1 引 言
电磁频谱的利用实现了许多现代军事能力。美国防部（DOD）利用电磁辐射实现军事通信、导航、雷达、飞机及其他设备的非侵入性检查。美国防部还严重依赖电磁辐射执行情报、监视和侦察（ISR）任务，如导弹预警和信号情报。目前已为美空军、陆军、海军、海军陆战队和太空军分配了很宽的频带，使各种装备和应用能够支持军事行动。电磁频谱内的机动和行动自由对美国和多国作战行动至关重要。
自2018年以来，美国防部已认识到频谱在军事行动中的重要性，创建了新的组织机构，并正在制定新的战略和政策。美国防部已经开始重新确定其频谱管理和使用的优先级。美国防部是美国电磁频谱最大的联邦用户。它拥有多个频段的频率，支持许多技术和应用。美国防部利用频谱开展日常训练和军事行动。因此，频谱的任何变化都会影响美国防部的行动。此外，美国防部在频谱相关技术上投入了大量资金。频谱的变化可能会影响美国防部利用、控制或开发这些技术的方式。
2021年3月31日，美国国会研究服务处（CRS）发布《美国国防部电磁频谱应用综述》报告，梳理了电磁频谱的军事应用现状、新兴军事应用、美国防部频谱战略和政策，并从技术挑战、组织问题、商业需求三个方面分析了美国防部潜在的频谱问题。美国防部电磁频谱军事应用大家并不陌生，编者对该报告部分内容进行了编译，主要介绍了美国防部近期的频谱战略和政策，以及随着频谱需求激增美国防部面临的电磁频谱问题和挑战。
2 美国防部频谱战略和政策
美国防部最近改变了其频谱作战战略和组织结构，并把工作重点放在了频谱作战上。首先，2020年5月，联合参谋部发布了联合出版物（JP）3-85，记录了美国防部的联合电磁频谱作战条令。该条令指出，电磁频谱“是促进作战环境控制必不可少的机动空间，影响作战环境和军事行动的各个方面。”通过将电子战和频谱管理行动整合在一起，JP 3-85还改变了美国防部电磁频谱作战（EMSO）的训练和组织方式。以前，频谱管理和电子战是两个独立的学科，由各个军事指挥部的不同组织管理。JP 3-85指出，虽然信号情报可为电磁频谱作战提供支持，但它仍然是情报部门的任务。
接着，2020年9月，美国防部发布了一项新的电磁频谱企业指令，为电磁频谱作战制定政策和分配职责。该指令确定美国防部首席信息官（CIO）为美国防部长首席参谋助理，负责制定频谱管理政策，指定负责采购和维护的美国防部副部长负责电子战项目，并指定负责研究和工程的美国防部副部长负责开发频谱管理和电子战技术。
2020年10月，美国防部发布了《电磁频谱优势战略》。战略概述了美国防部“发展优势性电磁频谱能力；向敏捷、综合一体化电磁频谱基础设施发展；追求整体军力电磁频谱战备状态；确保持久合作伙伴关系以获得电磁频谱优势；建立有效的电磁频谱管控以支持战略战役目标”的目标。该战略结合了美国防部2013年电磁频谱战略和2017年电子战战略。2013年战略确定了商业部门对频谱日益增长的需求，美国防部称之为“拥挤”。2017年战略确定了潜在对手如何开发系统来挑战美国的频谱优势，美国防部称之为“对抗性”。2020年新战略概述了美国防部计划如何在满足商业频谱需求的同时支持对抗环境下的作战。此外，美国防部正在制定路线图和实施计划，以实现战略愿景和目标。
从作战角度来看，传统上美国战略司令部被授权负责频谱事宜。但之后《2021财年国防授权法案》（NDAA）规定，“美国防部长应在两年内将美国战略司令部司令与电磁频谱作战密切相关的所有职责和职能移交给国防部内的适当实体”。
3 潜在频谱问题
在美国，国家电信与信息管理局（NTIA）和联邦通信委员会（FCC）共同管理无线电频谱（3Hz～300GHz）的使用，以平衡美国政府利益、私人利益和公共利益。NTIA管理联邦机构的无线电频谱使用，而FCC管理非联邦机构（即私营部门，包括广播、移动通信、商业、工业、个人以及州和地方政府）的无线电频谱使用。两个机构协调频率分配，并设定技术要求以避免干扰。
