未來(lái)移動(dòng)通信頻譜兼容共存研究方法淺析

王坦　丁家昕　許穎

【摘? 要】首先，基于未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展愿景，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域頻譜動(dòng)態(tài)進(jìn)行了概述。其次，闡述了頻譜兼容共存研究的基本含義和分析方法，包括確定性計(jì)算、仿真分析和測(cè)試等環(huán)節(jié)。最后，選取了部分典型案例對(duì)尋找頻譜兼容共存的邊界和技術(shù)手段進(jìn)行了分析，還對(duì)頻譜動(dòng)態(tài)共享進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)通信;頻譜;兼容共存研究

0? ?引言

移動(dòng)通信賴(lài)以生存與發(fā)展的根本——無(wú)線電頻譜資源是有限、寶貴的國(guó)家資源。面對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)承載能力要求不斷提高的趨勢(shì)，尋找可用、好用的頻譜資源愈加困難。“兵馬未動(dòng)，糧草先行”，頻譜研究是移動(dòng)通信可持續(xù)發(fā)展需開(kāi)展的首要工作之一。其中，開(kāi)展頻譜兼容共存研究，尋找業(yè)務(wù)間共用的技術(shù)邊界，是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

1? ?移動(dòng)通信相關(guān)領(lǐng)域頻譜動(dòng)態(tài)背景概述

當(dāng)前，在傳統(tǒng)4G移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，物聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)是5G重點(diǎn)拓展的領(lǐng)域[1]。不難想象，在真正實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)的更遠(yuǎn)未來(lái)，人與人、人與物、物與物的連接將打破行業(yè)、空間等單一領(lǐng)域的界限，無(wú)線通信對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的滲透力度將更加空前。本節(jié)結(jié)合未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展愿景[2-3]，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的頻譜動(dòng)態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)要梳理。

在公眾通信方面，4G（IMT-Advanced）、5G（IMT-2020）等技術(shù)是全球應(yīng)用最為普及的移動(dòng)通信技術(shù)。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）為國(guó)際移動(dòng)通信系統(tǒng)（IMT）的頻譜研究做出了不懈努力。自1992年至今，ITU為IMT研究過(guò)十余個(gè)頻段，其中有的在全球范圍內(nèi)達(dá)成了一致，如普遍使用的800 MHz/900 MHz、1.8 GHz、2.6 GHz、3.5 GHz等頻段[4]。

專(zhuān)網(wǎng)通信也是未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的重要內(nèi)容[3]。在公共服務(wù)方面，有800 MHz數(shù)字集群、1.4 GHz/1.8 GHz專(zhuān)網(wǎng)等提供指揮調(diào)度、工作和應(yīng)急通信[5]。在智能交通方面，2019年ITU首次為智能交通系統(tǒng)建議了5 850 MHz—5 925 MHz頻段，對(duì)發(fā)展車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、設(shè)備和服務(wù)發(fā)揮了重要的推動(dòng)作用。近年來(lái)，ITU還為列車(chē)與軌旁間鐵路無(wú)線電通信系統(tǒng)持續(xù)開(kāi)展著頻率研究[6]，以滿足未來(lái)鐵路車(chē)地通信各類(lèi)應(yīng)用的發(fā)展需求。作為專(zhuān)用通信的重要領(lǐng)域，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)全領(lǐng)域、全產(chǎn)業(yè)鏈、全價(jià)值鏈中的融合集成應(yīng)用，是支撐智能制造的綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施。例如以NB-IoT、eMTC為代表的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，具有低功耗、廣覆蓋、大連接等特點(diǎn)，以滿足工廠間的無(wú)線通信等[7]。此外，基于5G網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)也已逐漸部署[8]，用于工廠內(nèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)采集、AGV通信和控制、機(jī)器視覺(jué)質(zhì)檢和工廠外的設(shè)備遠(yuǎn)程遙控、遠(yuǎn)程巡檢、數(shù)據(jù)采集分析等。

