動態頻譜共享研究現狀及展望

馮巖，孫浩，許穎，方箭

（國家無線電監測中心，北京100037）

綜述

動態頻譜共享研究現狀及展望

馮巖，孫浩，許穎，方箭

（國家無線電監測中心，北京100037）

動態頻譜共享作為解決頻譜供需矛盾的有效方式之一，在國際上受到了廣泛關注。首先，對動態頻譜共享的發展情況進行了概述。然后，對國際上動態頻譜共享的政策制定、標準化及應用情況等進行了梳理。最后，結合無線電管理現狀，分析了實施動態頻譜共享在頻率管理、臺站管理及無線電監測等方面的影響及挑戰。

動態頻譜共享；認知無線電；白頻譜；高效利用

1 引言

作為無線通信技術乃至信息通信產業持續創新發展的核心資源和重要載體，無線電頻譜資源既是國際層面也是國家層面的稀缺性戰略資源。在滿足民航、鐵路、氣象、電力等傳統行業和部門在信息化、智能化建設發展中用頻需求的同時，還需應對移動互聯網、物聯網等新一代信息通信技術對頻譜資源提出的巨大挑戰。根據思科2015年發布的《全球移動數據流量預測2014-2019》調研報告［1］，到2019年，全球移動數據流量將由2014年的每月2.5艾字節（Exabyte，EB），增長至超過24.3 EB/月，其中將有97%產生自智能設備。海量的移動設備和機器對機器（machine to machine，M2M）應用以及更加快速廣泛的蜂窩網絡，將推動移動流量顯著增長，進而極大增加對頻譜資源的需求。頻譜資源的合理配置將對未來信息通信產業發展產生至關重要的影響。

目前，主要采用獨占授權方式分配和使用大多數商業和非商業頻譜，即無線電管理部門通過行政化和市場化的方式將不重疊的頻帶分配給特定的用戶獨占使用。獨占授權頻譜對用戶的技術指標和使用區域等有嚴格的限制和要求，能夠有效避免系統間干擾并可以長期使用。然而，這種方式在具備較高的穩定性和可靠性的同時，也存在著因授權用戶獨占頻段造成的頻譜閑置、利用不充分等問題，加劇了頻譜供需矛盾。為解決頻譜資源供需矛盾日益突出、部分頻段頻譜利用率低的問題，各國無線電管理部門根據技術發展和應用需求，紛紛加強頻譜資源優化配置，對頻譜資源使用權進行適時調整。清頻、規劃調整是近年來調整頻譜使用權的主要措施之一，但存在實施時間長、耗資大協調困難等問題。隨著以認知無線電系統（cognitive radio system，CRS）為代表的無線電新技術的出現，動態頻譜共享成為可能。用戶可以在不同時間、不同地理位置和不同碼域等多個維度上共享頻譜，實現不可再生頻譜資源的再利用，克服傳統的“條塊分割”式靜態頻譜使用政策下頻譜資源利用不均衡的缺點，提高頻譜使用效率。基于動態頻譜共享的無線電新技術是解決當前無線電頻譜資源瓶頸問題的關鍵，是無線電業務發展的新引擎，同時也將影響無線電頻譜分配方式以及管理政策。

2 頻譜共享概述

目前歐美等地區和國家陸續針對頻譜共享開展了研究工作。美國、英國等國家已經在廣播電視頻段“白頻譜”（TV white space，TVWS）上實施了免執照使用方式。歐洲提出了授權共享接入（licensed shared access，LSA或authorized shared access，ASA）管理架構。美國提出了“頻譜高速公路計劃”，通過頻譜接入管理系統以等級接入的方式實現商業系統對聯邦頻譜的共享。各個研究組織、產業聯盟、咨詢機構等也相繼發布了研究報告，共同對頻譜共享進行探討［2-6］。

