物联网技术发展中的无线电管理探讨
宁德市无线电管理局 马仁强
摘要：无线电频谱资源是国家工业和信息化建设的基础，随着数字经济时代的到来，网络化、智能化等新技术有力支撑着新质生产力的发展，也促使无线电业务不断向外延伸。各种新型物联网设备和技术的应用对频谱资源的需求正在不断提高，保障电磁环境的安全有序，助力社会经济发展，是无线电管理机构的一项重要工作， 如何开展无线电频谱赋能行业创新是全国各地无线电管理机构面临的重要课题之一。本文结合宁德市无线电管理局日常业务开展情况以及干扰排查的体会，探究了无线电管理赋能物联网应用的意义。
关键词：无线电管理 物联网
1、引言
中央全面深化改革委员会第二十五次会议习近平总书记指出，要全面贯彻网络战略，把数字化技术广泛应用于政府管理服务，推动政府数字化、智能化运行，为推进国家治理现代化提供有力支撑。工业和信息化部等八部门联合印发的《物联网新型基础设施建设“三年行动计划”（2021—2023年）》，中提出将物联网纳入七大数字经济重点产业，发挥物联网数字经济发展、赋能传统产业转型升级。
随着数字经济的不断发展，各种物联网新技术的应用对频谱资源的需求正在不断提高，物联网电磁环境日趋复杂。为了优化频谱资源配置，有效维护电磁环境的安全有序，无线电管理部门近年来不断加强无线电监测设备设施的建设工作，基本实现了对区县级单位的有效区域覆盖。但是面对物联网设备小型化密集化的使用特点以及低功率化的发射特点，无线电管理机构现有固定站、移动车等监测设施在干扰查找工作中还是面临诸多不足。面对数量众多的物联网设备在使用中产生的无线电干扰，现有监测手段已无法满足日益增长的物联网无线电监管需求，推进物联网无线电管理数字化、智能化转型值得思考。
2、无线电在物联网技术中的应用
物互联是信息社会未来发展的方向，日常生活中物联网业务广泛应用于工业、农业、交通运输、环境监测等智能化应用的各个领域。其中无线通信技术以其非接触性、灵活性和便利性等特点备受用户青睐。
在智能化应用小区如智慧城市、智能工厂等的建设中，有线网络虽然构建完善的智能化平台和局域网，但便携、可移动的小功率无线电传输设备有效避免线路冗余，更适应移动状态下的通信场景，有效弥补光纤等有线网络的缺陷而得到充分应用。随着市场应用场景不断完善和小功率射频模块的普及，一些游离于公众移动通信以外的自组物联网应运而生。以无人机灯光秀、工业AGV小车群、智慧停车系统等为代表的物联网应用均采用小巧而又高集成的收发射频模块，实现远程遥控、人机信息传输以及相互间物与物的连接需求。
物联网中的无线电应用与传统的无线电应用已大不相同。它们基本上具备几个特点：一是无线电发射模块集成在应用设备中确保感知数据的准确性；二根据业务需求实时完成远程频率指配；三是无线模块的小功率发射避免多点分布的感知终端相互干扰，使数据收集更全面；四是宽带化、高频化的传输频谱有效保证遥控指挥、数据分析及现场视频传输顺畅；五是授权频谱如NB-IoT与非授权频谱如LoRa并存以适配高速率、低时延、广连接、窄带宽等不同特点的应用场景如自动驾驶、自动抄表系统等。
图1. 3GHz以下常见的物联网使用频段分布
3、物联网设备产生无线电干扰的特点
工信部颁布的《工业互联网和物联网无线电频率使用指南（2021年版）》，对物联网频率使用、台站设置以及干扰协调处理原则等做了相应的规范和详细的说明，有效引导物联网无线业务的应用，提升应用场景与频率资源使用的适配度。但许多物联网用户在实际使用过程中仍然存在一些不规范使用无线电频率的行为，它给企业安全生产带来风险和隐患的同时，也给无线电管理工作带来意想不到的困难，主要体现在以下几个方面：
参数的随意性
