引言

現有的無線頻譜管理規則采用的是單用途頻譜分配方法，就是由無線電頻譜管理部門將某個頻帶劃分給某種業務以讓該業務所專用。由于這種管理方法是將某個頻段分配給某個無線業務運營商（或團體、部門等）專用，故該頻段只能由該運營商所屬的用戶使用，其他用戶不能使用該頻段。這樣，即使前者不使用此頻段，后者也無權使用該頻段。現有的管理方式是無線電頻譜管理機構制定頻率使用規則，頻率使用者通過書面形式向無線電頻譜管理機構申請頻率，管理機構再通過書面形式給無線電用戶指配頻率。

1 、當前頻譜管理存在的問題

現有無線電頻譜管理方法示意圖如圖1所示。事實上，長時間監測頻譜資源后會發現：某些已分配給無線電業務運營商的頻段卻長時間不被使用，還有一些頻段只是部分時間被使用，或僅有部分頻段被頻繁使用。而當前，各類無線電用戶急劇增長使得無線頻譜資源十分匱乏。但是，目前的頻譜資源使用狀況卻是：一方面許多有利用價值的頻譜資源經常空閑，另一方面，由于這些頻譜已被分配，因而許多急需使用無線電頻譜的其他用戶卻在法理上不能使用這些頻譜。圖2給出了935～960 MHz頻段各頻點一天的頻譜利用率。這種對稀缺無線頻譜資源不能充分使用的原因是由于當前無線電頻譜管理采用單用途頻譜分配方法所致，正是管理方法限制了潛在頻譜用戶獲得頻譜接入的能力，從而限制了對頻譜資源的充分利用。因此，在無線電頻譜資源十分珍貴的今天，部分修改無線電頻譜管理方法從而提高頻譜利用率應當提到議事日程上了。而頻譜多用途概念，即挖掘利用頻頻譜的“灰色頻段”或未使用的專用頻譜，給修改頻譜管理方法提供了思路。

2、 新型頻譜管理方法

如果定義網絡內的用戶為授權用戶，分配給它的頻段為授權頻段，相應網絡外的用戶為非授權用戶。那么，要在不需要大量增加網絡設備或重新布局網絡的基礎上增加網絡系統容量，提高頻譜利用率，就應當使非授權用戶可以接入網絡，以便在授權用戶不使用其授權頻段時利用這些授權頻段傳輸其業務。

由于非授權用戶對于接入網絡一無所知，這就需要在網絡中專門設立一個部門以引導其接入和退避（實現網絡引導性）；而具有捷變無線電能力的非授權用戶還應具備在授權用戶不用時瞬時接入，授權用戶恢復使用時及時退避的能力實現網絡引導性需要在接入網絡中增設一個動態頻譜管理系統以專門負責為非授權用戶指配合適頻段，并引導其實時退避，同時非授權用戶和動態頻譜管理系統還應通過申請和分配幀格式來實現信息交互，增加網絡系統容量。非授權用戶利用攜帶自己申請信息的申請幀格式向動態頻譜管理系統申請頻段，而相應的動態頻譜管理系統則利用攜帶分配頻段信息的分配幀格式來指導非授權用戶接入網絡。

2.1 申請幀格式及其參數

申請幀格式及其主要參數如表1所列。其中幀頭（Head）和用戶注冊號（Number）都是需要確定的參數。而用戶類別（Type）則包括兩類。類型1應具有認知功能（即頻譜監測和查找功能），能自動為其搜索合適頻段而不需要借助動態頻譜管理系統。類型2則不具有認知功能，故要借助動態頻譜管理系統為其查找合適頻段。

申請數據（Data）則可根據接入網絡性能的不同進行相應的調整。具體參數如下：

◇使用帶寬：業務傳輸所需帶寬；

◇使用時間：業務傳輸時間；

◇使用地點：業務傳輸所占用頻譜資源的區域；

◇穩定度：業務傳輸所期望的空閑頻段的穩定度；

◇業務類型。

◇緊急程度（Emergency）：該參數也有兩類。類型1為緊急，表示需要馬上處理，它的優先級最高；而類型2為非緊急，表示可以按照正常業務優先級來處理。

功率下限（PowerDown）是指為正常傳輸其業務所需的最小發射功率。

其它（Other）為保留項。

2.2 應答幀格式及其參數

表2所列為其應答幀及其參數。

它也包括幀頭的用戶注冊號。而其應答狀態（Response）則有5類：類型1表示未注冊用戶（無效）；類型2表示已分配；類型3表示暫緩分配（推遲）；類型4表示全忙（拒絕）；類型5表示有疑問，可以再協商。

分配數據（Data）一般在應答狀態為類型2時才有意義。具體參數如下：

◇中心頻率：指申請到頻段的中心頻率。可根據接入網絡特性進行更改。

◇帶寬：表示申請到的無線電頻段的頻率范圍的寬度。

◇空洞等級：指申請到頻段的空洞等級。

◇空洞穩定度：指申請到頻段的穩定度。

◇最佳調制方式：表示不同的業務所選擇的不同調制方式。

功率上限（PowerUp）表示不影響其它授權用戶或非授權用戶正常通信的最大功率。其它（Other）為保留。

2.3 退避

為了實現非授權用戶的實時退避，這里設計了以下兩種退避方法：

首先當授權用戶恢復使用授權頻段時，非授權用戶立即降低其發射功率，并繼續潛藏在此頻段，等待授權用戶使用結束后，繼續使用此頻段傳輸其未完成的業務。

其次當非授權用戶恢復使用授權頻段時，非授權用戶馬上接入其備用頻段。具有捷變無線電能力的非授權用戶完全能夠實現此功能，但是要求非授權用戶接入系統時，動態頻譜管理系統不僅能為其尋找一個接人頻段，同時要為其尋找一個用于退避接入的備用頻段。

3、 性能仿真

圖3所示是在現有的頻譜管理方法指導下，只有授權用戶接入網絡時，905.2～914.8 MHz各頻段的占用情況。這里仿真了10個授權用戶，其授權頻段見表3所列。其中，授權用戶到達間隔服從負指數分布，其均值為4.1。預約服務時間服從負指數分布，其均值為3.4。

圖4所示是用現有頻譜管理方法指導授權用戶，而用動態頻譜管理方法指導非授權用戶時，網絡中同時存在授權用戶和非授權用戶情況下905.2～914.8 MHz各頻段的占用情況。其中，非授權用戶和授權用戶到達時間間隔都服從負指數分布，其均值為4.1，非授權用戶和授權用戶預約服務時間都服從負指數分布，其均值為3.4，在10個授權用戶接入其授權頻段的過程中，網絡中接入了10個非授權用戶，它們的接入頻段見表4所列。

將表4與表3作以對比可知：10個同樣的授權用戶接入905.2～914.8 MHz網絡時，在動態頻譜管理系統和相應幀格式的引導下，可在網絡中再接入10個非授權用戶，從而實現頻譜復用，這樣就可以提高頻譜利用率。可見，本文提出的新穎頻譜管理方法確實有效可行。

4、 結束語

由此可見，利用現有的頻譜管理方法指導授權用戶，而用動態頻譜管理方法指導非授權用戶，可以提高頻譜利用率。這對于頻譜資源十分緊缺的今天具有十分重大的意義。

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