從用戶權利上區分，頻譜使用方式可以分為如下3種：獨占授權使用，只存在單一主用戶，具有使用頻段的絕對優先權，其他非授權用戶不得使用該頻段；免執照使用，用戶使用頻段不受限制，彼此之間享有同等的使用權利但均不受到保護，需要通過技術手段避免相互產生干擾；動態共享使用，在保證主用戶不受干擾的前提下，通過設計牌照權限（如規定接入時間、接入地點、發射功率、干擾保護等），賦予次用戶相應的頻譜使用權利，次用戶可使用數據庫、頻譜感知、認知無線電等技術，在空間、時間、頻率等不同維度上與主用戶共享頻譜。作為一種新興的頻譜使用模式，動態頻譜共享并不能替代現有的獨占授權方式和免執照方式，而是兩種傳統模式的補充。無論是歐洲的授權頻譜接入模式，還是美國的等級接入模式以及TV白頻譜模式，都屬于在傳統獨占授權管理和免執照管理模式基礎上發展出的一種補充、過渡式的頻譜共享管理模式。從使用方式上考慮，免執照使用也可以認為是一種共享模式，用戶具有相同的使用權利，用戶之間通過動態頻譜選擇等機會接入的方式共享免執照頻段。而ASA/LSA等頻譜共享方式與免執照使用的主要區別在于，除了用戶之間的共享使用外，還需與已有主用戶共享頻段。表1對現有幾種頻譜使用模式進行了比較。

表1 頻譜使用模式比較

3 國際標準化組織研究進展

2007年世界無線電通信大會（WRC-07）確定了WRC-12的1.19議題：根據第956號決議的要求，對引入軟件無線電和認知無線電需采取的規則措施及相關性進行研究。2009年，ITU-R WP 1B工作組完成了ITU-R SM.2152報告書，對認知無線電定義如下：“無線電發射機和/或接收器采用的一種可以了解其操作和地理環境、確定政策及其內部狀態的技術；一種能夠根據了解到的情況動態和自動調節參數和協議以達到預定目標的技術；也是一種可從了解到的結果中汲取經驗的技術。”WP 5A工作組圍繞ITU-R 241號問題，開展了陸地移動業務中認知無線電技術的相關研究工作，陸續推出了ITU-R M.2225和M.2330報告書，對陸地移動業務中的認知無線電系統的定義、關鍵技術、潛在應用、無線電業務共存等問題進行了闡述。此外，WP 5D工作組于2011年完成了ITU-R M.2242報告書，對IMT系統中認知無線電的應用及關鍵技術進行了重點研究。WRC-12通過了ITU-R第58號決議，決定繼續開展“認知無線電實施和使用”方面的研究工作，包括在相關無線電通信業務和頻帶上應用CRS的技術需求、特點、性能和可能帶來的收益等問題。目前，WP 5A工作組正在對ITU-R 241號問題進行修訂；同時WP 1B工作組開展了兩個新研究報告的制定工作，分別對“采用認知能力的無線電系統動態頻譜接入涉及的頻譜管理原則、調整和相關問題”和“支持頻譜和電信網設施共享使用的創新性管理工具”進行研究。

歐洲郵電管理委員會（European Conference of Postal and Telecommunications Administrations，CEPT）也圍繞認知無線電等頻譜共享技術，開展了一系列技術及戰略研究工作。在共享白頻譜方面，2008年發布了24號報告對470～862 MHz頻段白頻譜上部署新應用的初步可行性進行研究。之后，電子通信委員會（Electronic Communications Committee，ECC）又相繼發布了159號、185號、186號報告，分別對470～790 MHz頻段白頻譜設備的技術和操作需求等進行了研究。2015年5月，發布了最新的236號報告［7］，給出了國家實施使用地理位置數據庫的TV白頻譜的管理框架指南。從2011年開始，歐洲電信標準化協會（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）針對TV白頻譜相繼完成了多項技術規范（TS）、技術報告（TR）及歐洲標準（EN）的制定工作，主要包括TR102 907、TS102 946、TS103 143和TS103 145等，研究和規范了白頻譜的使用案例、系統需求、地理位置數據庫信息交換及白頻譜使用的系統架構和程序等。ETSI于2014年發布了關于白頻譜設備（WSD）的歐洲統一標準EN301 598［8］，包含了一系列技術需求及測試流程，為白頻譜設備在歐洲的發展奠定了基礎。白頻譜設備在使用時，應符合要求以避免有害干擾。ETSI目前正在進行EN303 144和EN303 387標準制定工作，規定不同地理位置數據庫之間信息交換的參數和流程以及白頻譜協同使用的信令和信息交換協議。