随着美国商业无线服务（如移动电话、移动应用、视频流、Wi-Fi）的持续显著增长，对频谱的需求不断增加。美国国会已经颁布政策，使更多频谱可用于商业用途，某些情况下，频谱将从联邦机构重新分配给商业用途。当美国国会考虑频谱利用政策建议时，潜在问题出现了。这些问题可以大致分为技术问题、组织问题以及商业频谱利用相关问题。
3.1 技术挑战
本节讨论与频谱相关的几个潜在技术问题，其中包括通信系统互操作性、对手技术发展和频谱共享技术（以实现商业应用）。
（1）通信系统互操作性
美国防部面临的一个挑战是各个武器系统之间以及各军种之间的系统互操作性。为F-22和F-35战斗机开发的数据链协议互不兼容，F-22采用机间飞行数据链（IFDL），F-35采用多功能高级数据链（MADL），阻碍了美空军这两种战斗机相互共享信息。每个军种也都开发了自己的指挥、控制和通信系统，以满足各自需求。例如，美海军使用安装在导弹巡洋舰和驱逐舰上的宙斯盾弹道导弹防御系统，目前该系统无法向执行类似功能的美陆军综合作战指挥系统（IBCS）传输雷达数据。
5G包括低频、中频和高频频谱。美国防部在作战行动中使用所有三个频段。虽然美国防部的大部分资产都在低频段和中频段，但它也将高频段（包括毫米波）用于高端军事应用，如为美军提供全球有保障通信的先进极高频卫星（AEHF）。协调四个政府部门、三个频段和多个地区的投资是一项挑战。
美国国防创新委员会和联邦通信委员会建议美国防部把重点放在sub-6 GHz频段部署上；他们认为，世界其他国家首先正在中低频段部署5G军事应用，美国也应该这样做，才不至于在sub-6 GHz频段部署上落后于其他国家，还能确保美军在国外时有能力行动，且能够与这些国家实现互操作。
行业观察人士断言，重大创新将出现在毫米波频段，包括高速、低延迟应用，使美国在全球国防市场和战场上具有竞争优势。还有人断言，由于5G可提供更大容量、更快速度、更多功能、定制化服务和更高安全性，所有三个频段的投资都将使美国防部受益。在决定美国防部拨款时，美国国会可能会考虑5G联邦资金应该投资在哪里以及如何投资。
（2）对手频谱干扰能力发展
美国防部面临的一项挑战是跟上对手技术和能力快速发展的步伐。2018年12月，美国政府问责局（GAO）发布了一份报告，称对手正在开发电子攻击武器，以具有敏感电子部件的美国系统为目标，如军事传感器、通信、导航和信息系统。美参议院军事委员会引用该报告称，“这些武器旨在降低美国的能力，可能限制态势感知或影响军事行动。”
十多年来，俄罗斯军方一直致力于开展军队现代化工作，特别重视指挥、控制、通信、计算机（C4）和ISR系统，电子战在其中发挥着重要作用。军事分析家罗伯特•麦克德莫特称，俄罗斯军方将电子战视为“一种利用电子手段对抗敌方C4ISR能力以‘改变信息质量’或利用电子手段对抗各种资产以改变作战环境条件的武装斗争。”麦克德莫特还描述了俄罗斯信号情报部队和电子战部队之间的密切关系，其中几个电子战部队执行SIGINT功能。如果俄军能够拒止大部分电磁频谱，则会给美军带来问题。
美国国会面临的另一个潜在频谱问题是平衡商业用户和消费者的频谱需求，同时确保美国防部拥有跟上对手所需的频谱。美国防部表示，“由于现代军事行动严重依赖电磁频谱，我们的对手和敌人的主要目标是拒止我们成功使用电磁频谱的能力。”美军认为，在观察了美军的作战方式后，潜在对手发现，美军对频谱的依赖是一个潜在弱点。因此，这些潜在对手一直致力于挑战美军的网络和电子战能力。这些能力是反介入/区域拒止（A2/AD）整体方法的一部分，旨在挑战美军进入波罗的海国家等有争议地区的能力。《2019财年国防授权法案》要求美国防部对电子战能力进行独立评估。美国智库战略和预算评估中心最终进行了该评估，提供了关于对手能力和理论的概述。
