试论LTE不同发展阶段频谱管理模式的变革

【摘 要】在论述LTE市场与网络不同发展阶段对频谱的需求的基础上，归纳研究了频谱资源分配模式从行政审批向频谱拍卖与频谱二次交易模式的转变。最终，在4G/LTE向5G异构网络融合演进的前提下，提出基于博弈论的“可控与自治”相结合的频谱管理模式。

【关键词】4G/LTE 移动互联网 频谱交易 异构网络 可控自治

中图分类号：F623 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-03-0009-04

4G/LTE的部署与商用以及移动互联网的发展和用户的增加，催生了数据流量的急剧增长，即使无线通信技术的不断演进和创新也难以抵御数据洪流的冲击，最终压力必将传导至无线电频谱资源。因此，无论是在4G/LTE的部署期、成长期，还是在未来向5G演进的时代，有限的频谱资源与巨大数据流量的矛盾是无法回避的。在此背景下，发达国家和相关国际组织纷纷将目光聚焦在频谱资源管理模式的变革上，以寻求适应移动互联网时代频谱资源高效利用的新路径。

1 频谱是LTE不同发展阶段不可或缺的

基础资源

爱立信发布移动市场报告称，预计到2019年，4G/LTE网络将覆盖全球近65%的人口。与此同时，智能手机流量从2013年到2019年将增加10倍，达到10艾字节（EB）；视频流量每年增长55%，占总数据量的比例过半。在中国，2014年全国工业和信息化工作会议上明确提出“支持4G加快发展，2014年底前4G商用城市超过300个，4G用户超过3 000万”的目标。可以预见，未来几年中国将从2G/3G网络迅速转向4G网络，预计到2019年底，中国LTE用户数将增加7亿以上。2013年至2019年，预计移动数据流量每年将以约45%的增长率增长，其对频谱资源的需求首当其冲。因此，各运营商对频谱资源的争夺将愈演愈烈。

以美国市场为例，运营商现已整体进入4G/LTE时代，在技术上没有差距的情况下，各运营商之间的频谱差距导致其市场表现相差甚远。AT&T的LTE频谱包括700MHz频段（2×10MHz）、AWS频段（2×10MHz）和WCS频段（2×10MHz），共计60MHz；Verizon的LTE频谱包括700MHz 频段（2×10MHz）和AWS频段（2×20MHz）两段共计60MHz。而Sprint的LTE只在PCS频段（2×5MHz）总计10MHz的可用频谱，在LTE的频谱总量上与AT&T和Verizon相差甚远，因此Sprint用户总数不断下降，市场份额被蚕食。

据国家无线电监测中心研究预测，到2020年，中国数据业务相比2010年将增长500～800倍，增长率远超欧美及世界平均水平，中国IMT频谱需求量将达1 240～1 710MHz。因此，可预见在我国4G发展的不同阶段，频谱资源的保障能力都将承受巨大的压力。

2 LTE发展初期：以行政审批方式保障

频谱资源的供给

2013年12月4日，我国发放了4G/TD-LTE牌照，同时以行政审批的方式，宣布了具体的频谱分配结果：中国移动获得130MHz频谱资源（1 880—1 900MHz、

2 320—2 370MHz、2 575—2 635MHz）；中国联通获得40MHz频谱资源（2 300—2 320MHz、2 555—

2 575MHz）；中国电信获得40MHz频谱资源（2 370—

2 390MHz、2 635—2 655MHz）。

我国早在TD-LTE规模技术试验之初，就分配了2.6GHz频段中的50MHz频率作为试验频率。2012年10月，在全球LTE商用化的关键阶段，我国无线电管理部门又新规划了2.6GHz频段的190MHz频谱作为TDD的频率资源，使TDD系统的规划频段总带宽达到了345MHz，充分表明了我国发展TD-LTE技术的决心，也极大地提振了全球产业和市场对TD-LTE发展的信心。同时，为了满足移动通信技术进一步发展对频谱资源的需求，我国正在积极考虑将1.4GHz、3.5GHz频段用于TDD的后续发展，并研究探讨50GHz以上频段用于满足未来宽带移动通信发展的需求。