空天地海一體化是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)愿景的重要目標(biāo)[3]，其中衛(wèi)星通信是實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋最重要的手段之一。在ITU框架下，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)大體分為衛(wèi)星固定和衛(wèi)星移動(dòng)兩類(lèi)。衛(wèi)星固定主要使用C、Ku、Ka等頻段，傳輸帶寬大、速率高，可固定傳輸視頻等寬帶信息;衛(wèi)星移動(dòng)主要使用L、S等頻段，傳輸帶寬小、速率低、可移動(dòng)傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)等窄帶信息。近年來(lái)，衛(wèi)星動(dòng)中通（ESIM）和非靜止軌道衛(wèi)星（NGSO）星座（或衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)）為代表的衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展十分迅速，是空地移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)未來(lái)融合發(fā)展的重要途徑[9]。此外，高空平臺(tái)（HAPS）作為偏遠(yuǎn)、惡劣地形條件或應(yīng)急地區(qū)開(kāi)展大容量通信服務(wù)的手段之一，兼具通信范圍大、時(shí)延低的特點(diǎn)，也受到了廣泛關(guān)注。ITU近年來(lái)為HAPS在全球或部分地區(qū)開(kāi)展了多個(gè)頻段的研究，如39 GHz/47 GHz等[10]。

短距離通信技術(shù)重在解決通信最后的十幾米到幾厘米的問(wèn)題，也是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的組成部分，如使用2.4 GHz、5.8 GHz、60 GHz的無(wú)線局域網(wǎng)以及藍(lán)牙、ZigBee、RFID、NFC等。此外，太赫茲的引入也將為短距離極高容量的通信開(kāi)辟新的頻譜領(lǐng)域[11]。

2? ?頻譜兼容共存研究的基本含義

隨著萬(wàn)物互聯(lián)的加速到來(lái)，頻譜供需矛盾不斷加劇，各種電子信息系統(tǒng)釋放的高密度、高強(qiáng)度、多頻段的電磁波使得我們身邊的電磁環(huán)境日趨復(fù)雜。為確保各種無(wú)線電系統(tǒng)兼容共存，關(guān)鍵手段是通過(guò)開(kāi)展相應(yīng)的技術(shù)分析，尋找系統(tǒng)間頻譜使用的“邊界條件”。

2.1? “頻譜空間”的概念

在ITU框架下，任何一個(gè)無(wú)線電設(shè)備，不論發(fā)射還是接收，其正常工作都會(huì)占據(jù)一定的時(shí)域、頻域、空域等“頻譜空間”（在通信體制上還可進(jìn)一步包括碼域等），進(jìn)而對(duì)其它無(wú)線電設(shè)備的使用進(jìn)行限制[12]。例如一個(gè)發(fā)射機(jī)的正常發(fā)射，將可能導(dǎo)致在同一時(shí)間、頻點(diǎn)、地點(diǎn)的其它不相關(guān)的接收機(jī)無(wú)法正常接收;反之，一個(gè)接收機(jī)的正常接收，將要求其它不相關(guān)的發(fā)射機(jī)不能在同一時(shí)間、頻點(diǎn)、地點(diǎn)正常發(fā)射。頻譜工程等頻譜技術(shù)工作的本質(zhì)目標(biāo)就是尋找無(wú)線電設(shè)備、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)之間使用頻率的“邊界條件”，使各類(lèi)用戶合理、公平、高效地利用頻譜資源。否則，由于各類(lèi)用戶間沒(méi)有信息的實(shí)時(shí)交互，未經(jīng)協(xié)商的使用可能導(dǎo)致有害干擾的產(chǎn)生。

2.2? 干擾的定義和分類(lèi)

