非常感谢通信学会的邀请，在这里和大家交流，感到十分荣幸。本次大会大咖云集、精彩纷呈，收获良多，昨天上午邬院士说能否后发先至，下午刘院士说是否可以弯道超车，今天上午秘书长又说正当我辈发奋时，感觉到我们正处在民族科技复兴的时代，所以非常兴奋。兴奋之时，想想我们频谱领域能做什么，带着这样一个问题，汇报一下未来无线网络面临频谱的挑战与变革。

电磁频谱是否非常重要？这是我跟很多专家交流时，特别是一些国内大牛问我，举例，前一阵子有一位研究微电子的院士说：小吴，我们研究微电子的，是微电子不微，微中见著。电磁频谱重要吗，有什么意义？我说电磁频谱也挺重要的，我们国家设立国家无线电管理局，专门进行无线电频谱的规划和管理，也就是说电磁频谱资源都是国家的战略资源，也上升到国家的战略定位。《国家无线电管理规划》里不仅说是国家的战略资源，而且是一种稀缺的资源，也是国际博弈和竞争战略的热点，而且也是构建国家经济社会发展信息的大动脉，是我们未来网络，特别是无线网络的大动脉，是支持网络强国和制造强国建设发展的关键要素。互联网+、中国制造2025，随着这些国家战略计划的实施，对频谱的需求愈加旺盛。

电磁频谱资源不仅在国家层面具有战略意义，在国防上同样战略地位非常显著。2016年，美国指出：电磁频谱空间是第六维空间。2015年，美国发布的《电波制胜》报告中指出：“失去制电磁权，必将失去制海权与制空权。”要想实现空中、地面、海上、太空和赛博等空间的优势，必须首先要夺取电磁频谱的优势。因此在去年电磁频谱的保证升级为电磁频谱的作战。无论对于军用和民用，电磁频谱都有其重要的意义。

未来无线网络发展，我们讨论5G时，最主要驱动力量是移动互联网和物联网。张平教授刚才探讨6G方向的一些问题，到6G可能还有一个驱动力量，即天地一体化的信息网络。这三个大的驱动力量会使我们通用速率更快，终端接入更多，网络覆盖更广，用户体验越来越好。但是给我们频谱领域却带来了很高的挑战。

挑战一：频谱资源越来越紧缺。

一方面无限业务需求呈指数型增长，2015-2020年，根据Cisco数据报告，业务流量增加约10倍，而频谱供给增加约1倍，2012年，美国政府就提出“频谱危机”这一概念。很多老百姓并没有感觉到频谱危机，也就是说这个感觉还有很大的温差。如图显示，蓝色是无线业务流量的增长，非常快；红色是突跳式，因为频率是国家控制的，2015年美国放宽300Mhz，根据容量计算，流量的线往上提高了一些。感不到危机的原因是目前的频谱资源能够适应无线业务流量需求的，但是对于这些从事电磁频谱领域研究的同志来说，感觉到裕量越来越少，也就是说危机离我们越来越近了。Cisco指出：我们现在都为处在一个大数据时代而狂欢，大数据很多都通过无线的方式接入到网络。所以可以说我们有更多的频谱资源来传递这些大数据吗？这是Cisco提出一个很严峻的问题。

很多新型业务层出不穷，如车联网、船联网。我在南京航空航天大学任教，更多讲一下无人机系统。无人机现在越来越热，从频率来说，目前ITO给无人机系统分配的频率是840.5-845M，上下遥控和遥测，遥测和遥控有什么区别？遥控是地面对上的一种控制，对无人机的一种控制，遥测主要是指无人机工作状态，高度、维度等信息回传。1.4G是下行遥测和信息传输，2.4G包括上行遥控、下行遥测和信息传输。我们现在看到很多都是单个无人机的，我们对军事上已经开始讲究无人机集群作战，在未来民用领域可能无人机的集群化也是非常重要一个趋势。在这个趋势中，除了业务传输以外，遥控、遥测频率很容易造成相互干扰，这和其他通信就有一个很大的区别，即如果遥控的频率、遥测的频率受到干扰的话，会造成机毁伤人事件。所以我们在做无人机实验时，有同志提醒我们应该买保险，万一无人机掉下来砸到人了以后怎么办。所以频率问题是非常严峻的问题。

挑战二：无线电秩序形势越来越严峻。

如图，360得到一个伪基站的态势图，如图可以看出，伪基站量非常大，中间是黑广播，架在屋外有一个天线，有窃听器、无线电作弊、无人机非法用屏。

无线电秩序安全方面可以分三个方面：

1、重大活动的无线电安全。现在有很多破坏的活动是通过无线遥控的炸弹实施。在“十二五”期间，有抗日战争胜利70周年、世界互联网大会等等这些重要的活动都需要无线电进行安全保障，我们做了一个全军频谱系统，做无线电安全工作，比较初级，后续要在这个基础上继续进行改进，为未来的冬奥会服务。

