技术与标准丨面向B5G/6G的无线电监测网建设需求初探
作者简介
韩将星
吉林省延边朝鲜族自治州工业和信息化局无线电监测站助理工程师，主要从事无线电监测站领域的5G/6G、互联网、物联网、监测网等方面的研究工作。论文引用格式：
韩将星. 面向B5G/6G的无线电监测网建设需求初探[J]. 信息通信技术与政策, 2021, 47(8):92-96.
面向B5G/6G的无线电监测网建设需求初探
韩将星
（吉林省延边朝鲜族自治州工业和信息化局无线电监测站，延吉 133199）
摘要：面向B5G/6G，为有效监管空中无线电电磁环境秩序以及快速查除各种无线电干扰源，初步探讨了当今无线电监测网应用现状及相关学术研究成果，分析了其建设需求，并结合近年来出现的各种干扰现象给出建议，为未来无线电监测网建设提供理论参考与借鉴。
关键词：B5G/6G；无线电；监测网；干扰源
中图分类号：TN915.0 文献标识码：A
引用格式：韩将星. 面向B5G/6G的无线电监测网建设需求初探[J]. 信息通信技术与政策, 2021, 47(8):92-96.
doi：10.12267/j.issn.2096-5931.2021.08.015
0 引言
面向B5G/6G时代，无线电频谱需求日益增多，空中无线电电磁环境变得日益复杂，这对无线电监管来说是一个巨大的挑战。《国家无线电管理规划（2016—2020年）》明确提出：“管资源、管台站、管秩序，服务经济社会发展、服务国防建设、服务党政机关，突出做好重点无线电安全保障工作”为总体要求，聚焦频谱资源管理核心职能，着力完善监管体系建设，升级国家无线电管理应急指挥调度中心。我国无线电监管体系正加快追赶时代发展的步伐，逐渐走向一体化、智能化、数字化、网联化方向发展，各地区一体化无线电监测网建设进展日益凸显，建设需求也日益增高。针对上述发展态势，本文从当前我国无线电监测网应用及研究现状入手，初步分析面向B5G/6G的无线电监测网建设需求，为未来无线电监测网发展提供参考建议。
1 无线电监测网应用及研究现状
无线电监测网包括固定站、机动式移动监测车/移动站、便携式监测设备、监测型无人机等，随着信息技术的发展,其种类越来越多样化、智能化以及网联化。为深入分析面向B5G/6G的无线电监测网建设需求，有必要了解当前我国无线电监测网最新应用现状以及相关学术研究，以分析其存在的问题与改善方向。
在监测网应用方面，文献[1]介绍了基于SOA的超短波监测一体化平台系统，其主要核心功能为常规监测测向、数据分析处理、自动化监测、全景运维和地理信息等，实现国家及全省范围内的监测一体化监管。针对重大活动无线电安全保障，如重大会议场所内的安全保卫系统、卫星直播、对讲系统、同声翻译系统等室内外各类无线电设备等，文献[2]介绍了基于一体化平台的网格化监测保障系统，其主要功能为建立全频段信号库并归类以及对监测单元的可视化配置与三维模型上动态展示实时各会场的监测情况，可查看频率指派、频率复用情况、干扰源等信息，同时可以满足监测月报、测向定位、干扰排查等日常监测工作。该系统符合国家一体化平台标准，以接收机分时复用、远程集中控制、综合数据分析的方式，满足重大活动保障中的大区域无线电监测。文献[3]介绍了基于深度学习的无线电信号源移动定位方法，监测人员仅需按照地图上所展示的示向度态势的引导来驾驶监测车到达信号源位置，可迅速查除各种复杂城市环境中的干扰源，使监测人员可以摆脱经验依赖，时效性强、自动化程度高。文献[4]利用TDOA多个站点的站间协同能力完成对淹没于底噪之中的宽带小信号、短时/突发信号、同频信号等进行快速协同定位。文献[5]介绍了基于一体化平台的航空专用监测系统，其主要功能为利用航空专用监测接收机、多路语音记录单元和多通道控守单元等应用，可以进行智能化信号提取识别、智能预警潜在干扰、主动溯源历史干扰等一系列操作，并自动识别航空干扰，有效提升航空干扰排查率和时效性。从上述应用可以看出，监测网的性能、自动化与网联化程度相比于以往的低性能、非自动化、非联网式传统监测网有了许多进步，并且还带有一定的大数据、人工智能、云计算等功能，初步解放了人力资源。但是，这只是提高了单一系统内监测方面的综合性能，监测网系统与台站数据库系统、移动站系统等之间的融合联网应用方面仍有较大欠缺，并且大数据、人工智能等技术应用上来看，其使用范围小，功能方面比较单一。为了进一步弥补以上问题，面向未来，学者们进行了大量相关研究。