根據(jù)我國(guó)相關(guān)文件定義[13]：干擾是指由于一種或多種發(fā)射、輻射、感應(yīng)或其組合所產(chǎn)生的無(wú)用能量對(duì)無(wú)線電通信系統(tǒng)的接收產(chǎn)生的影響，其表現(xiàn)為性能下降、誤解或信息丟失。當(dāng)觀測(cè)到或預(yù)測(cè)的干擾符合國(guó)家或國(guó)際上規(guī)定的干擾允許值和共用標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)之為允許干擾;當(dāng)干擾電平雖高于規(guī)定的允許干擾標(biāo)準(zhǔn)，但經(jīng)兩個(gè)或兩個(gè)以上主管部門(mén)協(xié)商同意，且不損害其他主管部門(mén)利益時(shí)，稱(chēng)之為可接受干擾;而當(dāng)干擾危害無(wú)線電導(dǎo)航或其他安全業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，或嚴(yán)重地?fù)p害、阻礙、或一再阻斷按規(guī)定正常開(kāi)展的無(wú)線電通信業(yè)務(wù)，則稱(chēng)之為有害干擾。

（1）無(wú)用發(fā)射

無(wú)用發(fā)射又分為帶外發(fā)射和雜散發(fā)射。

帶外發(fā)射是由調(diào)制過(guò)程產(chǎn)生，剛超出必要帶寬的一個(gè)或多個(gè)頻率上的發(fā)射（除去雜散發(fā)射）。帶外發(fā)射會(huì)造成鄰頻干擾，即干擾系統(tǒng)鄰頻泄露功率落入到受擾系統(tǒng)接收機(jī)接收范圍之內(nèi)，引起接收機(jī)性能下降。

雜散發(fā)射是在必要帶寬之外的一個(gè)或多個(gè)頻率上的發(fā)射，包括諧波發(fā)射、寄生發(fā)射、互調(diào)產(chǎn)物及變頻產(chǎn)物（除去帶外發(fā)射）。雜散干擾是由發(fā)射機(jī)的雜散輻射特性所引起的，在遠(yuǎn)離工作頻段的很寬的一個(gè)頻率范圍之內(nèi)都存在這種輻射功率并會(huì)落入到受擾系統(tǒng)接收機(jī)的接收頻段內(nèi)。

（2）阻塞干擾

在接收功率超過(guò)接收機(jī)動(dòng)態(tài)允許的最大功率范圍的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)飽和阻塞。阻塞會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法正常工作，長(zhǎng)時(shí)間的阻塞還可能造成接收機(jī)的永久性能下降。

當(dāng)一個(gè)強(qiáng)干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)前端的低噪放時(shí)，可能會(huì)將放大器推入到非線性區(qū)，導(dǎo)致放大器對(duì)有用的微弱信號(hào)的放大倍數(shù)降低，甚至完全抑制，從而嚴(yán)重影響接收機(jī)對(duì)弱信號(hào)的放大能力，影響系統(tǒng)的正常工作。

（3）互調(diào)干擾

當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上頻率的射頻信號(hào)功率同時(shí)出現(xiàn)在無(wú)源射頻器件中，就會(huì)產(chǎn)生無(wú)源互調(diào)產(chǎn)物，通常由兩個(gè)射頻信號(hào)的三階和更高階的信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻所產(chǎn)生。互調(diào)產(chǎn)物可能恰好落在受擾系統(tǒng)接收機(jī)的接收頻段范圍，進(jìn)而產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時(shí)可能使接收機(jī)無(wú)法正常工作。

2.3? 兼容共存研究的一般流程

開(kāi)展兼容共存研究大體分為三個(gè)步驟：一是獲取系統(tǒng)用頻參數(shù)和干擾保護(hù)準(zhǔn)則;二是結(jié)合系統(tǒng)部署場(chǎng)景，構(gòu)建干擾分析場(chǎng)景、機(jī)理和模型;三是按照兼容共存分析方法開(kāi)展分析。其中，分析方法將在下一節(jié)重點(diǎn)介紹。

