無線通信頻譜共享技術(shù)專利分析

摘 要：頻譜是無線通信領(lǐng)域中重要的戰(zhàn)略性資源，是信息化和工業(yè)化深度融合的重要載體，目前由各個(gè)國家統(tǒng)一管理和授權(quán)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(shù)的出現(xiàn)為解決頻譜資源不足、實(shí)現(xiàn)頻譜動(dòng)態(tài)管理及提高頻譜利用率開創(chuàng)了新的局面。本文針對截止2017年2月底國內(nèi)有關(guān)動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)的專利申請情況進(jìn)行分析，進(jìn)一步地，從申請的年度分布、申請人、相關(guān)技術(shù)分支等方面進(jìn)行分析，以幫助業(yè)界了解未來一段時(shí)間動(dòng)態(tài)頻譜共享領(lǐng)域的技術(shù)與市場生存狀況。

關(guān)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和智能終端的迅猛發(fā)展，圍繞3G/4G移動(dòng)智能終端的大眾化消費(fèi)型應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)的企業(yè)級商務(wù)型應(yīng)用，以及智能城市的公益性應(yīng)用等，使得隨時(shí)隨地的寬帶無線服務(wù)成為廣大用戶的迫切需求。信息量的急劇增長，引發(fā)了頻譜資源供應(yīng)緊張。當(dāng)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(dòng)了863重點(diǎn)項(xiàng)目“頻譜資源共享無線通信系統(tǒng)”，并于2012年10月成功研制了中國首個(gè)動(dòng)態(tài)頻譜共享無線通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。為推動(dòng)我國頻譜共享無線通信的標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用，在新一代無線通信的競爭中搶占制高點(diǎn)奠定了基礎(chǔ)。

2 頻譜共享技術(shù)的研究方向及劃分

頻譜共享技術(shù)是認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的重要技術(shù)，是機(jī)會(huì)式頻譜利用的核心。通過頻譜共享能夠?qū)Σ豢稍偕念l譜資源實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)，涉及到協(xié)議棧中多層協(xié)議之間的協(xié)調(diào)工作，并且與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和控制方式有關(guān)。頻譜共享可以從結(jié)構(gòu)及控制方式、分配行為、接入技術(shù)三個(gè)角度進(jìn)行劃分：

從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看，頻譜共享分為集中式和分布式。集中式有中心實(shí)體控制頻譜分配和接入過程，通常檢測過程是分布式的，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)實(shí)體將他們的測量參數(shù)傳送到中心實(shí)體，中心實(shí)體建立頻譜分配圖。而分布式結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)通信對其他節(jié)點(diǎn)的影響，換句話說，各節(jié)點(diǎn)之間要共享每個(gè)節(jié)點(diǎn)的干擾測量參數(shù)，所有的集中式共享均可看作是合作的，當(dāng)然也存在分布式的合作共享，該方式強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)整體的有效性，但為了共享相鄰用戶頻繁交換的協(xié)作信息，需要公共的協(xié)議協(xié)議和通信鏈路，會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和額外開銷。非合作式共享各節(jié)點(diǎn)具有自私特性，只考慮自身的利益，根據(jù)自己的信息和策略進(jìn)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(jìn)而可以產(chǎn)生三種方案：（1）避免干擾的填充式方案；（2）基于下墊式的擴(kuò)展頻譜技術(shù)；（3）混合方案。研究表明，當(dāng)用戶知道全部的系統(tǒng)信息時(shí)，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(tǒng)信息時(shí)，混合方案優(yōu)勢更明顯。在完全沒有系統(tǒng)信息時(shí)，下墊式方案是最優(yōu)選擇方案。

3 頻譜共享技術(shù)的專利申請分析

本文對國內(nèi)有關(guān)頻譜共享技術(shù)的專利申請進(jìn)行分析，以反應(yīng)國內(nèi)目前的頻譜共享技術(shù)的專利分布情況。截至2017年2月底，在中文專利數(shù)據(jù)庫中檢索到涉及頻譜共享的專利申請達(dá)到1313件。

統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示，我國在2006年之前，頻譜共享技術(shù)相關(guān)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(shù)在迅猛地發(fā)展。

進(jìn)一步地，本文還對國內(nèi)主要申請人的申請量情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，北京郵電大學(xué)是頻譜共享領(lǐng)域申請量最大的公司。另外，在頻譜共享領(lǐng)域，高校和科研機(jī)構(gòu)的申請占比覆蓋較大，比如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、西安電子科技大學(xué)、南京郵電大學(xué)、電子科技大學(xué)等機(jī)構(gòu)的申請都排名較靠前。

目前國內(nèi)認(rèn)知無線電頻譜共享相關(guān)技術(shù)的研究重點(diǎn)集中在高校及科研機(jī)構(gòu)內(nèi)，這是前沿技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展的常規(guī)趨勢。經(jīng)檢索相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)高校及科研機(jī)構(gòu)2006年起開始提出相關(guān)課題，在2007～2009年發(fā)展緩慢，研究熱點(diǎn)集中在結(jié)合各種理論算法的頻譜共享方法；2010～2014年進(jìn)入快速增長期，研究熱點(diǎn)也從頻譜共享算法延伸到不同實(shí)際應(yīng)用場景下的頻譜共享策略，如基于智能天線、準(zhǔn)靜態(tài)場景、極化信息處理、可變帶寬、OFDM等；2015年至今關(guān)于頻譜共享的研究趨于平穩(wěn)，研究熱點(diǎn)進(jìn)一步深入，不僅進(jìn)一步完成了對現(xiàn)有算法的改進(jìn)機(jī)制，同時(shí)提出了一系列基于用戶檢測能力、網(wǎng)絡(luò)空間映射、干擾抑制等與頻譜共享緊密相關(guān)課題研究及專利申請。

另外，國內(nèi)大型通信企業(yè)華為、中興等也在頻譜共享技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了國內(nèi)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(jìn)行的頻譜共享協(xié)商，繼而相繼提出了涉及不同應(yīng)用場景的頻譜共享方法，如上行頻譜共享、共享小區(qū)、OFDM、協(xié)作鏈路等；中興在2007年首次提出了不同小區(qū)中多OFDM的頻譜共享方法，后續(xù)又提出了一系列的實(shí)際場景應(yīng)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(tài)表示的動(dòng)態(tài)頻譜共享、非授權(quán)頻譜共享等。可見，企業(yè)專利申請較高校及科研機(jī)構(gòu)來說，更側(cè)重于實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，且與5G通信相關(guān)技術(shù)的交叉融合更為密切。

4 結(jié)語

無線通信頻譜共享技術(shù)可以利用大多數(shù)的頻譜資源，包括移動(dòng)通信、廣播電視等所使用的頻段，它體現(xiàn)了通信技術(shù)從網(wǎng)絡(luò)化向智能化的發(fā)展，是認(rèn)知無線電的功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。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(yīng)技術(shù)、OFDM技術(shù)、多輸入多輸出技術(shù)和超寬帶技術(shù)。目前，很多研究將CR技術(shù)與這些技術(shù)相結(jié)合，旨在進(jìn)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(shù)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(xué)碩士，研究方向：無線通信。