发布时间：2018-01-27 浏览次数：2612
艾礼富Alef讯：非授权频谱物联网的困境和出路
近日，工信部无线电管理局发布的《微功率短距离无线电发射设备技术要求（征求意见稿）》一文在行业中引起了不小波澜，因为《征求意见稿》中一些条款对低功耗广域物联网的组网、连接形成直接的影响，在政策层面让产业发展蒙上一层不确定性的阴影。
在这份《征求意见稿》中，引起争议比较大的是以下内容：
在满足传输数据时，其发射机单次工作时间不超过5秒的条件下，470-510MHz频段可作为民用无线电计量仪表使用频段。限单频点使用，不能用于组网应用。若使用频率与当地声音、电视广播电台频率相同时，不得在当地使用；若对当地声音、电视广播接收产生干扰时，应立即停止使用，待消除干扰或调整到无干扰频率后方可重新使用。1.使用频率：470-510MHz。2.发射功率限值：50mW（e.r.p）。3.占用带宽：不大于200kHz。4.频率容限：100×10-6。
虽然没有非常明确的物联网网络组网指向，但众所周知，国内基于非授权频谱的低功耗广域网络部署和硬件设备制造均集中在470-510MHz频段上，包括LoRa、非授权频谱NB-IOT、ZETA以及正在努力进入中国的Sigfox。目前国家对于低功耗广域网络暂时还没有专门的法规、政策，频谱领域的监管主要还是参考“微功率短距离无线电”管理的规范，若按《征求意见稿》的规范正式实施的话，不允许组网、发射功率限制在50mW等规定，对于非授权频谱低功耗广域网络无疑是一次沉重打击。
不仅仅如此，《征求意见稿》在生物医学设备、工业用无线遥控设备、无线数据传送设备等管理条款中明确提出“不得用于物联网等其他应用”的内容，对于其他频段中的应用做了直接干预。
无线电频谱管理涉及到大量技术、法律、经济等多个层面。由于无线电频谱属于典型的公共资源，过去近百年的时间里，经济学家对于公共资源的管理的研究形成很多成果。在笔者看来，在公共经济学角度对无线电频谱管理研究是一个在公平基础上不断提升效率的过程，也是一个对频谱使用疏导过程，可以对目前低功耗广域网络频谱管理提供借鉴。
无线电频谱是非常典型的准公共产品
经济学家对公共产品的研究已有近百年历史，这一领域也产生了多个诺贝尔经济学奖。在上世纪50年代，美国首个诺贝尔经济学奖获得者萨缪尔森就提出了对公共产品的界定，即具有非竞争性和非排他性的特征。非竞争性是指在一个人对某件物品消费时，并不妨碍其他人同时消费，比如说海上的灯塔，过往船只同时都能借助灯塔指引航向；非排他性是指只要社会存在某一公共物品，就不能排斥社会上任何合法人群消费，典型的如城市的免费公园，不会将任何市民排除在外的。
同时具备非竞争性和非排他性特征的物品可以说是一种纯公共产品，但大量的公共产品是具备部分竞争性或排他性，成为准公共产品。从理论上来说，无线电频谱就是一种非常典型的准公共产品，尤其是非授权频谱资源，因为它具有非排他性，所有个人或企业组织，只要符合无线电收发的相关法律法规的要求，都可以使用该频谱资源，不能将任何个人和组织排除在外；不过，无线电频谱具有竞争性，当某一单位占用某个频段后，其他组织的设备如果也使用该频段，就会产生严重的干扰，使得每个系统都无法正常工作。因此，无线电频谱是一种具有非排他性和一定竞争性的准公共物品。
不过，在对无线电频谱这一准公共物品监管过程中，由于各种制度设计和经济手段使用，使其在一定范围内形成了竞争性和排他性各种组合的产品形态，本文后面会专门进行介绍。不过，我们首先需要了解的是过去几十年中对于无线电频谱这一公共产品的监管和提供的各种经济手段的历程，正是这些实践，形成了目前对于无线电频谱有效管理。
从《联邦通讯委员会》到“科斯定理”，频谱管理市场化理论与实践
对于无线电频谱管理的实践历程回顾，我们不得不提另一位经济学大师罗纳德·科斯（1991年诺贝尔经济学奖），很多人对于“科斯定理”耳熟能详。他于1959年发表的《联邦通讯委员会》对全球无线电频谱管理产生了重大影响，建立了无线电频谱市场化管理的理论基础。
在《联邦通讯委员会》一文中，科斯对无线电频谱公共产品竞争性的提出追溯到1910年美国海军向参议院的提案，可以看出100多年前无线电频谱就面临着无序状态。海军部门描述：
