无线电频谱管理政策、法规与技术

本书系统介绍了无线电频谱管理的基本知识，内容包括无线电频谱管理政策、法律、规则、标准、组织机构和工程技术，以及无线电业务、短距离设备管理和射频人体暴露等。本书内容全面翔实，取材新颖，注重理论与实际应用相结合，可读性和实用性强。

Haim Mazar博士在无线通信（包括广播、移动、固定、无线电定位、卫星和公众业务）和无线电频谱管理领域拥有超过45年的工作经验，已为国际电联电信发展部门（ITU-D）和电信标准化部门（ITU-T）相关研究组及无线电通信部门（ITU-R）所有研究组（及其所属工作组）撰写提交了180多份技术文献。在2015年召开的国际电联无线电通信全会上，Mazar博士被来自88个国家的代表推选为ITU-R第5研究组（地面业务）副主席，并长期承担多个国家政府机构和国际工业界在频谱管理、短距离设备管理和射频人体危害领域的顾问工作。Mazar博士于1971年获得以色列理工学院电气工程专业学士学位，1988年获得以色列巴尔伊兰大学工商管理硕士学位，2008年获得英国伦敦米都塞克斯大学博士学位，主要研究方向为无线通信管理制度。Mazar博士目前是无线电通信领域的演讲专家，2016年1月起担任中国成都西华大学客座教授。
王磊，博士，北京航空航天大学电磁兼容技术研究所高级工程师，主要从事频谱管理和电磁兼容领域前沿技术研究。

第1章 无线电频谱和无线通信 1
1.1 历史回顾 1
1.2 基本通信信道 2
1.3 无线电频段 2
1.4 无线电频谱资源的稀缺性 2
参考文献 3
第2章 主要无线电业务 4
2.1 概述 4
2.2 地面广播传输：声音（电台）和视频（电视） 4
2.2.1 定义和简介 4
2.2.2 广播视频和音频的传输 6
2.2.3 地面声音（音频）广播 8
2.2.4 地面视频（电视）广播 12
2.3 陆地移动和蜂窝移动通信业务 21
2.3.1 定义和简介 21
2.3.2 蜂窝移动通信参考网络单元 21
2.3.3 蜂窝移动通信业务的法规和标准化 22
2.3.4 国际移动通信（IMT）地面无线电业务（包括LTE） 28
2.4 固定点对点业务和单点对多点业务 33
2.4.1 固定业务简介：固定网络和移动回程 33
2.4.2 固定业务的部署和性能 34
2.4.3 视距（LoS）和非视距（NLoS）链路 37
2.4.4 固定无线系统（FWS）和宽带无线接入（BWA）系统 37
2.4.5 可用无线电频谱和频率规划 38
2.5 卫星通信 39
2.5.1 卫星通信的定义 39
2.5.2 卫星轨道和卫星业务 41
2.5.3 卫星设备 49
2.5.4 卫星通信的监测和管理 52
参考文献 55
第3章 短距离设备和频谱执照豁免 58
3.1 短距离设备管理制度 58
3.1.1 定义和应用 58
3.1.2 无干扰、无执照和无保护 59
3.1.3 国家/区域间双边协议 60
3.1.4 短距离设备的上市和标识 60
3.1.5 短距离设备对无线电通信业务的干扰 64
3.2 短距离设备的推广使用 64
3.2.1 风险对风险（Risk-verse-Risk） 64
3.2.2 从集体化视角看待短距离设备频谱协调的观点 65
3.2.3 从个体化视角看待少限制的观点 65
3.3 短距离设备技术参数的工程背景知识 66
3.3.1 弗里斯公式、接收功率、电场和磁场强度的数值公式 66
3.3.2 接收功率和电场强度的数值公式 67
3.3.3 接收功率和磁场强度的数值公式 68
3.3.4 接收功率、电场强度和磁场强度的对数公式 68
3.4 短距离设备的国际法规 69