針對IMT頻率緊缺、新頻段無法在短時間內完成清頻等問題，2011年5月CEPT頻譜管理工作組（WG FM）第72次會議上高通公司和諾西公司提出了授權共享接入（ASA）的概念［9］，IMT用戶采用認知無線電、地理信息數據庫等技術實現頻譜共享，在不對授權頻段上主用戶產生干擾的情況下，獲得授權后可動態接入當前沒被占用的頻譜資源。歐盟委員會無線電頻譜政策小組（Radio Spectrum Policy Group，RSPG）發布了關于頻譜共同使用及共享方法的報告［10］，提出了與ASA類似的概念，即許可共享接入（LSA）。CEPT將起初的ASA概念擴展為LSA，為LSA用戶和主用戶在特定頻帶的共享制定技術支撐，包括LSA可用頻段選取、頻率規劃、干擾保護準則制定等方面，潛在應用也由移動固定通信網（mobile/fixed communication network，MFCN）擴展至其他應用。2012年9月WG FM會議上，成立了FM53“可重配系統和授權頻譜接入”項目組和FM52“2 300～2 400 MHz頻段”項目組，分別對LSA實施指南以及2.3 GHz頻段部署LSA的頻率規劃和政策條款進行研究。2014年2月ECC發布了205號報告［11］，對LSA的適用范圍、共享框架、頻率分配、授權過程、協調一致和移動固定通信網應用等問題進行了總結。目前，CEPT正在研究無線寬帶與節目制作和特殊事件（PMSE）共享使用2.3 GHz頻段的統一技術條件和解決方案等問題，已發布55號、56號和58號報告。隨著LSA在政策和研究層面上的逐步推進，ETSI也于2012年開始同步進行LSA的標準化研究并完成了相應的研究報告和技術規范，包括2.3 GHz頻段部署LSA移動寬帶系統的無線電頻譜電磁兼容問題（TR103 113）、系統需求（TS103 154）及正在進行中的系統架構技術規范（TS103 235）等。ETSI通過標準化工作制定滿足監管要求的統一標準，包括具體頻段上的共享機制、系統架構和設計規范。

4 國際頻譜共享實施案例及分析

4.1 歐洲2.3～2.4 GHz授權頻譜接入

2012年歐盟通過了開展無線電頻譜政策計劃的提案（Decision No.243/2012/EU），歐盟委員會在“促進境內市場無線電頻譜資源共享”通訊報告［12］中表明支持LSA作為頻譜共享的一種方式，分析了頻譜共享的政策背景及挑戰等，并提出了境內頻譜共享的后續實施建議。作為對歐盟委員會推進LSA實施計劃的響應，2013年RSPG提供了包括LSA定義、法律、監管、牌照以及實施等方面的意見［13］，將LSA定義為“一種對有限數量的授權用戶在單獨授權體制下使用已經分配或將要分配給一個或多個主用戶的頻帶運營無線電通信系統的監管方式。LSA方式下，依據頻譜使用權利等共享規則，新增用戶經過授權后使用頻譜（或部分頻譜），包括主用戶在內的所有授權用戶均享有一定的服務質量（QoS）保證。”LSA不是新的授權體制，而是一種通過引入其他授權用戶促進已分配頻譜高效使用的管理方法。LSA用戶可以在空間或時間維度上與主用戶共享頻段。由于LSA的牌照數量有限，用戶可以通過協作規劃等靜態方式，或使用公共數據庫、認知無線電等動態方式，解決或避免潛在的干擾問題。如果授權主用戶要求其他限制，還需要建立一個能夠更新信息、獲取數據和提供接入條件的綜合管理系統等。

在授權共享的頻段選取方面，起初歐洲考慮了2.3 GHz頻段（移動業務與軍用/無線攝像機共享）和3.8 GHz頻段（移動業務與衛星業務共享）。目前主要實施方案是在2.3 GHz頻段上以LSA方式部署移動寬帶網絡。國家管理機構和主用戶通過建立LSA頻譜倉庫，提供LSA頻譜的時間、地點可用信息。LSA控制器通過從LSA頻譜倉庫獲取的信息，在可用區域/時間控制移動運營商網絡接入LSA頻譜。若由于主用戶保護等限制要求，某些區域LSA頻譜不可用，則移動網絡接入使用原授權頻段。歐洲METIS、CORE+、CoMoRa等項目也相繼開展了LSA的研發工作。2013年4月，芬蘭在2.3 GHz頻段上進行了全球首次ASA/LSA頻譜共享試驗。在LSA框架下，TD-LTE系統共享其他系統的現有頻段，兩種網絡的服務質量都得到保證。試驗結果表明，通過采用LSA方式共享頻譜，運營商能夠將移動寬帶網絡的帶寬提升18%［14］。