每一个无线电站都视自己为独立的并且主张在任何需要的时候发送它们横贯空中的电波，结果这导致了许多地方的混乱状态。来自海上处于危险境地的船只的呼救无法被注意到或者湮没在由无数电台同时通讯所产生的无线电干扰中，恶意的和不负责任的操作者似乎在冒充别的电台和发送错误呼救中感到愉悦。
于是，到1912年美国通过了一项法案，这一法案要求任何人想要经营无线电台必须要有商务部长颁布的许可证，这一许可证将包含所有者和电台位置、波长或者授予实用的波长、电台准许运作的时数等详细信息。
然而，这一法案因为各方的不同利益诉求，并未给无线电频谱有序管理带来预期效果，由法庭裁决和商业利益的驱使，商务部长被迫向所有申请者发放许可证，并且许可证不再约束电台的功率、经营时间、使用的波长等，结果美国广播电视台1922年3月有60个，而到11月就快速增长到564个，这些电台随心所欲地使用任意功率或波长。
面对如此无序的发展，美国于1926年通过一项新的法案，成立联邦无线电委员会，委员会负责给无线电台分级，规定服务的性质，配置波长，决定发射台的功率和位置，以及制定预防干扰的法规等。到1934年联邦无线电委员会执行的权力被转交给了联邦通信委员会，这一委员会同时负责电话和电报产业的管制。科斯提到，该委员会应该履行“无线电交警”的职责，即在一定范围内分配波长，控制功率，监管干扰，而不履行业务内容的审查。
不过，对于无线电频谱管理的效率问题一直没有得到有效解决，即对频率的分配应该坚持什么原则？科斯引用一位教授观点：“无线电规章最重要的功能是对频道供应这一稀缺资源的分配，联邦通信委员会不得不随时决定谁将得到有限的频段，这是一个必须的经济决定，不是一种监管决定。”
在《联邦通讯委员会》一文的最后一部分，科斯论述了“价格体系和频率分配”，给出了无线电频谱市场决定的思路。这一雄文使人们对无线电频谱这一公共产品资源的看法豁然开朗，对于频谱放松管制、市场化手段分配频谱资源、最大化频谱的经济社会效率开启，我们看到的很多国家形成各种频谱拍卖、招标等多样化手段来管理。我国在去年修订的《中华人民共和国无线电管理条例》中，就加入了对频谱资源招标、拍卖等方式的内容。
不论是《联邦通讯委员会》一文，还是各国在对频谱管理市场化的各种手段中，隐含着“科斯定理”的应用。科斯定理最常见的表述为：只要产权是明确的，并且交易成本为零或者很小，那么，无论在开始时将产权赋予谁，都可以通过市场交易活动，使市场均衡的最终结果都是有效率的。
对于无线电频谱的所有权各国已有明确界定，即无线电频谱资源由国家所有，无线电频谱非排他性决定了频谱分配的公平前提。在通过市场化决定无线电频谱分配的活动中，就需要通过各种方式降低交易成本，这样保证最终的分配结果是有效率的。各种拍卖机制的设计就是在从企业策略行为角度，很大程度上降低交易成本的手段，因为在拍卖中行为规则是明确的，经济学家在明确的规则约束下推断人的行为是很有把握的。比如，一个非常精彩的例子就是维克里拍卖，规定出价最高者赢得竞标，但只需支付第二高的出价，这样，在维克里拍卖中厂商的最优策略确实就是报出底价。竞拍者根据对频谱的估值出价，对频谱估值最高者胜出，这个最高的估值可能来源于竞拍者超越对手的经营能力，也可能来源于竞拍者因为过于乐观了而产生了较大的估计误差。
低功耗广域网络的非授权频谱的竞争性和排他性组合
经过数十年的实践，虽然市场化手段给频谱经济价值的释放带来了巨大影响，但由于无线电频谱也会广泛应用于公共安全、军事、政务等各种领域，因此各国对无线电频谱的管理已形成多样化的手段，包括评审、抽签、听证、自有接入等行政分配手段，以及拍卖、招标、租赁、二级市场交易等市场化手段。正如前文所述，因为各种应用目的，无线电频谱不再是单一的非排他性和竞争性形态，而是形成竞争性、排他性各种组合的公共产品形态。
根据彭教授的分类，俱乐部物品频谱资源具有排他性与非竞争性，典型的如三大运营商已经获取的2G/3G/4G频谱资源，因为是授权频谱，因此可以排除其他机构使用，此类资源覆盖面广，在还未拥挤的情况下竞争性并不明显，而且运营商规模较大，有足够能力利用该资源创造经济价值。此类频谱资源经济价值最大，未来可能采用拍卖、招标等方式授予。目前，NB-IoT就是采用此类俱乐部频谱资源，排除了其他机构使用的可能性。
私人物品频谱资源更多是专门用途的资源分配，此处的“私人”并非私有化，而是相对明确的行业、机构所独有，如气象、国防、天文等领域，和私人物品类似具有竞争性、排他性，一般是政府直接行政分配方式。