3.4.1 短距离设备的全球化应用 69
3.4.2 国际电联《无线电规则》和频谱管理建议书规定的ISM频段 70
3.4.3 短距离设备的全球和区域协调频率范围 72
3.4.4 短距离设备的技术和工作参数及频谱使用 74
3.5 短距离设备的区域性法规 74
3.5.1 国际电联1区和CEPT/ECC ERC 70-03建议书 75
3.5.2 国际电联2区和FCC 47CFR Part 15无线电频率设备 75
3.5.3 国际电联3区和亚太电信组织成员国的短距离设备 78
3.6 全球和区域短距离设备管理案例及对比分析 79
3.6.1 案例1：Wi-Fi、RLAN、WLAN、U-NII 80
3.6.2 案例2：射频识别的全球和区域性法规 85
3.6.3 案例3：ISM和民用频段26.96～27.28 MHz 88
参考文献 89
第4章 无线电频谱管理政策、法律和经济框架 91
4.1 影响无线电频谱管理政策的世界观 91
4.1.1 文化、法规和不确定性风险 91
4.1.2 集中规划（事前和先验）模式与基于市场（事后和后验）模式 94
4.1.3 无线电频谱管理框架和基本目标 96
4.2 法律环境 96
4.2.1 两种法律传统：民法法系和普通法系 96
4.2.2 法律框架 97
4.2.3 无线电通信法律 98
4.2.4 影响无线电频谱管理法律的因素 100
4.2.5 无线电频谱所有权 100
4.2.6 国际、区域和国家立法 101
4.3 经济环境 102
4.3.1 经济和频谱管理 102
4.3.2 无线电频谱的应用收益 105
4.3.3 国家成本账目：无线电频谱作为非生产性资产 108
4.3.4 频谱收费政策 111
4.3.5 频谱执照费：比较评估方法、拍卖、彩票抽奖法和二次交易 112
4.3.6 无线电频谱年费 117
4.4 国际、区域和国家频率划分表和频谱重新配置 118
4.4.1 频率划分表 118
4.4.2 无线电频谱重新配置 119
参考文献 120
第5章 频谱工程与链路预算 122
5.1 端到端无线通信 122
5.2 射频特性：调制和多址 124
5.2.1 调制和数字化 124
5.2.2 调制信号的表示 125
5.2.3 模拟调制 126
5.2.4 数字调制 127
5.2.5 信道多路接入和全双工技术 133
5.3 发射机的输出功率和无用发射 136
5.3.1 发射机框图 136
5.3.2 发射掩模 136
5.3.3 无用发射 136
5.4 接收机的概念、选择性、噪声和灵敏度 139
5.4.1 接收机底噪和灵敏度 140
5.4.2 噪声因子和噪声温度 141
5.4.3 卫星地球站和空间站的增益与噪声温度比G/T 142
5.5 天线基本参数 143
5.5.1 天线孔径、波束宽度、方向性系数和增益 144
5.5.2 天线三维辐射方向图和增益的计算 147
5.5.3 天线极化、带宽、插入损耗和阻抗 154
5.6 电波传播 156
5.6.1 概述 156
5.6.2 弗里斯（Friis）传输公式和自由空间传播损耗 156
5.6.3 麦克斯韦方程和自由空间远场辐射的接收场强 159
5.6.4 ITU-R P.1546传播曲线（30～3000 MHz） 163
5.6.5 菲涅耳区 164
5.6.6 大气衰减 165
5.6.7 近场和远场 167
5.6.8 电波穿墙和障碍物绕射中的频率相关性 167
5.7 链路预算 168
5.7.1 功率公式 168
5.7.2 转换公式 170
5.8 无线电干扰和频谱共用 172
5.8.1 非线性干扰 172