由于建设单位在网络设计中更多考虑传感器效能的发挥，因此它们通过远程设定发射模块的频率、功率等技术参数时，更关注的是数据传输效果，往往忽略无线发射模块对外界的影响，造成近年来由物联网发射设备引起的无线电干扰投诉明显增多。
设备的小型化
物联网无线电发射模块普遍具有体积小、功率低的特点，同时部分设备不具备室外天线或者天线微型化等特点与传统电台明显的外置天线存在很大区别，这让我们在查找干扰过程中投入很多人力物力但收效甚微。宁德市无线电管理局曾处理过无线音箱影响中国广电700MHz频段5G网络应用的案例，亦处理过擅自加大发射功率的无线电发射模块应用于建筑吊塔传输视频信号的案例，耗费的精力与行政成本不可低估。
场景的不确定性
随着物联网应用不断深入，越来越多的行业通过物联网收集底层信息以实现大数据分析和便捷化服务，其无线电发射模块作为传感器的附属配置随着业务需求安装在各自的工作区域，局外人难以真正了解其应用场景，在无线电频谱中常常体现为某个区域持续追踪的信号突然消失或者是突然出现不明信号，业务人员难以推断其是否还能重新出现，亦难以分析相关无线电信号的目的、用途和所起的作用。宁德市无线电管理局先后成功查处过无线视频传输设备影响军用机场飞机正常起降、无线信标发射设备影响卫星信号等特殊案例，当时由于不了解相关干扰信号的具体作用，跟踪和查找该信号的发射位置颇费周折。
4、物联网无线电管理模式的思考
近年来宁德市无线电管理局努力开展频谱赋能新尝试，多次前往工业物联网应用效果显著的宁德时代、上汽、青拓集团、中铜等龙头企业开展调研和电磁环境测试，针对无线电管理工作服务物联网业务提出自己的一些工作思路供大家探讨。
一是与时俱进，提升业务管理能力。随着物联网的普及与城市智能化应用的发展，物联网对传统产业的赋能增效作用日趋明显，作为基层无线电管理工作人员更应当熟悉无线电管理政策，了解业务技术的发展方向，主动接触前沿通信技术，学会从频谱赋能角度与时俱进地跟踪无线电技术在物联网的新应用。工作中应当跳出传统的无线电管理模式，把握好“依法使用” “协调发展”“鼓励创新”的频率使用原则，依托无线电管理数据库，认真研究5G、短距离通信等物联网应用的各种无线电频谱特性，将行政协调与技术手段相结合，通过动态地共享频谱资源，以规避无线电干扰隐患，助力物联网在人、机、物、系统等数据的全面连接和无线电管理工作的顺利开展。
二是主动服务，引导物联网的无线电应用。与传统的无线电台相比物联网无线电业务应用呈现出个性化、定制化的需求，网络分组更为复杂，建设单位更希望得到无线电技术方面的支持。作为无线电管理部门应当发挥技术和管理优势，主动搭建建设单位与无线电管理部门的沟通桥梁，结合企业关注点、效益提升量等需求，为企业推荐理想的无线电发射频点、台站建设位置、台站工作时长、技术制式等相关参数，通过估算频率应用数量、台站设置数量、以及信息传输量，有效引导企业优化组网方案，实现无线电管理赋能通信行业的目的，使无线电频谱应用合理化、频谱效益最大化。
三是转变思路，提升技术监管能力。虽然物联网应用的无线电设备大多数为微功率短距离无线电设备，但物联网的高速率、广连接的特性使无线电频谱存在大幅需求，无线电管理部门有必要对其应用加以关注。由于受到无线电监测覆盖面及投入产出比等原因的制约，对物联网无线电应用标准多样化、使用场景差异化以及设备数量多、功率小等特点，现有的无线电监测系统已难以有效开展工作。为了更好地维护电波秩序，减轻基层无线电监测技术人员的压力，提高无线电监测设备的利用率，我们应当因地制宜，以物联网应用思维打造无线电监测物联网，进一步提升无线电技术监管能力。
5、提升无线电技术监管能力的探究