4.2 美國3.5 GHz頻譜共享試點

美國從NTIA管理的聯邦頻譜和FCC管理的商業頻譜兩方面入手，進行頻譜清查和研究，為無線寬帶尋找可用頻譜。2010年10月，NTIA發布《將500 MHz頻譜用于無線寬帶的計劃與時間表》，確定了大約2 200 MHz的候選頻段、協調時間表以及相應的激勵措施。同時，NTIA對5個重點頻段的短期可行性進行了評估［15］，建議優先考慮1 695～1 710 MHz和3 550～3 650 MHz頻段。針對美國頻譜使用現狀，為彌補現行政策的不足，有效解決“頻譜短缺”問題，促進美國經濟發展和確保世界領先地位，2012年6月美國總統科技顧問委員會（PCAST）向總統奧巴馬提交了一份報告［16］，提出“頻譜高速公路計劃”，采用等級接入的方式促使商業服務共享聯邦頻譜。同時，PCAST還提出需要建立包含動態數據庫的頻譜接入系統（spectrum access system，SAS）對該民用寬帶服務進行管理。SAS保證用戶只能在不對主用戶造成干擾的區域使用頻譜，同時也對不同級別用戶間的干擾進行管理和保護。等級接入制度將用戶分為以下3個等級。主用戶接入（incumbent access，IA）頻段上已經存在的聯邦用戶，具有頻段使用的最高優先級，在劃定的主用戶使用區內獨占頻段，在SAS中注冊后保證其不受其他系統的干擾；優先接入（priority access，PA）在數據庫中登記后，可在指定區域內擁有部分頻譜的短期優先使用權，需要在SAS中進行注冊，從而獲得授權，得到一定的QoS保證，并免受其他次要用戶干擾；一般授權接入（generalized authorized access，GAA）具有頻譜使用的最低優先級，采用頻譜感知或數據庫等方式，設備應具備多頻段操作能力和動態頻譜選擇功能，在指定時間和區域內可免費接入該頻段，但只允許低功率發射。圖1給出了三級用戶使用區域示例。

圖1 三級用戶使用區域舉例

根據PCAST的建議，2012年12月FCC發布12-148號規則制定提案公告（notice of proposed rulemaking，NPRM），研究通過以小蜂窩（small cell）的方式在3.5 GHz頻段上開展頻譜共享，部署新型民用寬帶服務（citizens broadband service）。3 550～3 650 MHz頻段目前分配給美國國防部雷達系統（如海軍船載雷達）等使用。另外，相鄰的3 650～3 700 MHz頻段已經以低功率、輕執照的方式分配給非聯邦衛星固定業務（fixed satellite service，FSS），包括非聯邦衛星地球站（接收）、空對地操作和饋線鏈路等，與聯邦主用戶進行共享。因此，在后續的3.5 GHz頻段共享試驗中，美國將PCAST建議使用的3550～3650MHz頻段擴展至3700MHz。根據NTIA的評估報告［15］，若對3.5 GHz頻段進行拍賣，為保留必要的聯邦服務，在美國東西海岸線附近的陸地區域需要200英里的隔離區。采用小蜂窩的方式能夠減小與主用戶的隔離區，同時帶來容量的成倍增長。

經過多輪意見征集，2015年4月FCC正式發布了15-47號“3.5 GHz民用寬帶無線服務規則”［17］，采用PCAST提出的等級接入方式在3 550～3 700 MHz頻段上建立包括PA和GAA在內的二級商業無線服務，與聯邦主用戶共享頻譜。由私營商業團體運營的頻譜接入系統將用于協調和管理不同層次用戶的共存。如圖2所示，PA執照可在單個普查區域（census tract）內享有10 MHz信道的3年使用授權，在3 550～3 650 MHz頻段內最多為PA使用分配70 MHz頻譜。GAA允許在3 550～3 700 MHz頻段共150 MHz頻譜上采用類似免執照的方式使用，GAA用戶設備認證后可接入頻譜，無需機構的進一步審批，但無法得到其他民用寬帶無線服務用戶的保護。FCC同時制定了允許商業服務在美國大陸地區使用頻譜感知技術的路線圖。該規則的發布是美國在授權商業和聯邦用戶頻譜共享的政策上邁出的重要的一步。美國3.5 GHz頻段試驗得到了政府、研究機構、產業界的廣泛關注和參與，試驗方案也逐步由理論走向實踐。雖然對授權式頻譜共享的成效仍存在爭議，但作為傳統頻譜管理方式的補充方式，其短期可行性已得到認可。

