基于區塊鏈的6G動態頻譜共享技術

劉秋妍　張忠皓　李福昌　馮毅　李佳俊

【摘? 要】針對未來6G移動通信網絡工作頻段更高、覆蓋范圍更小、建網成本更高、帶寬需求更大等問題，分析了6G網絡多方共建、頻譜動態共享的發展趨勢，提出了基于區塊鏈的多方頻譜動態共享排隊論模型，分析了區塊鏈系統區塊體長度對區塊處理時延、平均隊列長度之間的影響，并結合移動通信網絡物理資源分配參數、區塊鏈系統處理能力和業務特征，對基于區塊鏈的頻譜動態共享場景進行了仿真對比分析。

【關鍵詞】6G;網絡共建;區塊鏈;動態頻譜共享

1? ?6G網絡頻譜共享趨勢

資源受限一直是困擾移動通信網絡發展的關鍵，隨著移動互聯業務對大帶寬、廣覆蓋需求的進一步提高，向太赫茲頻段和天地一體立體化組網架構等領域發展已經成為未來6G移動通信網絡演進的必然趨勢[1]。但是，更高的工作頻段也意味著更大的路徑損耗、更小的覆蓋半徑和更高昂的建網成本，立體化的組網架構同時也將更多的網絡運營者，因此，無論是從業務需求、技術痛點還是成本效益角度出發，共建共享都有可能成為未來6G網絡建設的重要方向[2]。另一方面，除了電信運營商有授權頻譜之外，部分垂直行業也都有相應的專屬授權頻譜，垂直行業專有授權頻譜通常只在一定的地域范圍或一定的行業應用領域中使用，并沒有形成高效的應用規模，頻譜利用效率通常較低，反之大量的垂直行業只能使用有限的非授權頻譜。因此，如何高效利用垂直行業和電信運營商的授權頻譜為全行業提供公平可信的頻譜共享資源也是未來6G網絡亟待解決的問題。

在6G網絡架構中，如圖1所示，衛星運營商通過衛星網絡提供廣覆蓋基礎能力，地面電信運營商提供基于太赫茲、毫米波、sub6G頻段為主的大帶寬熱點服務，垂直行業基于專用網絡設備通過租賃電信運營商或其他垂直行業授權頻段提供專有領域移動網絡，個人用戶也可以通過部署即插即用設備和租賃頻段的方式為個人用戶及周邊區域提供移動通信網絡。在多方參與共建、頻譜動態共享的6G網絡中，如何公平可信的衡量頻譜動態共享狀況，實現頻譜動態共享交易準確高效實時結算是保障全網穩定運營的關鍵[3-6]。因此，基于分布式多方共識和智能合約的區塊鏈技術已經成為保障未來6G網絡多方共建資源共享的底層技術趨勢[7-10]。

2? ? 基于區塊鏈的頻譜動態共享系統建模

圖2為基于區塊鏈的6G頻譜動態共享示意圖。

3? ?仿真與對比分析

在6G共建共享網絡中，頻譜動態共享和頻譜需求是與空口物理資源塊最小時域長度相當的，通常是ms級，區塊鏈系統交易處理時延是與系統算力相關的，本仿真假設為μs級，區塊體中含有的交易數是由區塊鏈系統設計相關的，通常包含幾百至上千個交易。

圖3給出了不同區塊體長度時，區塊鏈系統處理頻譜動態共享交易的平均時延隨區塊鏈系統頻譜動態共享交易平均處理頻率變化曲線。圖4給出了不同區塊體長度時，區塊鏈系統處理頻譜動態共享交易隊列平均長度隨區塊鏈系統頻譜動態共享交易平均處理頻率變化曲線。當區塊體長度增加時，頻譜動態共享交易打包處理時延由亞ms級增加到ms級，頻譜動態共享交易在區塊鏈系統平均列長度也會隨之增加，但是相對于區塊體長度而言，等待隊列相長度遠小區塊體長度，屬于系統可接受范圍。

4? ? 結束語

基于未來6G移動通信網絡工作頻段更高、覆蓋范圍更小、建網成本更高、帶寬需求更大等關鍵問題，本文提出了6G網絡多方共建、頻譜動態共享的發展趨勢和網絡架構愿景，指出區塊鏈是保障6G網絡公平可信共建共享的關鍵。本文提出了基于區塊鏈的多方頻譜動態共享排隊論模型，分析了區塊鏈系統區塊體長度對區塊處理時延、平均隊列長度之間的影響，并結合移動通信網絡物理資源分配參數、區塊鏈系統處理能力和業務特征，對基于區塊鏈的頻譜動態共享場景進行了仿真對比分析，仿真結果表明當區塊體長度增加時，頻譜動態共享交易打包處理時延由亞ms級增加到ms級，頻譜動態共享交易在區塊鏈系統平均列長度也會隨之增加，但是相對于區塊體長度而言，等待隊列相長度遠小區塊體長度，屬于系統可接受范圍。

參考文獻：

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作者簡介

劉秋妍（orcid.org/0000-0003-1798-9938）：高級工程師，博士，現任職于中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院，主要研究方向為無線通信與區塊鏈技術。

張忠皓：教授級高級工程師，博士，現任職于中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院，主要研究方向為5G網絡、毫米波技術與邊緣計算技術。

李福昌：教授級高級工程師，博士，現任職于中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院，主要研究方向為移動通信及無線網絡新技術應用。