在发放4G/TD-LTE牌照的同时，我国也明确表示“将在条件成熟后，发放LTE FDD牌照”；因此预计在不久的时间内，我国还将依据国际和国内的情况，再以行政审批的方式明确FDD LTE的频谱分配。按照3GPP的规划，LTE FDD网络分配频谱主要集中在2.6GHz、1.8GHz和700MHz频段。预计1.8GHz频段将成为我国LTE FDD网络的主流频段，2.1GHz频段成为补充频段。目前，中国电信和中国联通的LTE FDD试验网主要使用1.8GHz和2.1GHz的两个频段。由此可见，我国4G频谱的规划与分配是无线电管理部门经过多年的频谱规划与相应的技术研究、分析、试验和调整的结晶，也是参与国际频率规划与协调的结果。

经国家无线电频谱管理中心初步估算，上述以行政审批方式分配的4G频谱，到2018年基本可满足我国4G/LTE市场的需求，但是在局部区域会出现结构性的频率资源紧张；同时，如果数据业务增长超过预期，频谱资源将出现全面紧张的状况。

3 LTE成熟竞争期：频谱拍卖和二次交

易模式

4G/LTE度过网络建设优化和市场布局的成长期后，将进入成熟期，频谱资源的矛盾将越加显现，以行政审批的方式分配频谱将受到严峻挑战。这些挑战包括：行政审批频谱不能体现频谱资源的市场价值，使频谱失去了调节4G/LTE市场的能力；技术进步和网络升级容易造成部分频谱成为“沉没”资源，降低了频谱利用效率；极易形成频谱资源为部门或行业所有的观念，从而阻碍频谱资源的重新规划和再利用。因此，实现频谱资源的市场化配置迫在眉睫。工信部无线电管理局在2014年无线电管理工作展望中，提出按照中央关于加快完善现代市场体系的要求，正确处理政府和市场的关系，完善相关法律法规，对部分市场化程度较高的频段，着手研究通过拍卖、招标、交易等方式配置资源。endprint

从上世纪90年代初开始，以美国为首的发达国家就开始商用频谱市场化分配的探索，至今已形成频谱拍卖与二次交易等非常成熟的分配模式。随着4G/LTE的兴起，许多国家都进行了4G/LTE频谱的拍卖，其特点如下：

一是提供多频段的频谱资源，如英国提供了800MHz和2.6GHz两个频段，奥地利则拍卖800MHz、900MHz和1.8GHz频段共28区块的频谱，斯洛文尼亚拍卖1.8GHz和2.1GHz频谱等；

二是选择组合拍卖机制，即竞拍者对一系列不可拆分的频谱组合出价。目前，英国、荷兰、瑞士、丹麦、爱尔兰、加拿大和奥地利等国都采取了组合拍卖机制；

三是明确投标者的义务，如英国Ofcom规定竞得800MHz频谱的投标者将有义务在2017年底前为至少98%的人口提供室内接收移动宽带服务。挪威通讯部规定拍得800MHz频段牌照的运营商必须在5年内实现98%的人口覆盖率，下行带宽至少达2Mbps；

四是保障不同投标者频谱资源的均等机会，如挪威通讯部对于已经持有重要频段的运营商，规定对其800MHz频段的频宽设有上限；

五是规定明确的频谱有效期，如斯洛文尼亚监管局规定拍卖1.8GHz的8个频宽2×5MHz的子频段，有效期至2016年1月3日，2.1GHz的2个频宽2×5MHz的子频段，有效期至2021年9月21日。

在频谱拍卖后进行二次交易是近年来兴起的提高频谱利用效率的重要方式。在美国为获得更多的频谱资源，不少运营商进行了大规模的频谱收购。2011年，AT&T申请收购T-Mobile USA，其主要的目的就是获得T-Mobile拥有的AWS频谱资源，从而为LTE的大规模部署做好准备。AT&T还以19亿美元收购通高通公司持有的700MHz频谱中较低的D频段和E频段以及6MHz频谱中较低的D频段，以满足iPhone等智能手机对移动数据流量的需求。另外，Sprint收购Clearwire，获得超过100MHz全美范围内的TDD频谱，加上原有的10MHz PCS频谱，其在全美拥有了超过110MHz的可用频谱，频谱总量上相比AT&T和Verizon具有了明显优势。

