主頁（http://www.by236.com）：無線頻譜數字孿生化助力數字經濟

導讀：作者基于“深圳下一個30年的數字經濟”研討會上發言撰寫本文。通過融合大數據、人工智能和數字孿生體等應用，挖掘數字孿生體在物理世界和數字空間的交互價值，展現了作者探索無線頻譜滿足數字經濟發展的一些思考。

伴隨著數字經濟、新基建和工業互聯網等國家戰略的深入推進，實體經濟與互聯網融合的步伐不斷加快，5G、物聯網、車聯網等新技術、新應用大量涌現。無線電業務在此期間涵蓋了數字社會的各個領域，在國民經濟和社會發展中具有重要的地位和作用，而無線電頻譜則是無線電業務賴以開展的基礎。

無線頻譜的價值，可通過頻譜的數字孿生化來體現，借助數字孿生技術，建立無線頻譜的數字孿生基礎設施，在此之上拓展基于無線頻譜的數字孿生應用，助力數字經濟發展，賦能實體經濟數字化轉型。

一、頻譜的數字化特征及價值

電磁頻譜中3000GHz以下的部分稱為無線電頻譜，可用于聲音和圖像廣播、導航、氣象、無線通信、報時、同步等。無線頻譜是無線電頻率的組合，是一種典型的數字模型，通過把傳統的物理模擬信號，即在時間維度內可感知的實體信號，通過特定的算法，如傅里葉變換在另一個維度內進行體現，即成為頻譜。

新的維度即為數字化的頻域維度，正是有了頻譜這一新維度，關于頻譜的規劃、技術開發和創新應用成為了可能，也才會有無線電技術體制、空口傳輸技術、調制編碼創新等一系列針對于提高頻譜利用率的提升。

在人類社會經濟體系中，頻譜已經具備了經濟物品的所有屬性，通過人類的勞動力、資本、知識和技術開發的頻譜，已成為了現實的經濟資源。頻譜作為各種無線電業務開展的基礎資源，正如支撐房屋建設的土地資源，是當今構筑信息高速公路的基石，也是引領當今整個通信信息產業繼續創新的重要動力。

深圳市工業和信息化局發布的《深圳市無線電發射設備發展情況評估報告》指出：2019年我國通信設備及無線用戶接入網設備出口金額為187億美元，占全國出口總額的0.78%，雖然統計的只是依賴于無線電頻譜資源的直接行業之一，但由此可見無線頻譜資源在經濟發展中的重要地位。

無線電技術與應用成為各行業數字化、信息化的重要手段，使整個社會的生產效率得到大幅提高。作為各種技術和應用的必須要素，頻譜已成為行業創新發展不可或缺的基礎資源。從3G時代起，智能手機開始普及，移動互聯網有了雛形，從而催生出微信、淘寶等一系列數字經濟的核心應用；在頻譜資源領域的技術突破，使移動通信的帶寬變大、速率大幅提升，社會進入4G時代，更具附加值的應用產生，出現了智慧城市、智能物聯等新的數字經濟模式；而5G的到來，令行業出現了顛覆性的創新，尤其是在工業制造領域，推動了以工業互聯網為典型代表的智能制造、數字化轉型。工業互聯網將傳統的工業制造業聯網，通過系統工程模型，將工業互聯網的實際情況在數字領域進行映射，工業互聯網的數字孿生體就此產生。

2020年4月10日，國家發展改革委和中央網信辦聯合發布《關于推進“上云用數賦智”行動培育新經濟發展實施方案》，將數字孿生體提到了與大數據、人工智能、5G等并列的高度，并專辟章節談“數字孿生創新計劃”，要求“引導各方參與提出數字孿生（體）的解決方案”。

因此，除簡單的數字領域的控制、評估、仿真、產品迭代等基本應用外，更重要的是數字化的價值再次提升，基于數字孿生體的經濟轉型進入質變階段。

得益于新一代數字技術的出現，使當前社會已經具備了構建數字孿生體經濟的能力：全域立體感知、數字化標識、萬物在線、可信互連、泛在計算、智能定義一切，大數據、區塊鏈、人工智能、智能硬件、AR/VR等新技術應用，使模擬、仿真、分析產業中發生的問題成為可能，IT、DT技術不斷完善，為構建數字孿生體奠定了堅實的基礎。而以上應用都由無線電頻譜作為基礎支撐。