在ITU框架下，各類(lèi)無(wú)線電業(yè)務(wù)典型系統(tǒng)的技術(shù)和操作特性通常均有相應(yīng)的建議書(shū)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)），可在此基礎(chǔ)上結(jié)合待分析系統(tǒng)的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，ITU各研究組根據(jù)分工開(kāi)展系統(tǒng)間兼容共存研究，有很多歷史研究案例均以建議書(shū)或報(bào)告書(shū)的方式留存。表1給出了ITU現(xiàn)有研究組的主要分工以及對(duì)應(yīng)的建議書(shū)。

因此，在ITU框架下開(kāi)展兼容共存研究，一般可參照?qǐng)D1所示的流程。

3? ? 頻譜兼容共存分析方法

3.1? 確定性計(jì)算

確定性計(jì)算通常是通過(guò)分析單條干擾鏈路上的干擾情況來(lái)評(píng)估外來(lái)干擾對(duì)本系統(tǒng)的影響。在計(jì)算中一般選取干擾最為嚴(yán)重的場(chǎng)景來(lái)進(jìn)行評(píng)估，給出共存所需的隔離度，進(jìn)而得出共存結(jié)論。基本思路可通過(guò)如下公式表示：

PTdB+GTdB-LTdB-ISOLATIONdB-LRdB+GRdB≤Imax? ?（1）

其中：PTdB代表發(fā)射機(jī)功率，單位為dBm;

GTdB/GRdB代表發(fā)射機(jī)/接收機(jī)天線增益，單位為dBi;

LTdB/LRdB代表發(fā)射機(jī)/接收機(jī)其他損耗，如基站側(cè)的饋線損耗，終端側(cè)的身體損耗等，單位為dB;

Imax代表接收機(jī)所允許的最大外來(lái)干擾功率，單位為dBm。

ISOLATIONdB代表系統(tǒng)間隔離度，可以通過(guò)如下公式表示：

ISOLATIONdB=PLdB（d）+ACIRdB （2）

上式中的PLdB（d）代表傳播路徑損耗，與收發(fā)信機(jī)間的隔離距離d相關(guān);ACIRdB代表鄰道泄露比，與兩系統(tǒng)間的頻率間隔和收發(fā)信機(jī)的射頻特性相關(guān)。由該公式可以看出隔離度主要由空間隔離（傳播損耗）和頻率隔離（ACIR）共同決定。既可以單獨(dú)通過(guò)空間隔離或頻率隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以由二者組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，還可通過(guò)添加額外濾波器等射頻器件，在收發(fā)信機(jī)端設(shè)置屏蔽罩等方式增加額外的隔離度。

3.2? 仿真分析

仿真分析通常分為鏈路級(jí)仿真和系統(tǒng)級(jí)仿真。其中鏈路級(jí)仿真以獲得受擾系統(tǒng)的抗干擾特性和干擾保護(hù)準(zhǔn)則（如射頻保護(hù)比曲線、信干比等）為目標(biāo)。系統(tǒng)級(jí)仿真則是仿真系統(tǒng)整體運(yùn)行情況下可能受到干擾的情況。通常，兩者的基本流程如圖2所示。

系統(tǒng)級(jí)仿真又可分為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和半動(dòng)態(tài)方法。其中，靜態(tài)方法是基于蒙特卡羅（Monte Carlo）原理，將整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間劃分成若干個(gè)間隔，每?jī)蓚€(gè)間隔之間為一個(gè)抓拍取樣時(shí)刻，將所有抓拍時(shí)刻的取樣結(jié)果進(jìn)行記錄，用統(tǒng)計(jì)方法加以分析產(chǎn)生所需要的結(jié)果。動(dòng)態(tài)方法是以極小的時(shí)間間隔進(jìn)行連續(xù)時(shí)間仿真，并考慮網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率控制、調(diào)制編碼方式、移動(dòng)性等因素，使得相關(guān)參數(shù)的設(shè)定盡量與真實(shí)系統(tǒng)一致，更接近未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況。