圖2 美國3.5 GHz頻段民用寬帶無線服務規劃示例［17］

2015年6月NTIA發布了關于3.5 GHz隔離區分析和計算方法的技術報告（TR-15-517）［18］，給出了民用寬帶無線電業務（citizens broadband radio service，CBRS）設備接入節點和用戶終端的技術和部署參數、聯邦雷達系統的技術特性以及隔離區的計算分析方法，并將生成的隔離區提交給了FCC。如圖3所示，粗實線為修正后的船載雷達隔離區，相比粗虛線所示的原先劃定的隔離區大大縮小。

圖3 美國3.5 GHz頻段聯邦雷達系統使用隔離區［18］

4.3 美國TV白頻譜發展

在對商業頻譜的再利用方面，美國關注的重點集中在54～216 MHz和470～698 MHz頻段的TV白頻譜上。目前，美國對廣播電視頻段存在的部分白頻譜采用免執照的方式，基于白頻譜數據庫，在嚴格考察和授權過程下，免執照設備機會式接入使用［19］。TV白頻譜設備包括固定和手持設備。為了使用免執照頻段，需要建立包含可用白頻譜信道信息的數據庫，數據庫中的可用信道根據設備的類型和位置實時變化。白頻譜設備通信時，首先需要向授權的白頻譜管理者發送請求。管理者根據FCC制定的一系列規則自動生成可用信道數據，同時避免干擾受保護的TV臺站等主用戶。白頻譜設備收到信道列表后，選擇信道完成通信。

2008年11月FCC首次發布了TV白頻譜的使用規范，允許免執照的無線電設備使用當地的空閑廣播電視頻段（白頻譜），并認為在恰當的管理和合適的設備操作下，免執照設備使用白頻譜時不會干擾已有服務［20］。FCC對白頻譜設備進行了定義和分類，提出“地理位置數據庫”、“接收外部控制信號”以及“頻譜感知”3種白頻譜探測方法，并對感知的功率下限和定位的最低精度做出了相應要求。同時，FCC給出了發射天線高度、發射功率控制、帶外功率限制等技術指標，對已有廣播電視服務進行保護。在2010年和2012年，FCC又對FCC 08-260補充和修改，去除了對白頻譜設備感知功能的強制要求，強化數據庫與設備以及數據庫之間通信的安全性。2011年12月FCC批準Spectrum Bridge公司的“電視白頻譜數據庫系統”運行，這是美國第一套投入運行的白頻譜數據庫設備。經過在東海岸等地區的試點，2013年3月FCC在全國范圍內發放了白頻譜設備授權。目前，FCC已經批準了包括Spectrum Bridge和Google在內的6家數據庫公司運營白頻譜數據庫。

隨著激勵拍賣政策的逐漸成熟，美國對TV白頻譜的使用逐漸由免執照向激勵拍賣發展。2014年6月FCC發布了激勵拍賣的14-50號報告和法令，包括實施拍賣的臨時規則。實施激勵拍賣，能夠加快600 MHz廣播電視頻段重新規劃使用，但是會對包括免執照白頻譜設備、無線麥克風和低功率電視等重要業務產生影響。2014年9月，FCC發布了14-144號規則制定提案公告，為這些業務的運行制定新的規則。FCC預計將在2016年初開始實施激勵拍賣。

5 對無線電管理的挑戰和應對

動態頻譜共享方式能夠彌補現行頻譜管理方式的不足，在短期內解決頻譜短缺的問題。在動態頻譜共享模式下，無線電管理仍將繼續綜合運用法律、行政、經濟和技術這4種管理手段。但是，施行動態頻譜共享模式也對頻譜管理各環節提出了一些新的挑戰。