5.8.2 线性干扰 174
5.8.3 干扰减小和消除技术 180
参考文献 180
第6章 国际无线电频谱管理和标准化 183
6.1 国际无线电频谱管理法规和标准 183
6.2 频谱管理法规和标准化 184
6.2.1 国际无线电频谱管理和标准化的组织机构 184
6.2.2 全球无线电频谱管理法规和标准化 190
6.2.3 无线电频谱管理法规和标准的全球化 192
6.3 国家、区域和全球无线电频谱管理法规 194
6.3.1 国家向政府间机构转移管理权 194
6.3.2 区域性无线电频谱管理和标准化的实施 195
6.4 全球电信主管机构——国际电联 197
6.4.1 ITU-D（也称为电信发展局，BDT） 197
6.4.2 ITU-T（也称为电信标准化局，TSB） 198
6.4.3 ITU-R（也称为无线电通信局，BR） 199
6.4.4 国际电联《无线电规则》 200
6.5 边境地区频率协调、法规和技术 205
6.5.1 避免边境地区出现有害干扰 205
6.5.2 双边和多边协议 206
6.5.3 优先使用频率、触发电平和离开边界的距离 206
6.5.4 减少边境地区干扰可采用的技术 207
参考文献 207
第7章 区域性无线电频谱管理 209
7.1 欧洲无线电频谱管理相关组织机构 209
7.1.1 政府间组织和国际组织的关系 209
7.1.2 欧洲主要电信组织 209
7.1.3 欧盟频谱管理法规框架 213
7.1.4 CEPT采用的计算工具和协调方法 217
7.1.5 欧洲无线电频谱管理的整体框架 218
7.2 美洲无线电频谱管理相关组织机构 221
7.2.1 美洲国家组织和美洲国家电信委员会 221
7.2.2 安第斯国家共同体无线电频谱管理框架 222
7.2.3 安第斯国家共同体的整体管理模式 222
7.2.4 安第斯国家共同体无线电频谱管理总结 223
7.2.5 南美洲和加勒比海地区其他相关组织 223
7.2.6 南美洲政府间组织的整体模式 224
7.3 欧洲和北美两大阵营的比较 225
7.3.1 概述 225
7.3.2 分析 226
7.3.3 结论 227
7.4 亚洲无线电频谱管理 228
7.4.1 概述 228
7.4.2 亚太电信组织 229
7.4.3 世界无线市场（东南亚）的管理 229
7.4.4 亚太广播联盟 230
7.4.5 通信领域区域共同体 230
7.5 阿拉伯国家和北非的无线电频谱管理 231
7.6 非洲无线电频谱管理 232
7.6.1 非洲电信联盟 232
7.6.2 西非国家及其区域性组织 232
7.6.3 东非国家共同体与东非通信组织 232
7.6.4 南部非洲区域管理组织 232
参考文献 233
第8章 国家无线电频谱管理 235
8.1 国家无线电频谱管理的地位作用 235
8.1.1 国家无线电频谱管理的目标 235
8.1.2 国家频谱管理的主要职责 236
8.1.3 促进频谱优化使用的方针和措施 237
8.1.4 无线电频谱控制 241
8.2 频谱管理的趋势、新兴技术和无线创新 243
8.2.1 频谱管理的趋势 243
8.2.2 新兴无线技术 244
8.2.3 频谱政策、发展历程和无线创新 246
8.3 几个重要国家的无线电频谱管理 248
8.3.1 中国无线电频谱管理框架 248
8.3.2 法国无线电频谱管理框架 258
8.3.3 英国无线电频谱管理框架 263
8.3.4 美国无线电频谱管理框架 272
8.3.5 国家无线电频谱管理框架案例研究结论 284
参考文献 285