靜態(tài)方法的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的仿真效率，但可能忽略了事件和信道的時(shí)變特性。而動(dòng)態(tài)方法的優(yōu)點(diǎn)是精細(xì)地反映系統(tǒng)性能，但復(fù)雜度較高。半動(dòng)態(tài)方法是在靜態(tài)方法的基礎(chǔ)上增加用戶移動(dòng)等條件，在仿真流程上兼顧動(dòng)態(tài)方法的準(zhǔn)確以及靜態(tài)仿真的效率。為此，需要對(duì)部分動(dòng)態(tài)輸出指標(biāo)進(jìn)行預(yù)仿真，輸出相關(guān)的仿真統(tǒng)計(jì)量，通過(guò)接口查詢等方式提高效率。

3.3? 半實(shí)物仿真測(cè)試（或內(nèi)場(chǎng)測(cè)試）

考慮到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及設(shè)備的某些技術(shù)特性很難進(jìn)行精確建模，因此在實(shí)際測(cè)試之前或不具備實(shí)際測(cè)試條件時(shí)，可開(kāi)展半實(shí)物仿真測(cè)試（或內(nèi)場(chǎng)測(cè)試）。半實(shí)物仿真又稱(chēng)為硬件在回路中的仿真（Hardware in the Loop Simulation），是指在仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的回路中接入部分實(shí)物的實(shí)時(shí)仿真，從而使部件能在滿足系統(tǒng)整體性能指標(biāo)的環(huán)境中得到檢驗(yàn)。例如，LTE和雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行兼容共存半實(shí)物仿真的分析示例如圖3所示：

3.4? 外場(chǎng)測(cè)試

外場(chǎng)測(cè)試是兼容共存技術(shù)分析最終的測(cè)試驗(yàn)證環(huán)節(jié)，具有重要意義。外場(chǎng)測(cè)試通常在真實(shí)環(huán)境下選取典型區(qū)域，通過(guò)架設(shè)真實(shí)設(shè)備或直接采用在用設(shè)備，分析系統(tǒng)間干擾情況。圖4給出了IMT系統(tǒng)干擾衛(wèi)星地球站的外場(chǎng)測(cè)試場(chǎng)景。

4? ?典型案例介紹

根據(jù)系統(tǒng)在空間所處位置和干擾發(fā)生的方向，大致可將頻譜兼容共存研究分為以下四類(lèi)：

（1）地對(duì)地：如IMT基站、衛(wèi)星地球站、固定微波、廣播電臺(tái)等地面電臺(tái)間的干擾。

（2）空對(duì)空：如飛機(jī)、低軌衛(wèi)星、靜止軌道衛(wèi)星、HAPS等空中電臺(tái)間的干擾。

（3）地對(duì)空：地面電臺(tái)對(duì)空中電臺(tái)的干擾。

（4）空對(duì)地：空中電臺(tái)對(duì)地面電臺(tái)的干擾。

本節(jié)選取兩項(xiàng)具體案例，對(duì)兼容共存研究進(jìn)行進(jìn)一步闡述。考慮到未來(lái)移動(dòng)通信空天地一體化發(fā)展的趨勢(shì)，本節(jié)重點(diǎn)選取地面移動(dòng)通信與衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的干擾分析案例。其中前者是IMT基站鄰頻集總干擾衛(wèi)星地球站的典型場(chǎng)景，后者選取地面LTE-V2X車(chē)載單元集總干擾同頻、鄰頻衛(wèi)星空間站接收的典型場(chǎng)景。