由上可见，我国在4G/LTE进入成熟竞争期后，频谱资源与移动市场发展的矛盾显现，为实行频谱资源市场化分配提供了需求基础，因此频谱管理模式应逐步从行政审批向频谱拍卖机制转变。

4 LTE向5G过渡期：自治与可控相结合

的频谱共享模式

据权威机构预测，在未来的十年内，移动数据流量将有1 000倍的增长，而4G/LTE网络也将实现向5G网络的过渡。5G的核心是异构网的融合，指在2G、3G、LTE、WLAN等多种接入技术共存的背景下，立足于融合和协同，结合用户行为和业务特征，引入先进的无线资源管理算法和规划理念，做到无线资源的异构协同和异构融合。异构无线网络面临有限频谱资源和爆发性流量的矛盾，其根本出路是实现异构网络中无线电业务的频谱共享。

为了支持频谱共享，美国总统科技顾问委员会（PCAST）提出了“频谱高速公路计划”。该“计划”提出需要建立频谱接入系统（SAS）作为信息和控制交换枢纽，并建立明确的规则来管理频谱，当设备收到禁止发射的信号时，必须有能力立即关闭其射频发射。但是，上述实现接入业务共享频谱的设计，仍然是大一统的频谱管控思维的延续，以SAS实现所有异构网络、业务、用户的共享与有序接入几无可能。因为从频谱管控架构角度审视，频谱资源的最优配置需要实时地认知电磁环境、用户、业务、信道和网络等信息，并汇集到SAS处理节点，以进行全局统筹优化。如此虽然能得到异构网络环境下最优的频谱接入，却需要传递和处理所有认知信息，这意味着海量的信息收集、汇聚、处理和反馈，由此带来的巨大运算量也会使得SAS难以做出快速有效的响应。因此，这种完全集中式的异构动态频谱管控方式，其管控复杂度高，响应迟缓，难以实现SAS设计的初衷。

而完全采用各异构接入系统分布式频谱接入优化，则难以收敛到全局频谱接入最优的目标。因为在频谱共享环境中，所有用户本质上是对有限频谱资源进行竞争的关系，这一矛盾在异构无线网络应用环境中更为突出。理论上，无线系统可以通过本地信息，在竞争中实现有利于本系统的频谱资源共享；但由于缺乏全局观，这种某一无线系统的频谱“自治”通常可能造成全局频谱资源的低效利用。

因此，基于全局非精确频谱状态信息的“控制”，结合基于本地异构无线系统精确频谱信息的“自治”，构成了异构网络无线接入情境下频谱优化配置的基本元素。博弈理论中提出了“可控与自治”的理论和方法，其框架形态如图1所示：

其目标是综合考虑局部竞争和全局优化的优缺点，通过受控博弈的手段，使得本地竞争有序化，频谱资源博弈向着全局最优性能逼近，从而实现频谱资源的高效、合理、公平配置和管理。

为适应异构网络中多种无线业务接入的频谱需求，“受控博弈，有序竞争”的设计思路是通过将接入频谱的效用框架分解为多个子优化问题，实现基于子接入系统频谱优化的自治。同时，子接入系统频谱优化的代价则通过全局反馈的方式获得，并由此实现全局的控制。代价的反馈量将决定实现接入频谱的复杂度与全局性能最优性之间的折中，使得局部达成的自治向整体频谱资源配置最优的方向逼近，从而实现局部分布式处理、交互信息量少、响应迅速、逼近全局最优的结果，见图2：

