无线频谱短缺？没那么快

无线行业一直不得不处理我们以某种方式耗尽无线电频谱的定期（和警报）声明。不是。但这种误解无论如何都会让许多IT和网络管理人员停下来。毕竟，如果无线电的可用性，可靠性，特别是无线容量降低到事实上的短缺，那么局域网和广域网边缘的通信情况将会很糟糕。

因此，让我们开始对任何有关频谱短缺的猜测和对现实的关注：由于无线技术的不断进步，最近对频谱监管政策的改进以及对频谱分配的新思考，我们可以确保“频谱”短缺现在并将继续是一个抽象的理论概念。

了解问题：射频特性和局限性

我们总是可以利用更多频谱，但广泛适用于无线电通信（RF）的频率仅占整个电磁频谱的一小部分，其在美国的调节部分从9KHz延伸到300 GHz。尽管构建当今宽带无线电具有固有的复杂性，但过去三十年来无线通信技术的进步在提高可用性，可靠性，性价比，特别是部署解决方案的吞吐量方面取得了相当大的成功 - 一直到千兆级+速度今天在IEEE 802.11ax和（最终）5G中有所体现。

这些成就的关键在于各种技术，这些技术只能推动无线通信的一个技术方面：频谱效率。频谱效率的提高取决于每单位时间成功传输的比特数，带宽，并且在越来越多地应用多输入/多输出（MIMO）技术的情况下，空间也是如此。

该领域最重要的进步包括：更密集的调制方案，例如802.11ax的1024-QAM，它可以每赫兹编码10比特;更有效的信道代码，否则会增加（尽管是必要的）开销;高阶MIMO，例如，802.11ac和.11ax中指定的最多八个发射器和接收器;多用户MIMO（MU-MIMO），波束成形，波束转向，波段转向（作为负载均衡的一种形式），以及基于实时分析，人工智能的各种新的上层流量管理功能（AI）和机器学习（ML）。

然而，更高的频谱效率并未消除未许可频带的特别具有挑战性的伪像。随着对该频谱中运行的Wi-Fi和其他技术的需求不断增加，干扰仍然是一个合理的问题。当前的射频频谱管理（RFSM），无线电资源管理（RRM）解决方案以及AI / ML的应用在很多情况下可以通过调整发射功率，信道分配以及调制和编码来在飞机上很好地处理干扰。然而，更大的问题是来自在给定频率下同时操作的其他不相交技术的相互干扰，例如可能在Wi-Fi和未许可LTE或LTE-A之间发生的技术。然而，本地部署策略与RFSM和RRM技术相结合，也有助于缓解这一非常现实的问题。

第三个挑战带着隐秘的一线曙光。这是信号衰落，它代表了网络管理者在进一步实现最佳频谱利用目标的控制下最重要的技术机会。在无线通信中以多种形式出现的信号衰落基本上限制了给定地面传输的范围。虽然许多人认为可视衰落是一个需要克服的技术问题，但正如我们将在下面讨论的那样，利用这个人工制品是最大化给定无线安装容量的重要关键。

频谱政策

技术定义了在给定频谱范围内可能的内容。但正如我们上面提到的，任何给定应用的附加频谱的可用性是避免拥塞和最大化产生频谱利用的重要因素。当监管机构将频谱重新分配给更现代和更高要求的应用（此处的技术术语已重新定位）时，该行业受益匪浅。

随着无线通信对整体经济变得至关重要，频谱重组正变得越来越重要。不幸的是，这一重要的政策演变受到历史监管环境的影响，这种监管环境起源于无线电技术和无线电本身远不如现在强大。今天的无线电可以轻松利用具有频率捷变性的宽带信道，发射功率控制以及自适应调制和编码，但这些都是最近的发展。从历史上看，监管机构别无选择，只能将频谱块 - 通常是非常大的块 - 分配给当今价值较低的应用，例如电视广播和政府保留的许多活动。