（3）频谱共享
过去，频谱再利用工作主要是为从联邦到非联邦应用重新分配频谱。随着频谱共享技术的出现，美国国会不仅鼓励将频谱从联邦实体重新分配给非联邦实体，还鼓励联邦用户和商业用户共享频谱。例如，2012年《中产阶级减税和创造就业法案》允许联邦机构在因频谱拍卖而被要求迁移或同意共享频谱时收取费用。2015年《频谱管道法案》则为美国联邦机构参与规划、开展研究和分析（以测试频谱再分配或共享的潜力）拨款。
美国防部已经参与了几项频谱共享计划，其中一些频谱已经实现了再次分配或共享。例如，美国防部、国土安全部（DHS）、联邦航空局（FAA）和美国国家海洋与大气管理局（NOAA）已经研究了到2024年将监视、飞行安全和气象雷达应用合成为一个单一的、节省频谱的“系统之系统”的可能性。该系统将让各机构腾出1300～1350MHz频段中的30MHz频谱，通过再分配使其可用于联邦和非联邦应用共享频谱。此外，美国防部计划进行一项全面工程研究，以确定在不危害关键政府运作的情况下在该频段引入先进无线服务的潜力。各机构于2017年开始研究频谱再分配和共享潜力，目前仍在积极研究该频段的潜在应用。这些研究有望为未来频谱再利用决策提供信息。
2020年8月10日，美白宫和国防部宣布，3450～3550MHz的100MHz连续中频频带将用于商业用途（如5G），预计将于2021年拍卖。美国防部利用NTIA完成的技术工作“设计了一个频谱共享框架，支持工业界的更多中频带频谱需求，同时保护关键的国家安全要求。”在2020年9月30日的会议上，FCC通过了一项立法提案的进一步通知（FNPRM），将3.45～3.55GHz频带分配给灵活使用服务。它就协调非联邦和联邦频谱使用的适当制度征求意见，并提出了一个频段规划，以及该频段的技术、许可和竞标规则，这表明FCC正在推进2021年的拍卖工作。
此外，美国还在开发支持动态频谱共享的新技术——联邦和非联邦用户自动共享。例如，2019年9月，FCC批准了商业和联邦用户在3550～3700MHz（也称为公民宽带无线服务，CBRS）的频谱共享协议。根据该协议，商业用户（授权和非授权）将与现在的美国防部用户共享频谱。美国防部将在需要时拥有优先使用权，同时仍然允许授权和非授权商业用户使用该频谱。
2019年12月，美国防部发布了一份特别通知，寻求工业界对5G技术发展的投入，包括动态频谱共享技术。美国防部和空军部寻求在共享（完全或部分重叠）频谱带中机载雷达系统和5G蜂窝系统共享或共存的有效方法（硬件、软件和系统）。其目的是采用有源和无源技术实现共享或共存，评估5G网络对机载雷达系统的影响以及雷达系统对5G网络的影响。2020年9月，美国防部发布了一项信息请求，寻求新方法促进军民用户之间共享频谱，并确定与美国防部频谱共享相关问题。
政策制定者和用户都对频谱共享感兴趣，并将其视为扩大新用户频谱接入的一种方式。将新用户引入频谱带有可能会干扰军事能力，检测和减少干扰是一项挑战。优先使用是另一项挑战，策略控制和二级用户协调也是挑战。此外，为了最大限度利用共享频谱，用户可能需要知道频谱何时在用以及何时可用，这可能会给美国防部带来挑战，因为美国防部可能不想公开共享这些信息。
一方面，行业利益相关者表示，军方和其他联邦用户拥有的频谱要大于其需求，持有大量频谱供未来使用会抑制创新并限制经济发展。另一方面，一些国防倡导者表示，随着频谱商业应用增多，军事应用也越来越多。美国国会面临的挑战是鼓励最有效利用频谱的政策，同时保护并优先执行美国防部的关键任务功能。
3.2 美国防部频谱组织问题
