2024年10月9日，美国白宫科技政策办公室发布了《国家频谱研究与开发计划》，旨在确保美国在频谱研发方面继续保持领导地位。

该计划指出，频谱——无线信号传输所经过的看不见的无线电频率——是美国最重要的国家资源之一，支撑着美国的经济、技术进步和安全。这项新计划将作为一种工具，指导政府在频谱相关研究方面的决策，塑造私营部门的努力，并为利益相关者提供共同参考。

该计划确定了四类频谱研发机会，具体包括：

1．应用启发研究的创新领域

受当前或可能的操作频谱用例启发的工作常与特定频段相关联，通常高度重视成本效益，并可能与特定的应用程序需求或限制相关联。该领域的最高优先事项包括：

（1）抗干扰和抗噪声能力：尽管接收天线输出处的干扰和噪声比目前所能容忍的水平更高，但仍能接收所需的信号。

（2）干扰影响预测：将干扰信号预测与接收系统模型相结合，包括接收系统的分布和移动性、流量和负载、抗干扰能力以及系统特定的服务质量下降技术指标。这一创新领域还包括发射系统和接收系统如何根据彼此的发射和动作调整其运行的模型。

（3）与关键系统共享

确保将优化成本或性能等标准的频谱相关系统安全引入具有关键基础设施的频段或需要高可用性来支持关键任务的系统。该领域包括：

l  针对正在引入的系统的特殊验证和测试、安全性和快速干扰管理方法；

l  适当的频谱共享控制和态势感知机制，包括专门的信息保护和网络物理安全方法；

l  对关键系统进行具有成本效益的增强，以帮助克服共享挑战。

（4）监管选择

这一创新领域包括：

l  探索新的财产权、访问权和共享权；

l  新规则和规则体系；监管方法的经济和激励分析；

l  监管方法对不同频段和传播机制的适用性；

l  评估监管方法和频谱访问机制对服务效用和可取性影响的方法。

（5）先进的频谱管理流程

研究自动化流程，以增强对自动频谱管理和频谱共享系统的支持，并为非地面共享、新频谱带和类似创新提供新的频谱管理方法。解决方案包括：

l  频谱管理实践向机器可读的频段规则发展；

l  建立量化阈值，区分可接受和不可接受的无用信号；

l  API标准化，实现外部利益相关者和监管系统之间的机器对机器接口。

2．基础研究创新领域

探索频谱科学和工程可能性前沿的工作，有时会导致几十年后可能出现的意想不到的回报，通常是由推测性想法或研究人员的好奇心驱动的。该领域的最高优先事项包括：

（1）敏捷前端和天线：使发射器和接收器能够在更宽的频率范围内工作，并更快地改变工作频率或频带，而对尺寸、重量、功耗、成本或频率选择性的影响最小。

（2）频谱利用率优化

通过干扰较少的发射机和系统设计以及干扰较少的接收机和系统设计，使系统能够满足公共任务或私营行业业务要求，同时减少对其他频谱用户的影响。

针对发射机，包括以下方法：

l  将传输集中到更小的空间、时间或频率片段中；

l  在工作带宽内或相邻处创建和控制深频率零点；

l  减少信道外、带外和谐波发射；

l  扩展传输以降低发射信号的功率密度。

针对接收器，包括以下方法：

l  提高空间、时间或频率的选择性；

l  在工作带宽内或附近创建和控制深频率零点；

l  实现全双工操作的自干扰消除，即在同一频率上同时发送和接收；

l  接收广泛传播的传输；

l  减少互调效应。

针对系统，包括以下方法：

 提高无线通信系统的信息速率和固定可用带宽内传感器系统的鉴别能力；

l  增加频谱的空间重用；

l  在单个发射器/接收器上和跨系统利用多个天线（例如，多输入多输出 (MIMO)和分布式协作天线）；以及

l  使用可重构智能表面改善覆盖范围。

对于应用，包括使用低影响发射器、接收器和系统设计完成任务目标的方法。

（3）干扰信号预测：将传播预测与发射器系统模型相结合，包括它们的分布和移动性、基于流量和负载的发射，以及频谱能力，包括频率敏捷性、波形灵活性和频谱利用优化。

（4）频谱共享控制：利用其他频谱科学创新领域的成果（包括传播、干扰信号和干扰影响预测；频谱监测和数据分析；频谱数字孪生；快速干扰管理；以及安全和隐私解决方案）来创建频谱共享控制系统和方法，具体包括：

l  在实现所需干扰水平的同时最大化频谱访问；

l  提高频谱访问的可预测性，以便具有特定任务或业务保证需求的用户能够使用动态共享频谱；

l  增强网络物理弹性或“集成系统在失去特定功能（无论是由于）组件故障、人为错误、自然灾害或恶意攻击的情况下，即使未达到峰值性能，也能继续运行的能力”；

l  提高频谱控制系统及其控制系统的能源效率

l  通过评估与预期决策相关的风险，在决策受到高度约束时改善结果；

l  通过与任务或业务管理系统的链接，在保持隐私和安全的同时，最大限度地发挥频谱决策对任务或业务目标的益处；

l  通过改进用户界面和机器界面设计，提高运营商监督和控制的有效性；

l  通过使用高级表示来交换和处理频谱控制信息，例如数字策略集和频谱消费模型，实现可演化性和灵活性；

l  减少决策延迟，可能减少到几毫秒，以便利用更短的频谱接入机会，更快地对环境变化做出反应；

l  支持短时频谱共享交易，可能达到亚秒级，以减少现有用户对长期交易失去可选性的担忧，从而促进频谱共享的采用。

这一领域还包括对频谱共享控制系统的分析和评估的研究，包括预测或测量以下方法：

 在当前条件下或预测的未来情况下提供给指定系统的频谱接入量和分布；

l  可以安全地将多少自主权委托给系统；

l  潜在组件或子系统故障造成的危害；以及

l  在遵守适用规则和法规的同时实现预期结果所需的人为参与程度。

（5）干扰成本

这一领域包括：

l  制定衡量干扰对频谱用户任务或用户利益影响的指标；

l  根据预测的技术干扰影响或干扰风险评估估算这些指标的方法；

l  比较不同用户或任务对国家优先事项的影响的相对成本的方法。

3．研究加速器

能够加快频谱研发进度的活动。该领域的最高优先事项包括：

（1）公共数据集

（2）测试平台和测试框架

（3）频谱技术就绪水平（TRL）通道审查

4．组织改进

如何更好地组织频谱研发。该领域的最高优先事项包括：

（1）研究人员轮换进入监管机构

（2）重点研究为监管决策提供信息

（3）频段研究作为过渡机会

（4）频谱工程工作组。