李哲 孫帙 趙思邈 張海

電視空白頻段（TV White Space）指的是電視廣播中實際未被使用的無線電頻段（如圖1）。電視廣播占據著1GHz以下的頻段，在這些頻段中設置空白頻段最初的理由是為了分隔其他被使用的信號，以免各頻段間信號互相干擾。但是隨著信息通信技術的飛速發(fā)展，無線通信的使用迅速增加，導致頻段使用極為緊張，如目前被大眾所熟知的WiFi主要用于近距離無線傳輸，多采用2GHz以上的頻段，傳輸距離一般不會超過數百米，穿透力不強，而且容易受到天氣的干擾。因此，世界各國逐漸開始考慮啟動這些原本用于分隔信號的空白頻段。例如，美國主要的空白頻段為54-60MHz、76-88MHz、174-216MHz、470-608MHz、614-698MHz等多個區(qū)間，美國聯邦通信委員會在2008年同意開放這些空白頻段，無需授權便可適當使用這些空白頻段，如“Super WiFi”可以突破WiFi短距離、低穿透性的缺點，能夠在數公里到數十公里之間進行高速無線通信。

目前對電視空白頻段進行開放測試或應用的國家主要有美國、英國、新加坡和菲律賓，其中菲律賓是亞洲地區(qū)電視空白頻段試點最多、使用區(qū)域最廣泛的國家，因此本文以菲律賓為主對電視空白頻段使用情況進行分析和介紹。

背景概況

菲律賓屬于島國，除島嶼眾多、交通不便外，與日本、印尼等國家一樣處于環(huán)太平洋地震帶上，由于長期受到臺風、海嘯、地震、火山等自然災害的侵襲，再加上經濟和政治等因素的影響，導致互聯網普及率、計算機等設備普及率，以及教育水平都普遍偏低。據統計，盡管菲律賓手機普及率已達到100%，但計算機的普及率僅為20%，互聯網普及率僅為52%。

網速方面，2014年統計數據顯示其平均網速僅為3.6Mbps，比老撾（4.0Mbps）和印尼（4.1Mbps）都要慢，與新加坡（61Mbps）、日本（41.7 Mbps）、中國（18.3Mbps）等國相比更是相差甚遠。

教育方面，2014年4月菲律賓教育部發(fā)表的數據顯示（如上頁表1），公立小學約有86%不具備互聯網連接環(huán)境，初中約為45%。而無線網絡普及率更是偏低，公立小學僅有7%，這種情況也嚴重限制了初等教育的發(fā)展。

常用于近距離無線傳輸的WiFi多采用2.4GHz或5GHz頻段，傳輸距離一般不會超過數百米，而菲律賓島嶼或城市間距往往大于數十公里，且長期遭受多種自然災害侵襲，對基站的建設和維護也需要巨大的成本。因此，為解決中遠距離通信問題，近年來菲律賓嘗試采用電視空白頻段架設無線通信網絡，以便應用于災害搶救、遠程教育及互聯網連接等方面。

菲律賓電視頻段主要在54-806MHz之間，各頻道之間均插入部分空白頻段以免信號干擾。圖2中的各電視頻道間的雪花點部分即為空白頻段，幾乎每兩個頻段中均設置有空白頻段以免信號互擾，而這些空白頻段具備良好的穿透能力和中遠距離數據傳輸能力，預計傳輸帶寬最高可達6Mbps，傳輸距離可達10千米。為良好地管控和使用這些頻段，菲律賓主要采用政府主導方式慎重地在某些局部地區(qū)逐步推進電視空白頻段的使用。例如，在科技部（Department of Science and Technology）下設立信息通信技術處（ICT Office），由其主導公共場所的互聯網建設，在“2011—2016菲律賓數字化戰(zhàn)略”規(guī)劃下執(zhí)行“e-Filipino”項目，提高互聯網連接水平，以求促進經濟、社會、教育的發(fā)展，縮減地區(qū)間及與其他國家間的數字鴻溝。2015年，國家對“e-Filipino”項目的預算額度為14億菲律賓比索（約2億人民幣）。

菲律賓科技部信息通信技術處所下發(fā)的“2013—2015電視空白頻段規(guī)劃”（如圖3）就將電視空白頻段作為聯通互聯網的無限局域網構建手段，分地區(qū)逐步展開實驗性測試以應用于政府機構、公立學校、醫(yī)療機構、社區(qū)群體及傳感器網絡中，并希望使用電視空白頻段技術使菲律賓大部分區(qū)域都能夠連接互聯網。

菲律賓主要分為呂宋（Luzon，首都馬尼拉所在地）、維薩亞斯（Visayas）和棉蘭老（Mindanao）等三大區(qū)域。如圖3所示，2013—2014年規(guī)劃試點一是奎松城（Quezon，呂宋島西南部城市）科技社區(qū)、政府辦公區(qū)域以及部分公立學校，試點二是維薩亞斯中心區(qū)域，試點三是維薩亞斯東部和南部、棉蘭老西部；2015年則依次擴展到整個三大群島。截至今年的實驗表明該計劃進展緩慢，到本文發(fā)稿為止并未查詢到該計劃最終報告和進展情況，因此本文以2013—2014年的試點情況為主展開案例分析。