在过去几年里，美国国会已经表达了对美国防部组织频谱相关问题的兴趣。由美国防部副部长领导的电子战执行委员会的任务是通过共享战术、技术、程序、情报和技术，在国防部各部门之间同步和整合电子战。电子战执行委员会负责制定国防部电子战政策，改变资源分配，改革电子战组织、管理和运作。2019财年NDAA授权成立电子战跨职能团队，制定电子战战略，包括脆弱性和能力差距评估，并进一步制定采购计划。
《2019财年国防授权法案法案》指示美国防部建立一个跨职能团队来监督频谱战略的整体实施。其目的是将现有的两个战略，即首席信息官（CIO）制定的2013年美国国防部电磁频谱战略和美国国防部电子战战略，融合成一个战略——电磁频谱优势战略。2019年4月，美国防部成立了电磁频谱作战（EMSO）跨职能团队，该团队由来自联合参谋部、美国战略司令部、网络司令部和其他办公室的高级成员组成。该组织一直在积极更新美国防部频谱政策和战略。2020年5月，美军联合参谋部发布了关于联合电磁频谱作战的新条令，将频谱提升到机动空间。2020年9月4日，美国防部发布了国防部指令3610.01《电磁频谱企业政策》，规定了美国防部综合电磁频谱作战的政策、作用和职责。2020年10月29日，电磁频谱作战跨职能团队制定了美国防部频谱优势战略，并由美国防部长签署。该战略认识到了频谱在支持军事行动中的重要性，并整合了两个传统的独立学科——电子战和频谱管理，对美国防部频谱事业进行了全面审视。最后，2021财年国防授权法案将把电磁频谱作战职责从战略司令部转交美国防部内适当实体。
3.3 联邦频谱的商业需求
随着美国商业无线服务（例如，移动电话、移动应用、视频流、无线网络）的持续显著增长，对频谱的需求也在不断增加。为了满足当前商业和消费者需求，美国政府已经确定了最适合无线通信使用的频谱。针对无线服务的频谱有时会被其他商业用户（例如，无线电和电视广播公司、卫星通信提供商）使用，有时被联邦机构使用。由于美国防部拥有的频谱跨多个频段，它会受到为商业无线服务重新分配频谱的影响。
商业无线服务的增长为美国带来了新的收入和新的就业机会。因此，美国国会面临的挑战是平衡商业和消费者无线服务的频谱分配，同时保护联邦机构对支持关键任务功能的频谱的使用。这种平衡最近在联邦通信委员会的C波段频谱拍卖中得到了证明，此次拍卖从竞标者那里获得了约810亿美元。
美国联邦机构持有多个可用于商业无线服务的频段。由于美国防部是联邦频谱的最大持有者，重新分配频谱用于商业应用通常会对美国防部产生影响。当美国国会考虑为商业用途分配新增频谱的政策时，可能会考虑对频谱日益增长的需求、对美国防部系统和应用的影响、无意频率干扰、频谱分配跨部门流程以及美国防部预测未来频谱需求的能力。
（1）日益增长的频谱需求
随着越来越多的人在更多设备上使用更多数据，以及新技术的出现（5G），对移动数据（如视频）的需求也在不断增加。思科公司报告称，2018年，“全球移动数据流量达到每月19.01艾字节；到2022年，全球移动数据流量预计将达到每月77.5艾字节，”这将增加频谱需求。
为了适应新技术、更多用户和更多数据密集型应用（如视频流、游戏）不断涌现的发展态势，全球电信运营商和设备制造商开发了5G无线网络和技术。5G技术有望提高速度、改善连接并降低延迟。然而，对于5G，供应商需要低频段（1GHz以下）、中频段（1～6GHz）和高频段（6GHz以上）无线电频谱中的大量频谱（100MHz）。供应商预计，5G解决方案（新增频谱和5G新技术）将有助于满足日益增长的移动数据需求，支持面向企业的高级5G服务，并催生5G新应用，包括新的军事应用。
然而，频谱已经挤满了用户，包括联邦机构用户。美国防部被分配了大约40%的联邦分配频谱，包括1～6GHz范围内的重要频带，而它们是移动电信技术的主要频谱。一些利益相关者和政策制定者呼吁重新分配联邦机构的频谱用于商业用途，或鼓励一些联邦机构为5G应用放弃频谱或共享频谱。美国防部则声称其频谱要为军事行动和先进技术研发提供支持，因此应由美国防部负责。