“受控博弈，有序竞争”的难点是控制机制的合理设计，特别是接入规则与惩罚措施系统和解析优化方法。对频谱资源而言，无论异构融合网络宏观层面的全局受控，还是微观层面的本地自治，都需要接入总网与子网充分获取、认知、分析和学习频谱、信道、网络、业务、用户等多维度状态信息，其中有效认知和学习是提升频谱效率的基础。而传统的认知无线电的认知主要停留在频谱感知层面，即发掘和利用空闲频率进行业务传输，对异构融合网络的频谱利用效率提升程度有限。因此，在异构融合网络环境下，其感知升级到对于信息的发掘、认知、理解和学习，带来了认知的新视角，即用户位置、使用模式、业务种类等相关信息以及需求的异化，都有助于提升频谱资源的使用效率。

5 结束语

保障频谱的有效供给是4G/LTE不同发展阶段的永恒主题，尽快从单一的频谱行政审批模式向频谱拍卖与交易，最终向异构融合网络环境下“控制与自治”相结合的频谱管理模式转型，是现代频谱资源管理的有效路径。

参考文献：

[1] 蒋均牧. Sprint引爆TD-LTE建网高潮 TDD频谱渐成运营商眼中“金矿”[EB/OL]. （2013-11-11）. http：//www.c114.net/wireless/2935/a803845.html.

[2] 谢飞波. 推进无线电管理改革发展新局面[N]. 人民邮电报， 2013-12-27.

[3] 项楚，陈妍. 欧洲各国纷纷举行LTE频谱拍卖会[N]. 人民邮电报， 2013-03-22.

[4] 孟娟. 5G关键技术研究方向[EB/OL]. （2013-07-22）. http：//network.51cto.com/art/201307/404179.htm.

[5] 张从武，胡坚波. 异构无线网络融合关键问题和发展趋势探讨[J]. 信息通信技术， 2012（3）.

[6] 何廷润，李军芳. 基于“可控与自治”相结合的电磁频谱管控模式研究[A]. 国防通信技术委员会. 中国通信学会国防通信技术委员会第九届年会论文集[C]. 北京： 国防工业出版社， 2013： 53-55.endprint

从上世纪90年代初开始，以美国为首的发达国家就开始商用频谱市场化分配的探索，至今已形成频谱拍卖与二次交易等非常成熟的分配模式。随着4G/LTE的兴起，许多国家都进行了4G/LTE频谱的拍卖，其特点如下：

一是提供多频段的频谱资源，如英国提供了800MHz和2.6GHz两个频段，奥地利则拍卖800MHz、900MHz和1.8GHz频段共28区块的频谱，斯洛文尼亚拍卖1.8GHz和2.1GHz频谱等；

二是选择组合拍卖机制，即竞拍者对一系列不可拆分的频谱组合出价。目前，英国、荷兰、瑞士、丹麦、爱尔兰、加拿大和奥地利等国都采取了组合拍卖机制；

三是明确投标者的义务，如英国Ofcom规定竞得800MHz频谱的投标者将有义务在2017年底前为至少98%的人口提供室内接收移动宽带服务。挪威通讯部规定拍得800MHz频段牌照的运营商必须在5年内实现98%的人口覆盖率，下行带宽至少达2Mbps；

四是保障不同投标者频谱资源的均等机会，如挪威通讯部对于已经持有重要频段的运营商，规定对其800MHz频段的频宽设有上限；

五是规定明确的频谱有效期，如斯洛文尼亚监管局规定拍卖1.8GHz的8个频宽2×5MHz的子频段，有效期至2016年1月3日，2.1GHz的2个频宽2×5MHz的子频段，有效期至2021年9月21日。

在频谱拍卖后进行二次交易是近年来兴起的提高频谱利用效率的重要方式。在美国为获得更多的频谱资源，不少运营商进行了大规模的频谱收购。2011年，AT&T申请收购T-Mobile USA，其主要的目的就是获得T-Mobile拥有的AWS频谱资源，从而为LTE的大规模部署做好准备。AT&T还以19亿美元收购通高通公司持有的700MHz频谱中较低的D频段和E频段以及6MHz频谱中较低的D频段，以满足iPhone等智能手机对移动数据流量的需求。另外，Sprint收购Clearwire，获得超过100MHz全美范围内的TDD频谱，加上原有的10MHz PCS频谱，其在全美拥有了超过110MHz的可用频谱，频谱总量上相比AT&T和Verizon具有了明显优势。