4.1? IMT基站鄰頻集總干擾衛(wèi)星地球站

第一步：確定系統(tǒng)參數(shù)與保護(hù)要求。其中，IMT參數(shù)來(lái)自ITU-R報(bào)告M.2292（部署參數(shù)）、建議書(shū)M.2101（天線模型）等（如無(wú)特殊指出，下文文獻(xiàn)均出自ITU-R）;衛(wèi)星參數(shù)來(lái)自建議書(shū)S.465/S.580（天線）、S.1432（保護(hù)要求）等，傳播模型為建議書(shū)P.452（地-地模型）和P.2108（地物損耗）。

第二步：構(gòu)建干擾分析場(chǎng)景、機(jī)理和模型。干擾場(chǎng)景如圖5所示。近鄰頻工作，可能產(chǎn)生無(wú)用發(fā)射干擾或阻塞干擾。

第三步：開(kāi)展兼容共存分析。在確定性計(jì)算中，使5G基站主瓣水平朝向衛(wèi)星地球站接收天線主瓣，分析最?lèi)毫忧闆r。在仿真分析中，參照上述干擾場(chǎng)景，仿真得到隔離度要求。在測(cè)試分析中，參照?qǐng)D4方式開(kāi)展實(shí)際測(cè)試工作，驗(yàn)證仿真工作結(jié)論。

最終，根據(jù)兼容共存研究結(jié)論提出技術(shù)建議。如需一定隔離度，可據(jù)此提出保護(hù)距離、頻率保護(hù)帶、IMT系統(tǒng)帶外泄露抑制或衛(wèi)星地球站接收機(jī)鄰道選擇性優(yōu)化、兩系統(tǒng)天線朝向規(guī)避等建議，或者其它工程手段建議（如為地球站加裝屏蔽網(wǎng)等）。

4.2 地面LTE-V2X車(chē)載單元集總干擾衛(wèi)星空間站接收

第一步：確定系統(tǒng)參數(shù)與保護(hù)要求。其中，V2X參數(shù)來(lái)自3GPP TR 38.901 LTE-V2X，衛(wèi)星參數(shù)來(lái)自建議書(shū)S.465/S.580（天線）、S.1432（保護(hù)要求），傳播模型來(lái)自建議書(shū)P.619（地-空模型）和P.452（地物損耗）。

第二步：構(gòu)建干擾分析場(chǎng)景、機(jī)理和模型（干擾場(chǎng)景如圖6所示），考慮同頻和鄰頻干擾。

第三步：開(kāi)展兼容共存分析。在確定性計(jì)算中，考慮不同地理位置單個(gè)LTE-V2X發(fā)射機(jī)干擾不同軌位的衛(wèi)星空間電臺(tái)，分析最?lèi)毫忧闆r（通常難以干擾）。在仿真分析中，評(píng)估在車(chē)聯(lián)網(wǎng)不同發(fā)展階段（對(duì)應(yīng)不同的LTE-V2X設(shè)備裝車(chē)率）產(chǎn)生的集總干擾對(duì)不同軌位的衛(wèi)星空間電臺(tái)的影響，得到隔離度要求。該類(lèi)集總干擾場(chǎng)景通常難以開(kāi)展實(shí)測(cè)。

最終，綜合考慮同頻、鄰頻隔離度要求，提出LTE-V2X設(shè)備射頻技術(shù)要求，如仍無(wú)法滿足同頻隔離度要求，再考慮其他非技術(shù)手段。

5? ?頻譜動(dòng)態(tài)共享技術(shù)

上文提到兼容共存研究與實(shí)踐側(cè)重尋找系統(tǒng)間共用的靜態(tài)條件，此外，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)還可能需要利用頻譜動(dòng)態(tài)共享技術(shù)，以更好地發(fā)揮現(xiàn)有頻譜的使用效率。