在学术研究方面，文献[6]为了保证重大活动场馆内外的频率和谐共存，设计了以无线电技术监测、台站管理、大数据分析平台为基础的无线电综合保障平台。针对未来卫星互联网的全球性覆盖，文献[7]从无线电管理的角度，初步探讨了卫星互联网的监测手段，如星基监测系统、陆基监测系统、无人机空中监测系统等。面对省级无线电监测设施种类多、专业技术性要求高以及设备信息管理任务重等问题，文献[8]提出了基于SOA 架构信息化平台的无线电监测设施运行维护的开展思路和想法，实现运行维护的监督管理与量化评估、监测设备的全过程管理。文献[9]提出了无线电大数据分析域的架构，对其功能、关键技术以及主要应用场景进行了探讨。文献[10]提出一种构建微型卫星式监测站的设想，其主要核心功能具有软件无线电、认知无线电协作频谱感知、边缘计算、雾计算和云计算、机器学习、TDOA定位等，并且初期可以依托现有通信基站站址快速布设站点，有效扩展监测网的盲区覆盖。以上学术研究面向未来提出了无线电综合保障平台、卫星互联网的监测手段、基于SOA架构信息化平台的设施运行维护系统、监测网大数据综合应用、具有认知无线电协作频谱感知功能的微型卫星式监测站等设想，使监测网综合性能提高了一个台阶，更加丰富了监测网的使用手段。然而，B5G/6G时代是车联网、物联网、无人机、边缘计算等新兴技术应用爆发的时代，这些技术的灵活应用，给无线电监测网的性能带来较大影响。比如，移动监测车的车联网相关技术应用，无线电监测站内部办公设施及各种设备管理相关物联网技术应用，小型监测型多旋翼无人机、侦查无人机、系留监测无人机、反制型无人机应用等，能大幅度提高无线电监测与管理效率，并且通过5G/6G网络可实现网联化与数字化，能有效应对未来的无线电电磁环境。但是，目前无线电监测网领域对这方面的相关学术研究相当稀少，为此文献[11-16]中提出了车联网、物联网、监测网、无人机等平台结合5G、大数据、人工智能、云计算、边缘计算等新一代信息通信技术，高度融合并形成综合一体化无线电监测网，实现了监测网整体的智能化、网联化与数字化，并在文献[17]中初步讲述了6G愿景技术的同时，进一步探究其在无线电监测站的车联网、物联网、监测网、无人机、频谱管理等领域的应用需求。总体而言，5G、6G、人工智能等信息通信技术的发展，大幅度提升整体相关垂直行业的数字化进程，使各领域之间的联系越来越紧密而融合，并向高度智能一体化方向发展，面向B5G/6G的无线电监测网发展也是如此。
2 面向B5G/6G的无线电监测网建设需求分析
5G商用初期基本使用300 MHz~6 GHz厘米波频段，到B5G/6G阶段，将逐步扩展到6 GHz~300 GHz为毫米波高频段，甚至300 GHz以上太赫兹频段。在相同的覆盖范围下，毫米波的基站数量为厘米波的10倍，甚至更多[18]。这说明毫米波传输范围相比厘米波大大缩小，并且毫米波特性上容易受周围环境干扰，因此B5G/6G时代的无线电环境比目前更为复杂。现在是5G厘米波基站高速建设阶段，相比4G，全国范围内5G基站相关干扰源明显增多。这是因为2 GHz~4 GHz的5G基站覆盖范围要比4G基站小很多，如果想满足大范围高速覆盖，其建设数量需要远超4G基站。5G基站开始建设以来，全国范围内5G相关干扰源日益增多，原因是6 GHz以下频段的资源越来越稀缺，非法设台设备较多，加上同等范围内5G基站的发射功率高于4G基站，因此很容易产生邻频或者同频干扰，这也是建设初期不可避免的。国家无线电监管层面正在努力协调5G基站对卫星地球站、无线网桥等相邻区域的干扰，并查除了很多此类案例。因此，面对未来B5G/6G时代的基站数量更加密集、无线电信号频率范围更宽以及更加复杂多变的无线电电磁环境，各种干扰源的查除、无线电监管难度以及对无线电监测网高性能技术需求肯定会比现在高很多。虽然目前国家无线电层面全面推进全省一体化监测网建设，但仍停留在信息化建设初级阶段，大部分省地市各种便携设备、移动监测车、固定站等设施仍然处于“信息孤岛”状态，大数据、人工智能、物联网、无人机等新一代信息技术得不到广泛深入应用，相比移动通信、电网、铁路、航空、智慧城市、企业等其他领域，技术方面较为落后，需努力改善。