5.1 頻譜需求預測

準確預測頻譜資源需求量既能夠為新的頻譜需求及時做好頻譜資源分配的規劃，促進相關行業和產業的發展，又避免了超前分配導致的資源浪費。目前的頻率需求預測方法都是考慮獨占式的頻譜使用，而引入頻譜共享技術后，使用場景、用戶行為以及技術方式都會有所不同。首先，業務特征發生改變。業務特征是建立頻譜預測模型的關鍵部分。在動態頻譜共享模式下，由于使用權短期化、動態化，業務種類、部署場景、業務容量、傳輸速率等特征也將多樣化發展。其次，頻譜效率需要重新衡量。頻譜效率評估是頻譜需求預測的重要部分，動態頻譜共享將是多種無線電新技術的融合，其頻譜效率也將因業務采取的不同技術特征而存在較大差異。另外，頻譜使用中將存在多種方式互補。未來網絡將異構化發展，對頻譜的使用也不會僅采用單一方式。共享式頻譜使用將會對網絡授權頻譜和免執照頻譜的需求量產生影響。

目前，ITU已形成了成熟的IMT和WLAN系統頻譜需求預測分析方法。共享的頻譜資源成為運營商固有分配頻譜資源的重要補充，可以通過其在時間、空間的動態使用特性，分析共享頻譜對于整個業務的分流比例，從部署場景出發，確定、提取相關參數，對頻譜需求預測方法進行修正，統籌分析傳統獨占授權方式、免執照方式、頻譜共享方式頻譜需求總量和占比情況。

5.2 頻譜統籌規劃

對頻譜資源進行統籌規劃，是頻譜管理的重要環節，從而滿足各行業頻譜資源需求。由于頻譜資源緊張，而需求日益增長，目前在低頻段已經很難找到連續可用的頻譜資源。頻譜共享方式，為頻譜規劃提供了一條新途徑。未來的頻譜規劃可從未規劃資源的繼續挖掘和已規劃資源的重新配置兩方面入手，最大化頻譜資源利用。首先，頻譜共享的引入可能會改變頻譜規劃方式。為頻譜共享尋找可用頻段，可能會涉及已規劃頻段的補充規劃或重新規劃，在保護現有業務的前提下，增加新業務的共享使用。其次，需要改進兼容分析手段。在實施頻譜共享前，應開展全面的兼容分析，充分評估與主用戶系統共享頻段的干擾風險。系統的多樣性，加大了兼容分析的復雜度。一方面，應分析次用戶系統和主用戶系統之間的干擾水平，設計合理的技術指標和使用權限；另一方面，還應對次用戶系統之間的相互影響進行測試和評估，保證各系統的服務質量。另外，應統籌各行業頻譜需求。頻譜共享的方式下，次用戶需要在一定條件下與主用戶共享頻譜，一般會涉及多個行業、多個業務之間的共享使用問題。最后，應充分考慮共享頻段國際協調統一。從國際市場競爭的角度考慮，頻譜共享不僅涉及國家內部的規劃問題，還涉及國際上各個國家的協調統一。互操作性、漫游、頻譜效率以及邊境頻率協調等問題，都需要國際協調一致，在國際范圍內共同促進頻譜有效利用。

相比傳統頻率規劃，動態頻譜規劃方式更加復雜，從傳統頻率切割走向空間、時間、頻率三維的統籌規劃，根據用戶的優先權特性，建立不同層級的技術和政策要求。同時，考慮不同層級用戶間在使用、共存之間的關聯性，確定合適的法規。在實踐中，可以選擇合適的頻段，設計動態頻率規劃方案，開展技術試驗試點，逐步完善規劃的方法和思路。

5.3 頻譜動態分配

與傳統頻譜管理方式的單系統靜態獨享分配模式不同，頻譜共享在時間和空間上動態使用沒有被充分利用的頻譜資源。實施頻譜共享，需要對頻譜分配方式進行創新式管理。首先，分配方式從零散窄帶分配向動態連續寬帶分配轉變。這要求頻譜分配時，避免條塊化頻帶分割，對各系統頻率使用的相關性、兼容性等進行統籌考慮和動態調整，優化網絡的整體性能。其次，需要對多級用戶進行管理。傳統的獨占授權使用或免執照使用方式，轉變為獨占、共享、免執照使用相融合的方式。同一頻段將存在多種業務、多種使用方式的用戶，這就需要建立全面、完善、智能的多級用戶頻譜接入管理系統。通過實時掌握頻譜使用情況和用戶需求，實現動態的頻譜分配和用戶管理，保證各級用戶的使用權限。另外，頻譜使用授權方式將發生很大改變。頻譜共享使用的短期性特點，使其授權方式將與傳統的長期性獨占授權具有很大區別。為適應共享使用中頻譜牌照類型的多樣化，需對授權方式進行改進。根據業務使用特征、經濟條件、競爭能力等，設置合理的牌照管理模式，從多個維度對頻譜使用進行動態授權。