上世紀(jì)末的認(rèn)知無(wú)線電（CR）思想提出了認(rèn)知通信設(shè)備具有學(xué)習(xí)能力，感知和利用在該空間的可用頻譜。CR的提出為頻譜共享奠定了理論與技術(shù)基礎(chǔ)，然而受限于認(rèn)知用戶與現(xiàn)有用戶間難以建立實(shí)時(shí)的信息交互機(jī)制和信任機(jī)制，CR至今仍未真正意義上實(shí)現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。一些國(guó)家在2010年前后針對(duì)廣播電視頻段“白頻譜”開(kāi)展了研究與實(shí)踐，最終采用了基于數(shù)據(jù)庫(kù)（上報(bào)、查庫(kù)、計(jì)算、授權(quán)）而非認(rèn)知的技術(shù)，在700 MHz實(shí)現(xiàn)其它通信設(shè)備與廣播電視業(yè)務(wù)的共享接入。美國(guó)2015年在3.5 GHz頻段提出了公眾無(wú)線寬帶服務(wù)（CBRS），擬通過(guò)集中的頻譜接入技術(shù)以提高頻譜使用效率[14]。

當(dāng)前，以區(qū)塊鏈技術(shù)提高頻譜資源配置和使用實(shí)效，逐漸引起了全球關(guān)注。法國(guó)于2018年開(kāi)始試驗(yàn)使用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行頻譜接入。同年，美國(guó)也提出未來(lái)利用區(qū)塊鏈進(jìn)行動(dòng)態(tài)頻譜分配的構(gòu)想，并指出CBRS結(jié)合區(qū)塊鏈可實(shí)現(xiàn)更智能、更加分布式的動(dòng)態(tài)頻譜共享接入[15]。區(qū)塊鏈采用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)可無(wú)需通過(guò)集中式的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)支持頻譜共享接入，可提升頻譜效率，還可以進(jìn)一步增加接入等級(jí)和接入用戶。

除了上述提到的頻譜動(dòng)態(tài)共享研究之外，還有以3GPP非授權(quán)頻譜新空口技術(shù)（NR-Unlicensed，NR-U）為代表的非授權(quán)頻譜共享，以及基于環(huán)境反向散射的頻譜共享[16]等。但不論哪一類(lèi)頻譜共享，在尋求系統(tǒng)間頻率兼容共用的“邊界條件”上，與前文提到的分析方法并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，因篇幅所限，本文不再贅述。

6? ?結(jié)束語(yǔ)

頻譜研究是未來(lái)移動(dòng)通信發(fā)展的首要問(wèn)題之一。隨著萬(wàn)物互聯(lián)的加速到來(lái)，頻譜供需矛盾不斷加劇，電磁環(huán)境日趨復(fù)雜。開(kāi)展頻譜兼容共存研究，尋找更加精細(xì)化的系統(tǒng)間頻譜使用的“邊界條件”，是未來(lái)移動(dòng)通信拓展頻率使用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，相關(guān)技術(shù)分析手段的完善和加強(qiáng)，有待全球業(yè)界的共同努力。

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作者簡(jiǎn)介

王坦：博士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心（國(guó)家無(wú)線電頻譜管理中心）無(wú)線電頻譜處副處長(zhǎng)，主要從事移動(dòng)通信、物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)頻率規(guī)劃、電磁兼容分析的研究與標(biāo)準(zhǔn)化以及國(guó)際國(guó)內(nèi)技術(shù)協(xié)調(diào)等工作，曾任國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）5G毫米波焦點(diǎn)頻段報(bào)告起草組主席。

丁家昕：教授級(jí)高級(jí)工程師，博士畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，現(xiàn)任國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心（國(guó)家無(wú)線電頻譜管理中心）無(wú)線電頻譜處處長(zhǎng)，2014年獲國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，主要研究方向?yàn)轭l譜工程、頻譜管理、無(wú)線通信等。

許穎：高級(jí)工程師，現(xiàn)任職于國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心，主要從事無(wú)線電頻譜管理技術(shù)研究工作，已發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇，出版譯作1本，參與多項(xiàng)國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、863計(jì)劃等國(guó)家級(jí)科技項(xiàng)目，曾多次獲得中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)、中國(guó)通信學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。