第9章 人体射频暴露限值 288
9.1 电磁辐射对人体的危害 288
9.2 射频健康风险的社会问题 289
9.2.1 电磁过敏症和恐电症（Electrophobia） 289
9.2.2 不确定性风险的管理 290
9.3 射频（无线电频率）暴露和热损伤 291
9.3.1 射频暴露对人体的危害 291
9.3.2 国际、区域和国家电磁暴露限值对比研究 301
9.4 固定发射台站射频危害的量化表征 302
9.4.1 固定发射台站周围的功率密度、场强和安全距离 302
9.4.2 多天线共址情形下射频暴露水平的计算 303
9.5 射频暴露仿真和测量 304
9.5.1 多天线共址坏情形下安全距离的计算 304
9.5.2 人体射频暴露监测 308
9.6 射频暴露限值及其对移动网络规划的影响 311
9.6.1 过度限制射频暴露对网络规划的影响 311
9.6.2 通过增加蜂窝天线或无线电频谱来降低射频暴露限值 312
9.6.3 无线电频谱与基站数量的定量分析 313
9.7 减小人体射频暴露的有关政策和技术 315
9.7.1 减小人体射频暴露的有关政策 315
9.7.2 减小基站射频辐射的主要技术 316
9.7.3 公众认知与现实情况的比较 316
9.8 结论 317
参考文献 317

译  者  序
无线电频谱是一种战略性稀缺资源，广泛应用于无线通信、广播电视、导航定位、遥控遥测、射电天文、科学研究和国防安全等各个领域，在构建信息社会、推动经济发展和国防建设中发挥着不可替代的重要作用。无线电频谱管理作为一种国家主权行为，是确保频谱资源得到高效利用、维护电磁空间安全的基本保证，是国家治理能力体系的重要组成部分，直接关系着国家经济建设和国防安全，影响社会进步和技术创新。
当前，以信息通信技术为核心的新科技革命正在蓬勃发展，全球产业格局正在发生深刻调整，无线电频谱的战略价值和地位作用日益凸显。欧美发达国家依靠其先发优势，利用自身技术和法规影响力，借助国际组织和区域联盟平台，强势主导国际无线电规则制定更新，对发展中国家的频谱使用形成挤压。“知己知彼，百战不殆。”要想赢得全球频谱资源使用权益竞争，突破电磁频谱“垄断”和“霸权”，有必要从更加宽广的视角，了解无线电频谱管理的总体框架和发展动态，掌握相关国际和区域组织的运行规则，借鉴发达国家频谱管理的先进经验做法，从而为深化频谱管理的理论研究与技术创新，加快提升我国无线电频谱管理能力水平，促进经济社会发展和国防建设提供支持。本书正是为了满足上述目的而翻译出版的。
本书由国际无线电频谱管理领域的知名专家Haim Mazar博士撰写，是国际上本全面系统介绍无线电频谱管理政策、法规和技术的专著。本书主要有4个特点：一是站位“高”，分别从全球、区域和国家3个层面，对相关国际组织和主要国家的频谱管理情况进行了全方位介绍和分析，便于读者从宏观上把握全球无线电频谱管理的总体概况；二是覆盖“全”，不仅介绍了主要国际组织和国家的频谱管理理念、政策、法律、规则、标准、机构和运行机制，还介绍了无线电业务、频谱工程技术和人体射频暴露等内容，便于读者系统掌握无线电频谱管理的知识体系；三是内容“新”，详细介绍了近年来受到广泛关注的短距离无线电设备管理、频谱拍卖与重整、边境频率协调、新型频谱管理模式和电磁辐射危害等问题，有助于读者跟踪了解无线电频谱管理的热点领域和发展趋势；四是数据“实”，书中采用大量权威、准确的数据图表对有关内容进行量化分析，引用和注释信息完整规范，并结合许多具体案例进行分析讲解，增强了内容的通俗性和实用性。
本书的主要适用对象为国际和国家频谱管理机构及无线通信行业的管理人员、工程师、律师和经济学者等，也可供高校通信工程、电子信息类专业的研究生和教师使用。