基于頻譜于經濟、社會、國家的重要地位，在新形勢下有必要對頻譜進行創新性的研究。

二、基于大數據實現頻譜數字孿生基礎設施

在時域、空域和頻域上的無線電頻譜狀態數據，如信號能量值、信號特征等，以及包含設備ID、用戶頻譜需求、反饋等的用戶或設備數據，還有頻譜使用環境下的地形數據、水文氣象數據等環境信息數據等構成了無線電頻譜大數據，其具有“5V”特征：大量（Volume）、價值（Value）、真實（Veracity）、多樣（Variety）、高速（Velocity）。

研究無線頻譜大數據的最佳手段是直接處理原始（raw）數據，好處在于，一是避免人為“損害”數據，二是減少過程處理的時間。從數據層面解決問題，才能滿足顛覆性的創新需要。

前文提到的數字孿生體，是一種為數字經濟建設所服務的系統理論方法，無線頻譜的數字孿生化和其他的數字孿生體一樣，以服務數字經濟為目的，遵循系統信息論的原則，第一，數字孿生化在信息轉換中需容易識別（代表信息的符號類型數量不宜太多）和高效編碼（用盡量少的符號表達盡量多的信息），即符合香農第一定理，第二，把不容易識別的信息通過一種等價進行轉換，傅里葉變換是信息論體系中的重要支柱，在工業數字孿生化中，CAD圖紙、IT系統架構以及二維物體圖片的自動識別和建模方面應用了傅里葉變換算法，而在前文中已經提出，傅里葉變換是頻譜數字化的重要手段之一。

頻譜可作為一種數字化的模型，從數字經濟維度上看，頻率可類比于一個個基礎“硬件”資源，這些硬件資源是支撐數字經濟的物理顆粒，可作為數字經濟發展情況的度量之一。從頻率維度而言，產生了應用，則會產生“硬件”塊，應用越多，塊越厚重，對經濟的支撐效果則越好。另外，頻率使用率低、使用效果不充分、價值未充分發揮等情況，通過數字化的頻率物理模型，都可以得到直觀的體現。

三、借助數字孿生體賦能數字經濟

數字孿生城市是無線頻譜數字孿生化的應用場景之一，數字孿生體在城市建設與發展中的核心價值在于，它能夠在物理世界和數字世界之間全面建立實時聯系，進而對城市物理實體全生命期的變化進行數字化。

而無線電頻譜數字孿生化是指電磁環境的當前狀態、綜合形勢和發展趨勢的“數字”化。無線電頻譜數字孿生化研究的核心是將復雜物理電磁環境映射到數字空間中，形成數字的電磁頻譜空間，為未來數字系統提升動態頻譜效率、為無線電秩序管理提供工程應用支撐、為頻譜應用提升數字經濟價值提供有效的數字抓手。

目前的城市數字化建設可分為四個階段，第一、二階段是初步的城市數字治理和應用的網格化，第三階段是借助于云、物聯網、5G等將數據上云，形成城市大數據，第四階段，則是將先進技術綜合應用，形成與物理城市相對的城市全城大數據。

無線電頻譜及無線技術始終貫穿了城市數字化建設應用及發展的整個進程，存在著“與物理城市相對應的城市數字化頻譜基礎設施”，這一基礎設施，使得頻譜不再是看不見、摸不著的信號數字特征，而轉變為“看得見、摸得著”的數字物理模型；從數字經濟的重要支撐轉變為重要的數字度量。而通過頻譜大數據的技術手段，能從新的維度上檢視數字孿生城市，能更有效地促進和提升數字經濟發展。

總結

基于無線頻譜和數字孿生體融合的巨大潛力和價值，深圳無線電檢測技術研究院立足于運營的短距離無線電設備檢測與評估部重點實驗室、粵港澳5G和新一代無線信息技術公共服務平臺，在國家政策支持下開展關于頻譜大數據的研究，并聯合數字孿生體聯盟，共建“數字孿生城市實驗室”。

我們將充分發揮“數字孿生城市實驗室”的作用，基于前期頻譜大數據的研究基礎，借助新型城市信息載體（智慧桿等），同時利用傳統的無線電監測渠道和手段，實現無線頻譜數字孿生基礎設施建設，并開展無線頻譜與數字經濟相關性的模型和仿真研究，最終形成一個無線頻譜賦能數字經濟的理論模型和可實操的實現場景。