从1993年开始，综合预算协调法案（OBRA）要求商务部长确定将至少200MHz联邦政府使用频谱重新分配给新频谱技术（即商业用途）。年复一年，美国政府不断将联邦政府频谱重新分配给商业无线应用。在2019年首部《频谱再利用现状年度报告》中，NTIA指出，“迄今为止，大多数频谱再利用活动和再利用法定授权集中于适应非联邦应用，并未将频谱再利用导向新的联邦应用；他们优先考虑非联邦专用，而不是共享。”美国国会可能要求重新分配特定频带，要求确定一定数量的频谱（如6GHz以下的255MHz），或要求开展测试研究以确定适当的频谱用于商业用途。由于美国防部持有大约40%的联邦持有频谱，它可能会受到这些政策的影响。
美国国会一直尝试评估和解决联邦频谱政策对机构的影响。例如，2004年，美国国会创建了一个项目，帮助支付联邦机构在重新分配频谱时产生的费用。美国国会颁布了《商业频谱增强法案》（CSEA），该法案设立了频谱再分配基金（SRF）。SRF利用频谱拍卖的收入提供资金，以支付将联邦用户迁移到新频段的费用。然而，随着无线技术应用的增加，对移动数据的需求也不断增加，美国政府不断审查和重新分配频谱以满足新出现需求。一些人认为，频谱规划采取零敲碎打的方法是不起作用的。他们称，这种方法没有为公司或受影响的联邦机构提供足够的时间或信息来规划未来投资。支持者则声称，长期频谱规划将允许工业界规划未来投资，并允许机构规划未来改进措施，缩短将频谱推向市场的时间，并可能有助于解决持续的频谱争议。2018年，启动了两项频谱规划活动。
联邦通信委员会制定了5G快速计划（5G FAST Plan），确定了5G使用的频谱，并简化了法规以加快5G部署。该计划深刻剖析了联邦通信委员会的行动（例如，未来频谱重新分配、拍卖）；然而，美国政府问责局发现，该计划不是与外部实体（包括NTIA或运营商等其他利益相关者）共同制定的。2018年，美国总统指示NTIA制定国家频谱战略，提出“平衡、前瞻性、灵活和可持续的频谱管理方法”；指示联邦机构审查当前频率分配和频谱使用，以确定可以重新分配或与商业应用共享的频谱。NTIA在2019年8月举行了一次频谱政策研讨会，征求公众对该计划的意见。美国防部发言人指出，随着新技术的出现和与商业用户的合作，美国防部正在探索频谱共享机遇。NTIA报告称，国家频谱战略正在制定中。
美国国会可能有兴趣鼓励各机构之间进行协调，以平衡商业5G供应商和用户的需求以及美国防部的关键任务需求。一方面，从国防部重新分配频谱可能有助于加快5G网络部署，刺激5G用例的开发，并加强美国在全球5G市场的地位。另一方面，美国防部提供关键国防职能，从美国防部获取频谱可能会影响军事行动，并导致美国防部使用频谱的永久损失，包括关键的国防行动和未来能力。
（2）无意的商业频率干扰
随着新用户、新技术和新服务引入频谱，可能会增加干扰。当不需要的射频信号干扰工作在同一频带或附近频带系统的信息传输时，就会发生干扰。干扰是频谱管理中持续存在的问题，引入新技术、新用户和扩大频谱接入（例如，通过频谱共享或允许灵活使用频谱）都可能会增加有害干扰。
随着美国政府寻求更灵活地使用频谱以支持新应用，或通过共享方式使用频谱，干扰可能会增加。对美国防部来说，美国国会已经颁布了保护美国防部系统免受干扰的立法。例如，根据《美国法典》，美国国会授权美国防部反对“国防部以外部门或机构负责人提出的对GPS系统的任何限制，这将对GPS系统的军事潜力产生不利影响”。
最近关于Ligado网络公司的争议凸显了关键的干扰问题。2020年4月20日，联邦通信委员会一致通过了Ligado网络公司的一项申请，即“在主要支持物联网（IoT）服务的1526～1536MHz、1627.5～1637.5MHz和1646.5～1656.5MHz频段部署一个低功率（9.8dBW）全国地面网络。”