本书由谢树果教授和王磊博士共同翻译，其中谢树果教授负责统一术语、一致性检查和统稿审校，王磊博士负责译文初稿的翻译。由于本书涉及法律、经济、管理和工程技术等多个专业领域，理论性、专业性强，在翻译过程中，译者参考了大量工具书、图书资料和国际组织文献，对书中部分术语和把握不准的地方与原书作者进行了多次沟通交流，对原著中的不当或不畅之处进行了修正完善，力求客观准确地反映原著内容。
感谢原书作者Haim Mazar博士对翻译该中文版的大力支持和帮助。感谢法国里昂大学马跃博士对原著中法语部分翻译提供的帮助。感谢电子工业出版社积极引进本书，以及 Wiley 出版公司的帮助，使得本书中文版能够尽快与读者见面。感谢尹延昭女士为本书的翻译和出版付出的辛勤劳动。本书译者的工作得到了国家自然科学基金项目（No. 61371007）的支持和资助，在此表示谢意！
由于译者水平有限，书中难免存在一些错误和不当之处，敬请广大读者批评指正。
 
作 者 简 介
Haim Mazar（Madjar）博士在无线通信（包括广播、移动、固定、无线电定位、卫星和公众业务）和无线电频谱管理领域拥有超过45年的工作经验，已为国际电联电信发展部门（ITU-D）和电信标准化部门（ITU-T）相关研究组及无线电通信部门（ITU-R）所有研究组（及其所属工作组）撰写提交了180多份技术文件。在2015年召开的国际电联无线电通信全会上，Mazar博士被来自88个国家的代表推选为ITU-R第5研究组（地面业务）副主席，并长期承担多个国家政府机构和国际工业界在频谱管理、短距离设备管理和人体射频暴露领域的顾问工作。Mazar博士于1971年获得以色列理工学院电气工程专业学士学位，1988年获得以色列巴尔伊兰大学工商管理硕士学位，2008年获得英国伦敦米都塞克斯大学博士学位，主要研究方向为无线通信管理制度。Mazar博士目前是无线电通信领域的演讲专家，2016年1月起担任中国成都西华大学客座教授。

 
原 书 序 言
Mazar先生自1991年起一直广泛参与国际电联的各项活动，在国际无线电管理领域享有很高的知名度和认可度。本书能够为无线电通信行业的工程师、律师和经济学者提供有价值的信息和灵感。
我确信，本书将受到所有从事无线电通信管理和标准化工作的专家们的喜爱。

Fran?ois Rancy     
国际电联无线电通信局主任
 
前    言
了解无线电频谱管理的政策、法规、标准和技术，对于频谱管理机构、运营商、设备研发者和无线通信用户（包括我们所有人）大有裨益。多年来，作者深入参与国家、区域和全球层面的无线电频谱管理事务，积累了大量专业经验、学术课程和教学案例，本书正是这些工作经验和成果的结晶。希望本书能被全球无线电行业的工程师、律师和经济学者使用，同时也能为他们解决日常面临的问题提供帮助。
本书从总体上对全球主要无线电通信管理架构进行分析评估，并介绍了相关背景知识。例如，欧盟成员国希望将本国频谱管理权转交给政府间机构这一理念可能也适用于世界其他地区，可为许多发达国家和发展中国家提供借鉴。又如，相关国家无线电频谱主管机构可以参照或沿用欧盟、北美和亚洲的既有无线电频谱管理法规，而不一定非要制定新的频谱管理法规和标准。
无线电频谱管理法规主要涉及如下领域：不确定风险的管理、有害干扰、生命安全业务和新兴无线技术的市场推广等。有关无用发射和人体射频暴露问题，往往需要从全球视角和价值观角度，推动其规范化管理进程。