由上可见，我国在4G/LTE进入成熟竞争期后，频谱资源与移动市场发展的矛盾显现，为实行频谱资源市场化分配提供了需求基础，因此频谱管理模式应逐步从行政审批向频谱拍卖机制转变。

4 LTE向5G过渡期：自治与可控相结合

的频谱共享模式

据权威机构预测，在未来的十年内，移动数据流量将有1 000倍的增长，而4G/LTE网络也将实现向5G网络的过渡。5G的核心是异构网的融合，指在2G、3G、LTE、WLAN等多种接入技术共存的背景下，立足于融合和协同，结合用户行为和业务特征，引入先进的无线资源管理算法和规划理念，做到无线资源的异构协同和异构融合。异构无线网络面临有限频谱资源和爆发性流量的矛盾，其根本出路是实现异构网络中无线电业务的频谱共享。

为了支持频谱共享，美国总统科技顾问委员会（PCAST）提出了“频谱高速公路计划”。该“计划”提出需要建立频谱接入系统（SAS）作为信息和控制交换枢纽，并建立明确的规则来管理频谱，当设备收到禁止发射的信号时，必须有能力立即关闭其射频发射。但是，上述实现接入业务共享频谱的设计，仍然是大一统的频谱管控思维的延续，以SAS实现所有异构网络、业务、用户的共享与有序接入几无可能。因为从频谱管控架构角度审视，频谱资源的最优配置需要实时地认知电磁环境、用户、业务、信道和网络等信息，并汇集到SAS处理节点，以进行全局统筹优化。如此虽然能得到异构网络环境下最优的频谱接入，却需要传递和处理所有认知信息，这意味着海量的信息收集、汇聚、处理和反馈，由此带来的巨大运算量也会使得SAS难以做出快速有效的响应。因此，这种完全集中式的异构动态频谱管控方式，其管控复杂度高，响应迟缓，难以实现SAS设计的初衷。

而完全采用各异构接入系统分布式频谱接入优化，则难以收敛到全局频谱接入最优的目标。因为在频谱共享环境中，所有用户本质上是对有限频谱资源进行竞争的关系，这一矛盾在异构无线网络应用环境中更为突出。理论上，无线系统可以通过本地信息，在竞争中实现有利于本系统的频谱资源共享；但由于缺乏全局观，这种某一无线系统的频谱“自治”通常可能造成全局频谱资源的低效利用。

因此，基于全局非精确频谱状态信息的“控制”，结合基于本地异构无线系统精确频谱信息的“自治”，构成了异构网络无线接入情境下频谱优化配置的基本元素。博弈理论中提出了“可控与自治”的理论和方法，其框架形态如图1所示：

其目标是综合考虑局部竞争和全局优化的优缺点，通过受控博弈的手段，使得本地竞争有序化，频谱资源博弈向着全局最优性能逼近，从而实现频谱资源的高效、合理、公平配置和管理。

为适应异构网络中多种无线业务接入的频谱需求，“受控博弈，有序竞争”的设计思路是通过将接入频谱的效用框架分解为多个子优化问题，实现基于子接入系统频谱优化的自治。同时，子接入系统频谱优化的代价则通过全局反馈的方式获得，并由此实现全局的控制。代价的反馈量将决定实现接入频谱的复杂度与全局性能最优性之间的折中，使得局部达成的自治向整体频谱资源配置最优的方向逼近，从而实现局部分布式处理、交互信息量少、响应迅速、逼近全局最优的结果，见图2：