面对物联网设备低功率短距发射的特点，传统固定监测站难以侦测发现。同时物联网设备又具有广泛分布室内分布的特点，使用监测车进行侦测往往会受到厂区、楼宇环境的影响难以抵近侦测，即便使用手持式设备也难以做到对数量众多的信号源进行长期监控。借鉴物联网思维，以小型化节点为基础，结合智能化联网分析技术的无线电监测应用是提高物联网无线电监管能力的一个重要的方向。
群组监测
以工业园区为例，可能整个园区的物联网使用场景就会比较多，包括机房的远程运维、仓储的监控巡检、设备机械的自动化控制等等，而这其中如环境参数的采集、电力供水的监测、甚至是门禁、安防这些应用都大量使用了无线电技术来进行信号的传输。这些物联网终端产生的小信号可能会分布在园区的各个角落，难以监测和定位。我们可以借鉴物联网的组网模式，以一定数量的低成本传感器为节点，根据园区环境灵活的部署在多个区域形成网格化监测覆盖，节点之间可以采用Mesh自组网等无线组网方式进行连接，降低传统站点建设中专线网络敷设成本，同时利用节点安装的灵活性快速实现园区内的组网覆盖。
图2. 群组监测示意图
信号识别
物联网设备在使用过程中产生的无线电信号主要有两种，一种是设备本身使用的通讯信号，如WIFI、蓝牙信号等，另一种是设备产生的辐射信号，如开关电源芯片引起的辐射泄漏，区别这两类信号的一个重要的特征就是信号的调制，如Zigbee、RFID中常用到FSK调制方式。无线电监测中一个重要的环节就是要对信号进行识别，先识别出了信号才能进行后续的分析工作，因此我们首先可以进行调制识别，对信号做一个初步筛选，区分发射信号和辐射信号，对于辐射泄漏的信号从频域和能量域上分别设置一定的门限，对超过门限的信号进行识别并列入异常信号库，同时我们可以对调制信号的特征进行分析，例如使用射频指纹(RFF)识别技术，对区域内的信号进行识别标记，区分不同设备产生的信号，建立起区域内的信号特征库。
图3. RFF射频指纹识别技术
干扰分析与定位
物联网应用中干扰的类型比较多，我们可以把物联网干扰分成两大类，一类是物联网设备对外界通讯秩序的干扰，另一类是其它信号对物联网设备的干扰。首先通过扫描监测统计区域内的信号信息，根据频率、信道以及解调参数等信息进行受扰分析，判别可能出现的互调干扰、阻塞干扰、杂散干扰等情况。监管能力的提升面临的最大挑战就是对微小干扰信号进行监测定位。网格化节点监测的优势就在于区域监测的覆盖，对于园区内部物联网设备产生的信号，可以借助前面提到的群组监测部署方式，使用TDOA、AOA或者是电磁态势定位等技术进行蜂窝区域定位。同时利用配套的固定监测站对园区外部公众信号进行监测，分析可能出现的干扰情况并对干扰信号进行定位，形成一套内外互补协同查找的干扰分析定位系统。
风险预警与引导
无线电监管不仅要防护物联网设备对电波秩序的干扰，也要服务物联网设备的安全运行。首先是对区域内的无线电信号进行分析统计掌握区域内电磁环境情况，当区域内出现新增信号时进行识别分析，对出现干扰的情况进行告警排查，同时为企业使用物联网设备提供用频数据支撑，引导企业合规使用频谱资源。
图4. 物联网无线电监测业务示意图
6、物联网无线电管理对服务经济建设的意义
服务经济社会发展是无线电管理“三管理、三服务、一突出”总体要求的重要内容，2024年1月工信部等七部门联合印发的《关于推动未来产业创新发展的实施意见》为深入推进工业互联网、物联网、车联网等新型基础设施建设指明发展方向，也为无线电管理工作带来新机遇。随着无线电技术与产业发展的不断深度融合，未来的无线电管理事业在推动新质生产力的发展道路上将开创新篇章。
参考文献：（1）曾勇虎, 陈翔, 林云, 郝晓军, 许雄, 汪连栋. 射频指纹识别的研究现状及趋势[J]. 电波科学学报, 2020, 35(3): 305-315