这些频段传统上用于卫星通信和定位导航授时服务，如GPS。美国防部反对这一决定，美国国土安全部、交通部、内政部、司法部、联邦航空管理局（FAA）和其他部门也反对。这一反对意见与Ligado提议的地面网络可能会干扰从卫星到地面GPS接收机和使能设备的信号有关。尽管联邦机构反对，但联邦通信委员会还是一致通过了该项目。联邦通信委员会委员声称，对Ligado公司项目设置的条件（如降低功率、创建保护频带、报告基站位置）将避免两个系统之间的干扰。
美国国会考虑的一个问题可能是设置可接受的干扰阈值，即符合国际干扰标准的可接受风险水平，这将使新技术成为可能，并保护美国防部的关键行动。美国国会考虑的另一个问题可能是如何以及何时听取联邦机构对干扰问题的汇报，以及决策将如何影响联邦系统和运作。美国国会还可能考虑更广泛的无线技术（如5G、6G）相关问题，如竞争用户之间的频谱分配以及频谱决策对国家安全的影响。
（3）跨部门争端
美国国会可能会审查联邦通信委员会和NTIA或其他联邦机构解决频谱纠纷的程序。如上所述，联邦通信委员会和NTIA根据一项谅解备忘录开展工作，该备忘录要求进行频谱规划和协调。在与联邦通信委员会的会议中NTIA代表联邦机构发言。一些观察员质疑NTIA是否能代表联邦机构的利益，而其他人质疑联邦机构是否应该通过NTIA表达其对联邦通信委员会决策的担忧。
随着美国政府努力为5G服务提供频谱，用于联邦机构任务（美国防部和其他机构）的几个频带已成为频谱重新分配或再利用的目标，会影响联邦机构的投资和任务。这包括美国防部对L波段的担忧，美国交通部对重新配置为汽车安全技术预留的5.9GHz波段感到担忧，美国教育部对重新分配教育用户的2.5GHz波段感到担忧，美国国家海洋和大气管理局对用于天气预报的24GHz波段感到担忧。
美国国会提出了改善频谱管理和减少频谱纠纷的倡议。例如，参议院通过的2021财年国防授权法案将指导NTIA对一系列信息技术（IT）现代化计划进行评估，这些计划将提高美国联邦政府频谱使用和管理能力。美国一些国会议员提议更新联邦通信委员会和NTIA之间的谅解备忘录，明确政府的频谱管理和重新分配过程。还有人向美国国会建议，由第三方，如白宫科技政策办公室（OSTP）或国家科学与工程学院，担任技术审查员，或冲突技术报告和干扰纠纷的仲裁人。
随着频谱重新分配或重新配置，一些联邦机构开始提出抗议。联邦通信委员会承认，随着频谱需求的增加，越来越多的用户可以访问频谱，随之而来争端也可能增加。美国国会可能会审查跨部门频谱规划和争议解决程序，确保联邦机构需求得到倾听，联邦机构的投资受到保护，联邦机构的任务继续得到支持。
（4）预测未来频谱需求
在美国科技政策办公室（OSTP）主任提交给总统的一份报告中，列举了5G的主要用例：（1）增强型移动宽带；（2）超可靠低延迟通信；（3）大规模机器类通信，又称大规模物联网（IOT）；（4）固定无线技术；（5）增强车联网（V2X）。OSTP主任指出，已确定的用例正在推动研发活动，以及国际电信联盟（ITU）和第三代合作伙伴计划（3GPP）等国际标准开发小组开展的标准化活动。一些技术公司主张增加研发投资，使美国在商业5G市场上具有竞争优势。美国防部正在通过开发新技术（如动态频谱共享技术）支持研发活动，从而支持更有效频谱利用。美国防部通过在选定的基地部署5G来监测性能，并对5G技术进行试验。
分配频谱需要时间，构建一个工作在该频段的网络也需要时间。通常，在分配频谱和构建网络的同时，就会有新技术出现。例如，未来6G通信技术将增加额外频谱需求。此外，新军事技术可能会改变美国防部使用频谱的方式，并且可能需要不同的频谱分配方式。
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