“受控博弈，有序竞争”的难点是控制机制的合理设计，特别是接入规则与惩罚措施系统和解析优化方法。对频谱资源而言，无论异构融合网络宏观层面的全局受控，还是微观层面的本地自治，都需要接入总网与子网充分获取、认知、分析和学习频谱、信道、网络、业务、用户等多维度状态信息，其中有效认知和学习是提升频谱效率的基础。而传统的认知无线电的认知主要停留在频谱感知层面，即发掘和利用空闲频率进行业务传输，对异构融合网络的频谱利用效率提升程度有限。因此，在异构融合网络环境下，其感知升级到对于信息的发掘、认知、理解和学习，带来了认知的新视角，即用户位置、使用模式、业务种类等相关信息以及需求的异化，都有助于提升频谱资源的使用效率。

5 结束语

保障频谱的有效供给是4G/LTE不同发展阶段的永恒主题，尽快从单一的频谱行政审批模式向频谱拍卖与交易，最终向异构融合网络环境下“控制与自治”相结合的频谱管理模式转型，是现代频谱资源管理的有效路径。

参考文献：

[1] 蒋均牧. Sprint引爆TD-LTE建网高潮 TDD频谱渐成运营商眼中“金矿”[EB/OL]. （2013-11-11）. http：//www.c114.net/wireless/2935/a803845.html.

[2] 谢飞波. 推进无线电管理改革发展新局面[N]. 人民邮电报， 2013-12-27.

[3] 项楚，陈妍. 欧洲各国纷纷举行LTE频谱拍卖会[N]. 人民邮电报， 2013-03-22.

[4] 孟娟. 5G关键技术研究方向[EB/OL]. （2013-07-22）. http：//network.51cto.com/art/201307/404179.htm.

[5] 张从武，胡坚波. 异构无线网络融合关键问题和发展趋势探讨[J]. 信息通信技术， 2012（3）.

[6] 何廷润，李军芳. 基于“可控与自治”相结合的电磁频谱管控模式研究[A]. 国防通信技术委员会. 中国通信学会国防通信技术委员会第九届年会论文集[C]. 北京： 国防工业出版社， 2013： 53-55.endprint

从上世纪90年代初开始，以美国为首的发达国家就开始商用频谱市场化分配的探索，至今已形成频谱拍卖与二次交易等非常成熟的分配模式。随着4G/LTE的兴起，许多国家都进行了4G/LTE频谱的拍卖，其特点如下：

一是提供多频段的频谱资源，如英国提供了800MHz和2.6GHz两个频段，奥地利则拍卖800MHz、900MHz和1.8GHz频段共28区块的频谱，斯洛文尼亚拍卖1.8GHz和2.1GHz频谱等；

二是选择组合拍卖机制，即竞拍者对一系列不可拆分的频谱组合出价。目前，英国、荷兰、瑞士、丹麦、爱尔兰、加拿大和奥地利等国都采取了组合拍卖机制；

三是明确投标者的义务，如英国Ofcom规定竞得800MHz频谱的投标者将有义务在2017年底前为至少98%的人口提供室内接收移动宽带服务。挪威通讯部规定拍得800MHz频段牌照的运营商必须在5年内实现98%的人口覆盖率，下行带宽至少达2Mbps；

四是保障不同投标者频谱资源的均等机会，如挪威通讯部对于已经持有重要频段的运营商，规定对其800MHz频段的频宽设有上限；

五是规定明确的频谱有效期，如斯洛文尼亚监管局规定拍卖1.8GHz的8个频宽2×5MHz的子频段，有效期至2016年1月3日，2.1GHz的2个频宽2×5MHz的子频段，有效期至2021年9月21日。

在频谱拍卖后进行二次交易是近年来兴起的提高频谱利用效率的重要方式。在美国为获得更多的频谱资源，不少运营商进行了大规模的频谱收购。2011年，AT&T申请收购T-Mobile USA，其主要的目的就是获得T-Mobile拥有的AWS频谱资源，从而为LTE的大规模部署做好准备。AT&T还以19亿美元收购通高通公司持有的700MHz频谱中较低的D频段和E频段以及6MHz频谱中较低的D频段，以满足iPhone等智能手机对移动数据流量的需求。另外，Sprint收购Clearwire，获得超过100MHz全美范围内的TDD频谱，加上原有的10MHz PCS频谱，其在全美拥有了超过110MHz的可用频谱，频谱总量上相比AT&T和Verizon具有了明显优势。