鉴于当今的技术灵活性，过去的监管政策很容易被描述为僵化和浪费。克服这一历史性赤字并不容易;频谱监管是一种政府和政治功能- 而且其复杂程度如此之高，以至于无线的物理和工程通过比较看起来很简单 - 这里的进展需要时间。但是，在监管方面取得的一些当前进展的例子正在取得进展，包括：

•更多频谱 - 美国联邦通信委员会最近投票决定扩大未经许可的频谱，开始一个将使未来的Wi-Fi和其他解决方案能够利用6-GHz的过程。频段（5.925-7.125 GHz，相当于1.2 GHz附加频谱）是第一次。在28 GHz下拍卖额外的毫米波（MM-Wave）频谱才刚刚结束。 MM-Wave不仅可以在5G的小区间链路和回程中看到应用，而且还可以在客户端设备的空中链路中看到应用。我们可能仍会看到通过802.11ad和802.11ay的60 GHz免许可频谱7+ GHz的使用率。

•总统特别工作组 - 认识到无线技术对未来的重要性，新的高级别频谱工作组和相应的政策显然是当前政府的关键优先事项。政治肯定会在这里取得任何成果，但认识到这个机会在最高层政府中的重要性至少是令人鼓舞的。

无线频谱：下一步是什么？

用于通信的频谱通常通过拍卖流程许可给单个实体，或者在未经许可的频段中混乱共享，这两种方法都很难实现。但是，正在努力改变现状。

例如，Federated Wireless正在开创一种频谱共享的动态战略。该公司目前的重点是3.5 GHz的公民宽带无线电服务（CBRS）频段。使用一种新颖的数据库驱动方法进行频谱分配，这可能在未来消除对拍卖和混乱的需求。 “我们没有频谱供应问题，我们有分配和管理问题，”FederatedWireless总裁兼首席执行官IyadTerazi说。

这种智能方法最终可以消除频谱拍卖的成本，鼓励使用可能至少暂时休息的频谱，甚至可以避免对大多数预留频谱实施的需求，例如FirstNet，只需通过优先级较高的流量来抢占在需要的时候。

在运营方面，网络管理人员已经可以通过充分利用可用频谱来寻求不那么激进的策略来优化容量，包括：

•小蜂窝。利用每个给定区域的更多小区 - 也称为密集部署或致密化 - 具有降低的发射功率，从而利用衰落以在更短距离上更有效地重用频谱，这明显提高了频谱效率。该策略适用于WLAN部署中的最终用户，并且越来越多地被蜂窝运营商应用，尤其是在5G中。请记住，虽然覆盖范围很重要，但容量是关键。

•小通道。事实上，除了极少数应用之外，容量比最大可能吞吐量更重要。而使用160-MHz时，鉴于它们在802.11ac和.11ax中的可用性，通道似乎是一个明显的方向，几乎总是可以通过80-通常40-MHz获得足够的吞吐量通道。因此，从更多信道的可用性中获得的额外容量在减少媒体访问延迟方面具有额外的益处。

•了解和优化应用程序行为。确定在给定设置中消耗大部分可用带宽的关键应用程序的行为和流量要求是个好主意。 Wi-Fi保证产品在这一努力中发挥着至关重要的作用，随着802.11ax推出的进行，对这些产品的升级是一个重要的考虑因素。

我们也可能看到基本无线技术的进步，有些人甚至可能将其定义为激进。例如，MassiveMIMO等技术创新可以在未来实现更高的频谱效率。 MIMO本身通常看起来违反直觉，但增加更多的电台 - 这是“大规模”部分 - 可能会产生真正惊人的每Hz频率，导致未来的部署。事实上，目前还不清楚在任何特定情况下，每赫兹的比特上限是多少，但对无线服务的不断增长的需求肯定会提供推动任何可能存在的极限的动机，无论这些极限如何。

那么 - 为了最终将频谱短缺的背景噪声进行不断地讨论，将需要结合使用新技术，因为旧产品已退役，附加频谱的可用性以及对频谱分配策略的重新思考。别搞错了;随着无线通信需求的持续增长，终端用户的满意度和生产力仍然需要永远保持警惕，特别是设备供应商和监管机构。不过，作为一个行业，我坚信我们能够胜任这项任务。