2、无线电信息安全，主要查处，在“十二五”期间，即2011-2015年，全国查处伪基站案件总共3951起，查处黑广播案件3301起。现在伪基站和黑广播呈现比较高的上升趋势，之所以如此，是犯罪成本太低。有的时候能找到黑广播在什么位置，但不知道是谁释放的黑广播。

3、无线电专用频率的安全，保护民航、铁路无线电专用频率长效机制，“十二五”期间查处的各类无线电干扰6500起。民航使用的频率是108-138M，而广播电台使用的是88-108M。前一阵在南京路口就有黑广播干扰民航频率，黑广播成本低，但是对外辐射非常大，干扰了民航飞机。现在快递业发展非常快，很多公司为了控制邮递员的位置，让他们戴上GPS信号，能知道他们在什么位置，有一位邮递员为了不让公司知道他所处位置，自己戴了一个GPS干扰器，结果送到机场附近，就把机场周围的GPS信号干扰了。这个也是影响了民航正常的起飞和运转。

挑战三：电磁频谱战敌对抗越来越激烈。

美国在2015年发布的电波制胜报告中有一个副标题，即重拾美国在电磁频谱领域的主宰地位。美国很有危机感。美国国防部和各军种、盟国都把电磁频谱优势置于不可质疑重要的地位上，是取得其他胜利的前提条件，我军也指出：要从静态设防向动态赋能，从安全保障走向对抗作战的方向发展。也就是说主要的大国都在电磁频谱领域进行激烈的竞争，所以对抗会越来越激烈。

针对这三个挑战，同时推动了三个变革：

变革之一：为了解决电磁频谱资源紧缺的问题，推动了频谱资源从静态独占向动态共享转变。为了使电磁频谱管理有序，我们要从孤立监测向网格化监测和分析转变，同时在电磁频谱作战领域由人工决策向自主决策转变。

动态授权的频谱管理，传统频谱管理模式是一种静态分配的管理模式，即切蛋糕的模式。现实生活中，你买了房子，但是不允许你出租，这样频谱利用效率很低，房子如果不允许出租，房子利用效率也很低。但是优点是管理简单，系统之间没有相互干扰，不足之处是频谱资源动态利用效率极低，特别是在现在社会上高度流动的情况下，造成对频谱资源的需求在不同时间、空间、频率上有很大的不同，负载不均衡。

为了解决频谱动态利用率问题，国际上发展认知无线电技术，无线电领域研究的很多老师都非常清楚，很多专家认为：认知无线电技术就是一种见缝插针式的通信技术。在2014年，国家无线电监测中心对450M-5G频段进行了评估，认为大部分频率使用是远远小于10%的，在未来发展中需要采用认知无线电技术。但是认知无线电技术也存在不足，不足是通信质量没有办法得到完全保证。在这种情况下，国际上提出一种新的体制，即动态授权管理体制。也就是说允许广电等公司将空闲的频谱出租给热点地区用户使用。

现在国际上研究的前沿主要代表欧盟是LSA和美国的Super WiFi。欧盟LSA讲到民航频谱，在机场不允许使用，但是今天我们开会的地方完全可以使用。把这些频谱形成一个频谱的数据库，如果在某个热点区域频率紧张，可以跟控制中心再申请控制资源，控制中心授权，当然可以是付费的。

我们国家在《无线电管理规划》里指出：“十三五”期间首要任务是创新评估管理，建立频谱使用评估和频率回收机制，形成行政审批和市场化配置管理体系。

动态授权频谱管理包含很多技术，如果要实现的话，其中有几个指标：

1、动态授权时间，美军想利用35年，将频率动态分配管理时间从当前3个月缩短到1秒。

2、体系架构的创新，以前频谱监测网络和用频网络相互分离，在这个体系架构下是通过授权的交易结合在一起。

3、频谱数据组织分析，主要包括获取、存储、查询、预测、利用等等。现在中国科大朱老师经常组织无线大数据的研究，频谱大数据是无线大数据的一种特殊类型。

4、频谱云，在云端进行频谱数据的分析决策和频谱交易。

这部分我们团队主要做的工作：

1、提出频谱云模型，将大规模的频谱监测、频谱大数据分析、异构频谱资源的优化、频谱资源的共享服务以及无线电次序管理服务有效结合起来，形成新的体系架构。

2、提出面向频谱贸易市场的频谱拍卖机制，是在频谱云基础上形成这样一个高效的拍卖机制。短时频谱拍卖已经成为学术界一个研究热点，但是工业界目前还没有这样的标准。加拿大皇家科学院院士认为我们提出的频谱云是动态频谱管理中一种不寻常的方法。英国皇家工程院院士认为频谱拍卖机制是动态频谱管理机制创新中的代表工作之一。