動態頻譜分配不同于原有固定分配，它根據先驗信息的動態調整使用頻率。因此，獲取頻譜使用信息是進行頻譜動態分配的基礎，目前國際主流的信息獲取方法有感知數據庫和頻譜檢測兩種。在實際網絡部署中，需根據業務使用特性，從頻率分配顆粒度、分配最大帶寬等角度，統籌考慮系統間、系統內、用戶間的多級資源調整問題，構建包含傳感器網絡和動態頻率數據庫在內的頻譜共享接入管理系統，實現資源高效、合理的動態分配。

5.4 頻譜使用監管

頻率使用評估、無線電監測和臺站管理是頻譜使用監管的重要組成部分，不但能夠為尋找頻譜共享可用頻段提供依據，還能為動態頻譜分配提供指導。頻譜共享的引入，對監管方式提出了很大挑戰。在頻譜使用評估方面，由于頻譜共享引入了大量無線電新技術，改變了傳統的頻譜使用模式，從多個維度對頻譜進行了重復利用，需要建立新的頻譜效率度量方法，統籌考慮通信容量、覆蓋范圍、干擾級別、傳輸時間、帶寬等因素，衡量頻譜的實際使用效率。同時，還應從工程實現、經濟效益、社會效益等多個方面對頻譜共享進行全面評估。在無線電監測方面，對于傳統通信系統而言，其對頻譜使用需符合國家頻率劃分和規劃要求，因此，無論是針對特定業務還是特定頻段進行監測，符合占用情況均有規律可循。動態占用頻譜的方式將使電磁環境更加復雜，無線電監測必須考慮多種信號影響，勢必將加大監測工作難度，對無線電信號監測性能、信號識別能力、干擾查找都提出了更多的挑戰。在臺站管理方面，采用動態頻譜共享方式，會引入新型管理數據庫，需與現有臺站庫進行數據交換。因此在數據接口、鑒權等方面應慎重考慮。另外，在臺站類型設置、頻率占用收費等方面也將發生改變。

無線電管理是涉及頻率規劃、頻率監測、臺站管理、頻率評估多方面的閉環管理，而動態頻譜共享更是上述幾個方面統一的重要體現，不僅需要提升每個環節的水平，還需要加強環節之間的溝通和數據交匯，實現有機融合。此外，還應建立一套合理完善的動態分配回收機制，監測頻譜共享中各級用戶的接入使用情況，一旦發現對其他用戶產生干擾或利用率不達標等情況，就對頻譜回收再分配，達到最大化頻譜利用率的目標。

6 結束語

在無線電頻譜需求日趨增長、頻譜資源日益緊張的背景下，動態頻譜共享管理模式應運而生。無線電技術迅猛發展，為頻譜共享的實現提供了環境基礎。目前，歐美國家已經在共享概念、共享框架、使用原則、實施步驟、技術手段等方面引領了頻譜共享管理模式的發展。面對新形勢，我國應緊跟國際發展趨勢，積極開展頻譜共享體系研究，建立適合我國的頻譜共享管理機制。同時，著手頻譜清查和審計工作，利用頻譜數據庫和監測網，對數據進行全面收集和分析，為動態頻譜共享尋找可用資源，推進我國頻譜資源的統籌規劃。另外，還應加速推動頻譜資源市場化，順應市場發展的潮流和趨勢，建立頻譜使用授權新機制，通過競爭機制促進頻譜資源的高效利用。

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［8］White Space Devices（WSD）；Wireless Access Systems operating in the 470 MHz to 790 MHz frequency band；Harmonised EN Covering the Essential Requirements of Article 3.2 of the Ramp;TTE Directive：ETSI EN 301 598［S］.2014.