移动通信的发展带来诸多便利，也带来不少麻烦。例如，无线电作弊手段从模拟传输演变到数传，大型会议场所内外无线电传输手段越发复杂多变，非法无人机干扰民航飞机正常起飞，5G基站数量的增多产生各种无线电干扰等。各种无线电干扰源的产生给无线电监管带来巨大压力的同时，对高科技无线电监测网的建设需求也不断提高。从6G愿景上看，6G以微秒(μs)级空口时延、Tbit/s级的峰值速率、/km21000万超海量连接、厘米量级的定位精度等[19]，进一步扩大5G性能。6G以太赫兹通信、可见光通信、动态频谱共享、人工智能、新一代天线射频、卫星互联网、全息通信、海洋网络、区块链、6G定位等一系列新技术，主要应用于数字孪生、空中高速上网、基于全息通信的XR、新型智慧城市群、智能工厂、网联机器人和自治系统等6G新的业务场景[17]。可见，6G时代的无线电电磁环境较5G时代更为复杂，传统的以经验为主的干扰源查找方式很难适应未来B5G/6G时代的超大带宽、动态频谱、太赫兹通信等新型无线电电磁环境，亟需建设高精度、高分辨率、高专业化、高智能化的监测手段。B5G/6G时代，要更注重智能化的无线电监测网手段，提升监测人员的专业程度，加强其对整体无线电电磁环境与相关专业技术设施的理解与把握。
3 思考及建议
近年来，随着5G基站的快速推广与无线通信技术的发展，6G以下频谱越来越稀缺，各种干扰源随之而来。例如，某驾校考试用于传输视频、音频和GPS数据的C波段微功率基站、无线网桥等设备对新一代气象雷达站造成干扰[20]；距雷达站约27 km处的某工地“黑网桥”对航空C波段气象多普勒雷达造成干扰[21]；使用频率为798 MHz~823 MHz的非法手机信号放大器对某市区应急指挥调度无线通信网频段为798 MHz~822 MHz的800 MHz数字集群通信基站造成干扰[22]；发射功率为220 V的L波段方向性大功率GPS干扰器对民航GPS可产生几十公里外远距离强烈干扰[23]；L波段的欺骗式无人机干扰器对GPS定位产生干扰[24]；900 MHz频段铁路道口两边铁杆上的RFID发射天线设备对联通基站上行频段造成干扰[25]等。可以看出，有些干扰源离受干扰地点数十公里，查找起来非常耗时耗力。还有些隐蔽性强、微功率、短距离的干扰源发射设备，因干扰信号只有在某一小部分区域出现且发射功率极小，徒步或者使用移动监测车查找时，容易遗漏且排查时间过长[26]。种类繁多的干扰源严重影响正常无线电电磁环境秩序，对气象、民航、铁路、移动通信等重要领域的正常运转造成不利影响。面向B5G/6G，如何才能更好地监管以及快速查除无线电干扰源是需要深思与解决的一个长远的课题。对此，提出如下建议。
3.1 动态频谱管理方面
随着5G的逐步推进，频谱资源越发紧缺[27]，自然衍生出越来越多的动态频谱。因此，为了频谱资源的高效利用，需要构建科学、高效的动态化频谱管理体系，有效化解频谱资源供需矛盾。文献[28]为有效应对日益复杂的5G、6G频谱环境，提出了智能频谱管理的构想及体系架构，并阐述了关键技术，其核心内容为利用认知智能理论、大数据等技术打破现有的以授权为主的静态频谱分配模式，实现动态频谱管理的智能化。未来，无线电监测网与智能频谱管理体系相结合，可以更好地监管与查除干扰源。
3.2 专业人才队伍建设方面
无线电专业队伍人才建设是提高工作效率的重要途径之一，特别是面向B5G/6G时代，各相关领域设施越来越融合，专业化程度越来越高，有必要加强专业人才队伍建设的整体水准。《工业和信息化部关于加强无线电监测工作的指导意见》(工信部无〔2019〕57 号文件)中明确提出：无线电监测专业人才队伍建设水平进一步提高，人才队伍建设进一步加强，提高对各类无线电信号发现、测量、分析与识别的能力。因此，各省市无线电管理机构应该积极开展专业人才队伍建设工作，力争进一步提高专业人员的综合技术能力。
3.3 监测设备性能方面
面对日益复杂的无线电电磁环境，及时更换和升级监测设备性能至关重要。有些移动通信基站干扰，很难用以往的监测设备快速定位或者查除。例如，PR200的门控频谱功能能够快速定位移动TD-LTE干扰，有效地将TDD信号的上下行时隙分离显示频谱。由于TD-LTE的上行和下行信号是同一频率，如果干扰信号出现在上行频段，要想查看干扰信号的具体频谱，必须利用PR200的“时间门”参数调整至上行子帧，使下行子帧不再显示才能清晰地看到干扰信号源频谱，如果接收机没有门控频谱功能，比如YBT、R&SFSH8等老款接收机，则很难快速定位查除[29]。