变革之二：网格化的频谱监测分析。传统的频谱监测现在还是像固定、单台站的监测，就是大台站孤岛式监测，从全国来说现在建有VHF/UHF监测站2522个，移动监测车1106辆，可搬移和便携式设备6731台，对于全国范围来说这个数量非常有限。优点是非常简单、成本较低。不足是很多都是事后工作，事中实施性很差，事前预测能力很差。刚才说到民航，民航被黑广播干扰，是民航反映到江苏省无线电管理委员会，江苏省无线电管理委员会再派移动车去找黑广播，然后找到以后再清除，整个半天时间就过去了。我们能否把监测网平时就布好，有事件发生时能及时响应，或许还能预测。固定单台站现在简单联网，但还没有找到网格化智能监测阶段。

最主要的作用是快速查找非法用户，360、百度都开发了伪基站监测系统，但预测能力不强。在这方面，上海市走在全国前列，上海市形成了网格化无线电监测系统的试验网，主要在徐家汇和虹桥交通枢纽两块区域，总面积74.6平方公里。江苏省正在盐城建这么一个网格化的无线电监测系统试验网，从目前了解的情况来看，这个试验网在国际上也是第一次。

频谱大数据，在这样一个网格化不断计入时长、能量值，根据设定，一个星期存储量是300多pd，超过Facebook一年的存储量。这个问题确实是存在的，因为国家无线电监测中心主任跟我说了一个事情，说：现在全国存储频谱的数据吃硬盘吃的不得了。

网格化监测有很多关键性技术：网格化如何优化部署？网格化部署以后，很容易和授权矩阵联系在一起，不是每个点都适合部署监测设备的，所以网格化如何部署是一个问题；3D感知问题，我们现在可以用波数技术进行抗干扰，波数如何感知？就是现在频谱感知领域一个难题。还有频谱大数据压缩传输，还有多维的频谱态势的补全，以及多维联合频谱预测等等技术。

我们团队在这方面工作主要是在线稳健预测，构建基于低秩矩阵/张量完成的多维在线频谱预测机制，在二维时用低秩矩阵就可以处理，但是到三维以后矩阵就不行，要通过张量生成把多维转化成二维来解决。

系统数据的频谱攻击行为和频谱防御策略，从攻防联动角度提出频谱攻防交互博弈和检测的思路。美国科学院士E.Frid，香港工程院士等都对我们这项工作有很好的评价。这部分工作我们在国家自然科学基金重点项目支持下，主要是广域动态频谱态势基础理论与关键技术研究。瞄准的目标是美国。

变革之三是自主频谱决策。传统的频谱决策是一种人工方式，主要是情景比较简单，可能不需要决策，甚至只要预测一下就行了。但是现在频谱作战是一个复杂的电磁频谱环境下作战，复杂性主要体现在多样性、密集型、大规模、高动态和高对抗。我们解决智能频谱决策或自主频谱决策，从作战角度来说，主要解决战前快速的规划，战时自我协同，还有和敌方对抗，美国DARPA系统、GEMSIS系统以及频谱挑战赛，用智能进行频谱管控的研究。主要利用人机混合的智能决策方法进行预先决策和临机决策。

我们团队在博弈方面做了更多的工作，优化方面正在展开研究。

提出局部互利的博弈模型，在座专家里可能有来自部队的，其实可以把部队的场景转化成民用场景，考虑到战场环境下，信息传输是受限的，同时对性能要求较高，我们提出利用局部信息交互实现通信可达域的最优，进一步分散博弈对抗的力量。

超图博弈模型，考虑到未来集群作战的特点与民用领域用户群之间的干扰问题，提出超图博弈模型。

美国国家科学院和工程院某院士认为我们提出的博弈是多智能体决策接入代表工作之一；加拿大工程某院士认为我们从群体新的视角研究动态频谱优化问题。

这部分主要是围绕两个项目展开实际研发，一个是工信部国防共性基础重点项目，基于通用数据链的协同电子战智能频谱管控技术，未来战场是一个频率异构的系统，怎么样通过这样一个智能频谱管控，把所有的用频装备协同在一起作战。还有一个是军队“十三五”预研项目，面向无人机的智能频谱管控，无人机作战首先要解决频率问题。

总结，电磁频谱无论对军用还是民用都是一个战略资源，在移动互联网、物联网、天地一体化信息网络驱动下，未来无线网络会向速率更高、接入更多、覆盖更广的方向发展，但对频谱资源提出更多的挑战。为了应对这三大挑战，我们需要在频谱方面展开三个方面变革，这三方面的变革也体现了互联网+、人工智能+，以及频谱转型，也希望有更多的专家加入到频谱领域的研究，让我们一起前行，欢迎大家到南航去指导我们的工作，谢谢！