《征求意见稿》对于俱乐部物品频谱资源和私人物品频谱资源的并不适用，更多适用于公共物品频谱资源和公共池塘物品频谱资源。公共物品频谱资源即具有纯公共物品性质，一般应用该范围并不广，如个人业余电台、船舶电台等。
而公共池塘物品频谱资源正是《征求意见稿》中影响最大的领域，虽然其和公共物品频谱资源有一定类似性，但最大的区别在于公共池塘物品频谱资源的商业用途较多，会引起资源使用的拥挤或资源退化问题。典型的如蓝牙、红外使用的频段，以及目前非授权频谱低功耗广域网络所使用的频段。由于之前使用这一类频谱的广域网络传输数量较少，该类频谱采用的是自由接入为主，并不收取任何占用费用，而无线电监管部门通过规定接入设备标准来进行监管。
对于无线电频谱的管理是一个动态的过程，尤其是各种市场化手段针对频谱“供大于求”到“供不应求”转换过程中需要适时调整。俱乐部物品频谱资源主要通过拍卖、招标等市场化手段进行，已有大量成功案例；但公共池塘物品频谱资源若是到了“供不应求”的地步，此前自有接入的管理方式确实存在很大挑战，新的监管方式需要探索。
在公共池塘物品频谱资源使用中，WiFi、蓝牙设备就是典型的商用终端。目前每年数十亿台WiFi和蓝牙设备出货量，对于非授权频谱也造成一定的“供不应求”压力，虽然其技术手段趋于完善，但加速新增的设备接入正在消耗有限的非授权频谱资源。而低功耗广域网络虽然目前是起步阶段，但未来物联网设备接入增速也非常快，加上其广域大范围的传输，更容易形成无线电干扰，即使各类技术中有各种退避机制算法，在海量物联网设备接入后仍然无法避免。物联网的快速发展，让非授权频谱自由接入方式很快会导致“公地悲剧”的结局，相信这也是无线电管理局出台《征求意见稿》的初衷之一。
不过，鉴于目前物联网产业的发展现状，在笔者看来，《征求意见稿》中的一些内容存在一定“一刀切”的色彩，对于出现的问题采取“堵”的手段。众所周知的“大禹治水”故事，禹的父亲鲧对黄河泛滥采取“堵”的手段，并未解决洪水问题，而禹采取了“疏导”方式，最终完成治水大业。
《征求意见稿》中“堵”的手段对物联网产业和监管本身的影响
本文开头提出《征求意见稿》对低功耗广域网络产业形成争议的内容，之所以说是一种“堵”的手段，笔者认为可以从对相关者几方面的影响分析可见一斑。
（1）基于非授权频谱的物联网产业发展受挫
经过近几年时间的发展，中国已经形成全球最大规模的低功耗广域网络群体，三大运营商已经形成全球最大的NB-IoT网络。而在非授权频谱低功耗物联网领域，LoRa产业群体数量也非常多，2017年LoRa芯片在中国的出货量已超过1000万片，占全球一半以上。仅中国LoRa应用联盟（CLAA）就有近1000家会员企业，这些群体中相当数量的企业主营业务是LoRa相关的软硬件和解决方案。当前多家企业在北京、上海、杭州、厦门、广州等城市花巨资部署了主要城区覆盖的LoRa网络，开始为各行业应用提供服务。此外，基于470M的NB-IoT已在电力、石油等行业开始了示范和落地，其他非授权频谱技术也有大量行业应用。
若真如《征求意见稿》中所述，470-510MHz频段仅限单频点使用，不能用于组网应用，则基于非授权频谱技术可能只限于点对点应用，一些合法的应用也无法进行广域网络组网，则对于整个非授权频谱低功耗广域网络产业上下游企业造成巨大影响。笔者没法准确估计该领域企业总体的经济损失，但从以上数字来看，受影响的企业可能为数千家，这对于中国快速发展的物联网产业来说无疑是一个重大挫折。因此，在出台这一政策前，应该对于产业发展做好充分的调研。
（2）对于监管政策越位的质疑
除了对产业产生巨大影响外，业界对于《征求意见稿》中的部分内容反映出监管机构是否越位提出质疑，这些质疑也集中在是否有权限否定企业组网应用、是否有权限规定不能用于其他物联网应用的条款中。
《征求意见稿》由工信部无线电管理局发布，而据公开的机构职责显示，无线电管理局的具体职责包括：
编制无线电频谱规划；负责无线电频率的划分、分配与指配；依法监督管理无线电台（站）；负责卫星轨道位置协调和管理；协调处理军地间无线电管理相关事宜；负责无线电监测、检测、干扰查处，协调处理电磁干扰事宜，维护空中电波秩序；依法组织实施无线电管制；负责涉外无线电管理工作。
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