無線通信頻譜共享技術專利分析

摘 要：頻譜是無線通信領域中重要的戰略性資源，是信息化和工業化深度融合的重要載體，目前由各個國家統一管理和授權使用。有限的可用頻譜和低的頻譜資源利用率決定了急需一種新的通信方式。頻譜共享技術的出現為解決頻譜資源不足、實現頻譜動態管理及提高頻譜利用率開創了新的局面。本文針對截止2017年2月底國內有關動態頻譜共享技術的專利申請情況進行分析，進一步地，從申請的年度分布、申請人、相關技術分支等方面進行分析，以幫助業界了解未來一段時間動態頻譜共享領域的技術與市場生存狀況。

關鍵詞：頻譜；無線通信；專利申請

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.135

1 引言

隨著移動互聯網應用和智能終端的迅猛發展，圍繞3G/4G移動智能終端的大眾化消費型應用，物聯網和寬帶接入網的企業級商務型應用，以及智能城市的公益性應用等，使得隨時隨地的寬帶無線服務成為廣大用戶的迫切需求。信息量的急劇增長，引發了頻譜資源供應緊張。當前無線頻譜利用中最突出的問題是部分頻段的頻譜沒有得到充分的利用。

我國科技部也于2009年4月啟動了863重點項目“頻譜資源共享無線通信系統”，并于2012年10月成功研制了中國首個動態頻譜共享無線通信實驗系統。為推動我國頻譜共享無線通信的標準化和應用，在新一代無線通信的競爭中搶占制高點奠定了基礎。

2 頻譜共享技術的研究方向及劃分

頻譜共享技術是認知無線電網絡中的重要技術，是機會式頻譜利用的核心。通過頻譜共享能夠對不可再生的頻譜資源實現再利用，有效解決頻譜稀缺和利用率底下的問題。頻譜共享可看作是媒體接入控制（MAC）層的問題，它的研究包括頻譜共享的方式與策略設計，涉及到協議棧中多層協議之間的協調工作，并且與網絡結構和控制方式有關。頻譜共享可以從結構及控制方式、分配行為、接入技術三個角度進行劃分：

從網絡結構上看，頻譜共享分為集中式和分布式。集中式有中心實體控制頻譜分配和接入過程，通常檢測過程是分布式的，網絡中的每個實體將他們的測量參數傳送到中心實體，中心實體建立頻譜分配圖。而分布式結構，各節點基于本地觀測確定頻譜分配和接入。

從用戶行為上，頻譜共享分為合作式和非合作式。合作式共享需要考慮節點通信對其他節點的影響，換句話說，各節點之間要共享每個節點的干擾測量參數，所有的集中式共享均可看作是合作的，當然也存在分布式的合作共享，該方式強調系統整體的有效性，但為了共享相鄰用戶頻繁交換的協作信息，需要公共的協議協議和通信鏈路，會增加系統的復雜性和額外開銷。非合作式共享各節點具有自私特性，只考慮自身的利益，根據自己的信息和策略進行頻譜資源管理，這種方式在頻譜占用率和最小通信需求之間取得折中。

從接入方式上看，可分為填充式和下墊式，進而可以產生三種方案：（1）避免干擾的填充式方案；（2）基于下墊式的擴展頻譜技術；（3）混合方案。研究表明，當用戶知道全部的系統信息時，填充式方案在傳輸中斷概率方面比下墊式方案好，中斷概率低，但是混合方案效果更佳；在部分系統信息時，混合方案優勢更明顯。在完全沒有系統信息時，下墊式方案是最優選擇方案。

3 頻譜共享技術的專利申請分析

本文對國內有關頻譜共享技術的專利申請進行分析，以反應國內目前的頻譜共享技術的專利分布情況。截至2017年2月底，在中文專利數據庫中檢索到涉及頻譜共享的專利申請達到1313件。

統計的數據顯示，我國在2006年之前，頻譜共享技術相關的專利申請還比較少，從2006開始逐年遞增，尤其是2012年和2013年的申請量漲幅較大。由此可見，我國的共享頻譜技術在迅猛地發展。

進一步地，本文還對國內主要申請人的申請量情況進行了統計。從統計結果可以看出，北京郵電大學是頻譜共享領域申請量最大的公司。另外，在頻譜共享領域，高校和科研機構的申請占比覆蓋較大，比如哈爾濱工業大學、西安電子科技大學、南京郵電大學、電子科技大學等機構的申請都排名較靠前。

目前國內認知無線電頻譜共享相關技術的研究重點集中在高校及科研機構內，這是前沿技術在國內的發展的常規趨勢。經檢索相關資料發現，國內高校及科研機構2006年起開始提出相關課題，在2007～2009年發展緩慢，研究熱點集中在結合各種理論算法的頻譜共享方法；2010～2014年進入快速增長期，研究熱點也從頻譜共享算法延伸到不同實際應用場景下的頻譜共享策略，如基于智能天線、準靜態場景、極化信息處理、可變帶寬、OFDM等；2015年至今關于頻譜共享的研究趨于平穩，研究熱點進一步深入，不僅進一步完成了對現有算法的改進機制，同時提出了一系列基于用戶檢測能力、網絡空間映射、干擾抑制等與頻譜共享緊密相關課題研究及專利申請。

另外，國內大型通信企業華為、中興等也在頻譜共享技術領域進行了國內和海外的專利布局，如華為在2006年首次提出了包含中繼站情況下的無線資源控制層進行的頻譜共享協商，繼而相繼提出了涉及不同應用場景的頻譜共享方法，如上行頻譜共享、共享小區、OFDM、協作鏈路等；中興在2007年首次提出了不同小區中多OFDM的頻譜共享方法，后續又提出了一系列的實際場景應用下的頻譜共享策略，如不同基站間頻譜交換、GSM/LTE共享頻譜方法、基于信道狀態表示的動態頻譜共享、非授權頻譜共享等。可見，企業專利申請較高校及科研機構來說，更側重于實際網絡應用環境，且與5G通信相關技術的交叉融合更為密切。

4 結語

無線通信頻譜共享技術可以利用大多數的頻譜資源，包括移動通信、廣播電視等所使用的頻段，它體現了通信技術從網絡化向智能化的發展，是認知無線電的功能得以實現的基礎。近年來，為了解決無線頻譜資源緊張的問題，提出了鏈路自適應技術、OFDM技術、多輸入多輸出技術和超寬帶技術。目前，很多研究將CR技術與這些技術相結合，旨在進一步提高頻譜利用率和頻譜管理的靈活性。總之，無線通信頻譜共享技術從理論到普及還有很漫長的路，有待科研工作者深入探索。

作者簡介：樓芃雯（1988-），女，河南南陽人，工學碩士，研究方向：無線通信。