3.4 民航干扰应对措施方面
保障民航无线电免除干扰是无线电监管重要内容之一，民航主要干扰源有：广电部门正规调频广播电台发射机老化或者出现故障而产生的带外信号；调频广播频段与民航地空通信频段相邻而产生互调干扰；民众非法设台造成同频干扰；导航台、机载应急电台、机场跑道高杆灯等民航内部自身设备老化或故障对航空频段产生的干扰；LED显示大屏、大型霓虹灯、高压输变电线路、大功率照明灯等设备导致的干扰，其主要原因为内部的交变电流会产生无规律的低功率宽带信号电磁波并向外辐射，干扰影响范围一般不超过几百米[30]。建议采取如下应对措施。一是加大航路及机场周边电磁环境保护力度。在航路及机场周边架设航空专用网格化无线电监测网，例如华日民航无线电监测系统、基于一体化平台的航空专用监测系统等，24小时无间断监测并定期进行分析与排查，作为无线电日常工作来保障民航安全。二是研究探索民航干扰源查除方法及监测、测向设备效能，协同相关研发企业定期提供有效依据，提升专用设备研发效率及改善其性能。三是严管非法无线电发射设备市场销售，加强无线电管理法规宣传，提高民众合法用频用台的法律意识。
3.5 无线电法制建设方面
加强无线电管理法治建设，加大执法力度，提高民众法律意识。目前，国内存在违法生产无线电产品、违法设台等现象。据统计，近年来烟台市150多家与无线电产业相关的大、中、小电子企业中，80%以上的无线电产品属于没有经过国家型号核准，未标型号核准代码的违法生产设备，并且部分产品甚至没有无线电频率规划[31]。因此，从国家层面到省地市应加大对无线电设备市场的监管，积极开展无线电法律宣传，防止非法设备的销售与流动。
4 结束语
面向未来B5G/6G，随着无线通信技术的发展，对有限频率资源的需求量越来越大，而且5G基站、低轨道卫星、无人机、无线网桥等各种无线电设备数量日益增多，使空中无线电电磁环境日益复杂，无线电监管面临巨大挑战。面对当前发展态势，无线电监测网作为解决电磁环境秩序的有效手段，如何紧跟时代步伐更好地建设无线电监测网是本文主要分析的内容，包括无线电监测网应用现状、学术研究以及建设需求，并结合当前面临的各种干扰案例提出建议，为日后的无线电监测网建设与监管提供理论参考。
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Preliminary study on construction requirements of B5G / 6G oriented radio monitoring network
HAN Jiangxing
(Radio Monitoring Station of Industrial and Information Bureau of Yanbian Korean Autonomous Prefecture, Yanji 133199, China)
Abstract: In order to effectively supervise the electromagnetic environment and quickly detect various radio interference sources, this paper discusses the application status and relevant academic research of the radio monitoring network, analyzes its construction demand, and gives some suggestions based on the various interference phenomena in recent years, which provides theoretical reference for the construction of the radio monitoring network in the future.
Keywords: B5G / 6G; radio; monitoring network; interference source
本文刊于《信息通信技术与政策》2021年 第8期
主办：中国信息通信研究院
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