度下載視頻，從而更快地釋放帶寬給其他人使用。

那么，新技術可以永遠避免頻譜短缺問題嗎？也許不能，但微軟的特尼豪斯說，數十年的研究成果已準備好去解決這個問題：“現在，我們有積累了15—20年的新技術和架構……它們可供我們使用很長時間。”