［9］Qualcomm and NSN.Authorised shared access-an evolutionary spectrum authorization scheme for sustainable economic growth and consumer benefit［Z/OL］.Presentation at the 72nd Meeting of the WG FM，CEPT，Doc.FM（11）116，2011.［2016-01-12］.http：/www.cept.org/Documents/cg-crs/363/CGCRS（11）07_Presenta tion-of-ASA-concept-（FM（11）116-Attachment）

［10］RSPG of European Commission.Report on Collective Use of Spectrum（CUS）and Other Spectrum Sharing Approaches：RSPG11-392［R］.2011.

［11］ECC Report 205.Licensed Shared Access（LSA）［R］.2014.

［12］European Commission.Promoting the Shared Use of Radio Spectrum Resources in the Internal Market：COM（2012）478［R］.2012.

［13］RSPG of European Commission.RSPG Opinion on Licensed Shared Access：RSPG13-538［R］.2013.

［14］NSN.NSN demonstrates world’s first authorized shared access field trial with TD-LTE spectrum［Z］.2013.

［15］NTIA.An AssessmentoftheNear-Term Viabilityof Accommodating Wireless Broadband Systems in the 1675-1710 MHz，1755-1780MHz，3500-3650MHz，and4200-4220MHz，4380 MHz-4400 MHz Bands［R］.2010.

［16］PCAST.Realizing the Full Potential of Government-Held Spectrum to Spur Economic Growth：Report to the President［R］.2012.

［17］FCC.Amendment of the Commissionˊs Rules with Regard to Commercial Operations in the 3 550-3 650 MHz Band：Report and Order and Second Further Notice of Proposed Rulemaking：FCC 15-47［S］.2015.

［18］NTIA.3.5 GHz Exclusion Zone Analyses and Methodology：NTIA Report 15-517［R］.2015.

［19］黃標，李景春，譚海峰，等.認知無線電及頻譜管理［M］.北京：人民郵電出版社，2014.HUANG B，LI J C，TAN H F，et al.Cognitive Radio and Spectrum Managment［M］.Beijing：Posts and Telecom Press，2014.

［20］王興軍，程云笛，黃星煜，等.聚焦“白頻譜”：國外的管理法案與標準概覽［J］.電視技術，2014，38（17）：47-53，71.WANG X J，CHENG Y D，HUANG X Y，et al.Focus on“White Space”：overview of foreign management legislation and standards［J］.Video Engineering，2014，38（17）：47-53，71.

Review and prospect on the research of dynam ic spectrum sharing

FENG Yan，SUN Hao，XU Ying，FANG Jian
State Radio Monitoring Center，Beijing 100037，China

As one of the most efficient ways to alleviate the problem of spectrum scarcity，dynamic spectrum sharing has drawn worldwide attention.Firstly，the concept of dynamic spectrum sharing was briefly introduced.Next，from the aspects of rulemaking，standardization and application，the international development of dynamic spectrum sharing was fully investigated.Finally，based on the current situation of radio management，the impact and challenges on frequency management，radio station management and radio monitoring were analyzed.

dynamic spectrum sharing，cognitive radio，white space，efficient utilization

The National Science and Technology Major Project（No.2014ZX03001027）

TN929.5

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016062

2015-11-02；

2015-12-16

許穎，xuying@srrc.org.cn

國家科技重大專項基金資助項目（No.2014ZX03001027）

馮巖（1984-），女，國家無線電監測中心工程師，主要從事無線電新技術、頻譜管理、無線電管理數據庫等方面的研究工作，參與國家科技重大專項、“863”計劃等多個科研項目。

孫浩（1984-），男，國家無線電監測中心工程師，主要從事無線電監測、無線電安全、頻譜管理等方面的研究工作。

許穎（1987-），女，國家無線電監測中心工程師，主要從事頻譜管理新方法、頻譜共享技術及頻譜價值評估等方面的研究工作，參與多個國家級科技項目，已發表學術論文10余篇。

方箭（1986-），男，國家無線電監測中心高級工程師，中國通信標準化協會科學頻率組副組長，主要從事無線電頻譜規劃、系統間電磁兼容分析、認知無線電等方面的研究工作，發表學術論文30余篇，曾獲中國通信標準化協會科學技術獎一等獎、二等獎、三等獎各1項，獲中國通信學會科學技術獎二等獎1項。