本书共分 9 章，首先探讨无线通信行政管理、工程、法律和经济方面的内容，然后详细讨论影响无线电频谱管理法规和标准化的主要国际和区域性组织，接着介绍中国、法国、英国和美国的频谱管理法规和标准化情况。此外，还讨论了公众密切关注的蜂窝移动通信基站数量激增、大型天线结构体影响及电磁污染等问题。这些问题均需要相关主管部门介入处理，特别是人体射频暴露问题更需要重点关注。
第 1 章概述无线电频谱和无线通信，简要回顾无线通信的发展历史，介绍通信信道的基础知识，重点讨论无线电频段划分和频谱资源的稀缺性。
第 2 章探讨主要无线电业务的管理，详细介绍模拟和数字音频（电台）和视频（电视）广播的传输和技术参数，着重讨论模拟无线调频（FM）广播和地面数字视频广播（DVB-T）。鉴于蜂窝移动通信在无线通信中占据重要地位，且随着系统容量和覆盖范围的不断增加，移动通信业务的频谱需求持续增长，因此第 2 章专门讨论蜂窝移动通信业务。由于固定点对点和单点对多点均属于特定固定站之间的无线电通信业务，因此固定业务既可依托有线通信或卫星系统，也可依托更高效、更经济的视距或非视距宽带通信。鉴于卫星系统已广泛应用于商业、政治、科学、研究和天文等诸多领域，第 2 章还介绍卫星轨道、增值业务和设备有关情况。
由于主管部门和公众非常关注短距离设备（SRD），第3章专门介绍短距离设备的技术和工作参数。目前，短距离设备尚未被纳入“无线电通信业务”范畴，短距离设备工作通常遵循无执照、无保护和不对其他无线电设备造成干扰的原则。短距离设备的广泛使用有助于促进世界和地区的和谐稳定。例如，Wi-Fi在全球范围的成功推广使用可与全球移动通信系统（GSM）的发展成就相媲美。第3章后介绍Wi-Fi、射频识别（RFID）和民用频段26.96～27.28 MHz使用的有关案例。
第4章介绍无线电频谱管理政策、法规和经济架构，对比分析集中规划（事前和先验）和基于市场（事后和后验）两种频谱管理模式和方法，论述频谱管理的主要目标。同时，介绍影响国家法律环境的两种不同法律传统（民法法系和普通法系），详细介绍无线电通信法律在整个法律框架中的重要地位和执照持有者的财产权利，以及国际、区域和国家立法情况。此外，还分析无线电频率的经济属性、无线通信对经济社会和生产力发展的贡献，以及各国将无线电频谱作为非生产资产纳入国家消费核算等情况，探讨基于二次交易、拍卖和发行彩票的频率执照费评估方法，给出无线电频谱年费的计算方法。后，介绍国际、区域和国家频率划分表，指出频谱重新配置和重整均是优化频率使用的经济手段。
第 5 章首先介绍端到端无线电通信的基本知识，然后介绍发射机功率和无用发射、接收机选择性、噪声和灵敏度，以及天线基本参数（包括天线孔径、波束宽度和增益、极化、带宽、插入损耗和阻抗），这些内容是开展频谱共用分析的基础知识。接着介绍自由空间传播损耗和麦克斯韦方程，给出菲涅耳区的定义，并对近场和远场进行对比分析，讨论电波穿透墙壁和绕过障碍物的频率相关性，这些内容有助于解释为什么传统的蜂窝移动通信系统工作在6 GHz 以下频段。后探讨非线性和线性射频干扰和频谱共用计算方法，介绍干扰减弱或消除的相关技术。
第 6 章探讨国际频谱管理和标准化问题，介绍参与国际频谱管理和标准化的相关组织和机构，详细说明频谱管理法规和标准的制定和实施过程，介绍国际电信联盟的3个组成部门——电信发展局（ITU-D BDT）、电信标准化局（ITU-T TSB）和无线电通信局（ITU-R BR）。同时还介绍国家间的双边和多边用频协议、边境频率协调及干扰消除技术。
第 7 章探讨区域性无线电频谱管理问题，首先介绍欧盟频谱管理法规、主要组成机构、政府间和国际组织间关系，以及频谱的立法、软件工具和协调活动等。由于欧盟成员国将部分主权让渡给欧盟，因此欧盟的频谱管理具有一定特殊性。接着介绍美洲频谱管理相关组织机构，包括美洲国