試點情況

2013年10月菲律賓七級以上的地震導致宿務（Cebu）、薄荷（Bohol）等地受災嚴重，2013年11月超強臺風“海燕”席卷菲律賓中部，多地失聯，且斷水、斷電長達數周之久。在這種情況下，菲律賓科技部信息通信技術處與Nityo Infotech等公司合作，在災區(qū)的社區(qū)醫(yī)院、學校等人群集中的地段架設了空白頻段基站，用于無線通信、數據傳輸、醫(yī)療診斷、廣播通訊等，并提供免費公共無線上網服務。

在2013年地震后的第6日，薄荷地區(qū)的試點（如上頁圖4）即在Tubigon、Uaby、Talibon附近的社區(qū)醫(yī)院、體育館、小學等地架設了3個空白頻段基站，各基站覆蓋了周邊約100平方公里的區(qū)域，采用662-710MHz的三個空白頻段（當地46-53頻道），各基站采用不同頻段以免信號互擾，以無線終端接入設備（CPE：Customer Premise Equipment）作為節(jié)點連接基站。且目前部署了約100個節(jié)點，最大帶寬可達48Mbps。

教育方面，空白頻段的應用主要是在校舍設置CPE提供互聯網服務（如圖5），對教師進行信息化培訓，配置多媒體計算機教師，讓學生能夠在校學習計算機課程、收發(fā)郵件、無線登錄上網等。行政信息處理方面，提供e-Government服務，信息搜集、處理及受災情況調查。醫(yī)療方面，提供遠程醫(yī)療視頻服務，采用RxBox等遠程醫(yī)療設備，提供通過電子郵件和手機短信進行遠程醫(yī)療，可以用于制作電子病歷，傳輸急用醫(yī)療信息，進行醫(yī)療管理和看護，也因此挽救了很多生命。生活方面，在公共區(qū)域設置免費WiFi提供上網服務，并對漁民進行居民信息登記，改善漁民生活，提高漁業(yè)信息交換和共享水平，截至2014年4月，累計有2萬多漁民家庭使用了這些服務。

實驗結果顯示（如上頁表2），薄荷地區(qū)兩個節(jié)點距離基站距離幾乎相同，均為5公里左右，但是平均帶寬相差一倍，究其原因在于節(jié)點一與基站之間有山林阻隔，而節(jié)點二與基站間地勢比較平坦。雖然并未實現高速數據傳輸服務，但在災后能迅速地建立信息通信服務，這足以體現了利用空白頻段的優(yōu)勢。

另外，臺風“海燕”過后的數日，如上頁圖6所示Tacloban迅速在受災學校架設了小型微型數據站（VSAT：Very Small Aperture Terminal），VSAT上連泰國衛(wèi)星IP Star，提供最大約6Mbps下行速度，采用當地49-53頻道連接兩個無線節(jié)點，為附近3～5公里范圍內的學校、公共場所和政府辦公點提供互聯網服務，測試中實際帶寬約為3～5Mbps，以該校作為避難中心，提供免費的網絡語音服務（如Skype）和數據傳輸服務（如短信、圖片、文件等）。

后記

菲律賓是亞洲地區(qū)最積極鼓勵開放空白頻段的國家，政府希望通過這類試點快速地推動偏遠地區(qū)的信息通信能力，提升醫(yī)療、教育、經濟等各方面信息化水平，以政府為引導，積極鼓勵國內外各類投資進入電視空白頻段領域中。如今，新加坡、美國、日本等國的信息技術公司已在積極擴展菲律賓的電視空白頻段市場。2015年5月，Dynamic Spectrum Alliance （DSA）在菲律賓馬尼拉召開了全世界規(guī)模最大的無線頻譜大會，會議主要提倡建立相應的法律和法規(guī)以便更高效地使用頻譜，探討動態(tài)頻譜的接入技術、商業(yè)模式和規(guī)范，包括電視空白頻段的使用。該會議的聯合主辦方正是菲律賓科技部信息通信技術處及通信管理部國家電信委員會（NTC），這說明，在今后菲律賓會更加大力地推動電視空白頻段的使用，進而力爭以低成本提高抗災能力，解決信息通信、電子政務、教育和醫(yī)療等方面的問題。

參考文獻：

[1]菲律賓科技部信息通信技術處[EB/OL].http：//spectrumfutures.org/wp-content/uploads/2015/04/Casambre-Update-on-TV-White-Spaces-in-the-Philippines.pdf？c8da21.

[2]BusinessMirror[EB/OL].http：//www.businessmirror.com.ph/ict-chief-optimistic-on-tvws-despite-budget-policy-issues/.

[3]GMA News[EB/OL].http：//www.gmanetwork.com/news/story/346994/scitech/technology/tv-white-space-tech-to-be-used-for-health-care-access-in-phl-provinces.

[4]DSA[EB/OL].http：//www.dynamicspectrumalliance.org/pilots/.

[5]Newsbytes[EB/OL].http：//newsbytes.ph/2014/09/25/tv-white-space-use-in-ph-for-disaster-response-cited-in-un-study/.

[6]Microsoft[EB/OL].https：//d30e0k2qotp9aa.cloudfront.net/attachments/132a206b-1739-45fc-8079-eac64abd039a.pdf.

基金項目：本論文獲得東北師范大學教師教學發(fā)展基金項目“面向高水平復合型傳媒人才U-G-M-R創(chuàng)新培養(yǎng)模式的實踐型教師共同體建設”和東北師范大學教師教育研究基金項目“卓越教師培訓能力遷移影響因素實證研究”資助。