由上可见，我国在4G/LTE进入成熟竞争期后，频谱资源与移动市场发展的矛盾显现，为实行频谱资源市场化分配提供了需求基础，因此频谱管理模式应逐步从行政审批向频谱拍卖机制转变。

4 LTE向5G过渡期：自治与可控相结合

的频谱共享模式

据权威机构预测，在未来的十年内，移动数据流量将有1 000倍的增长，而4G/LTE网络也将实现向5G网络的过渡。5G的核心是异构网的融合，指在2G、3G、LTE、WLAN等多种接入技术共存的背景下，立足于融合和协同，结合用户行为和业务特征，引入先进的无线资源管理算法和规划理念，做到无线资源的异构协同和异构融合。异构无线网络面临有限频谱资源和爆发性流量的矛盾，其根本出路是实现异构网络中无线电业务的频谱共享。

为了支持频谱共享，美国总统科技顾问委员会（PCAST）提出了“频谱高速公路计划”。该“计划”提出需要建立频谱接入系统（SAS）作为信息和控制交换枢纽，并建立明确的规则来管理频谱，当设备收到禁止发射的信号时，必须有能力立即关闭其射频发射。但是，上述实现接入业务共享频谱的设计，仍然是大一统的频谱管控思维的延续，以SAS实现所有异构网络、业务、用户的共享与有序接入几无可能。因为从频谱管控架构角度审视，频谱资源的最优配置需要实时地认知电磁环境、用户、业务、信道和网络等信息，并汇集到SAS处理节点，以进行全局统筹优化。如此虽然能得到异构网络环境下最优的频谱接入，却需要传递和处理所有认知信息，这意味着海量的信息收集、汇聚、处理和反馈，由此带来的巨大运算量也会使得SAS难以做出快速有效的响应。因此，这种完全集中式的异构动态频谱管控方式，其管控复杂度高，响应迟缓，难以实现SAS设计的初衷。

而完全采用各异构接入系统分布式频谱接入优化，则难以收敛到全局频谱接入最优的目标。因为在频谱共享环境中，所有用户本质上是对有限频谱资源进行竞争的关系，这一矛盾在异构无线网络应用环境中更为突出。理论上，无线系统可以通过本地信息，在竞争中实现有利于本系统的频谱资源共享；但由于缺乏全局观，这种某一无线系统的频谱“自治”通常可能造成全局频谱资源的低效利用。

因此，基于全局非精确频谱状态信息的“控制”，结合基于本地异构无线系统精确频谱信息的“自治”，构成了异构网络无线接入情境下频谱优化配置的基本元素。博弈理论中提出了“可控与自治”的理论和方法，其框架形态如图1所示：

其目标是综合考虑局部竞争和全局优化的优缺点，通过受控博弈的手段，使得本地竞争有序化，频谱资源博弈向着全局最优性能逼近，从而实现频谱资源的高效、合理、公平配置和管理。

为适应异构网络中多种无线业务接入的频谱需求，“受控博弈，有序竞争”的设计思路是通过将接入频谱的效用框架分解为多个子优化问题，实现基于子接入系统频谱优化的自治。同时，子接入系统频谱优化的代价则通过全局反馈的方式获得，并由此实现全局的控制。代价的反馈量将决定实现接入频谱的复杂度与全局性能最优性之间的折中，使得局部达成的自治向整体频谱资源配置最优的方向逼近，从而实现局部分布式处理、交互信息量少、响应迅速、逼近全局最优的结果，见图2：

“受控博弈，有序竞争”的难点是控制机制的合理设计，特别是接入规则与惩罚措施系统和解析优化方法。对频谱资源而言，无论异构融合网络宏观层面的全局受控，还是微观层面的本地自治，都需要接入总网与子网充分获取、认知、分析和学习频谱、信道、网络、业务、用户等多维度状态信息，其中有效认知和学习是提升频谱效率的基础。而传统的认知无线电的认知主要停留在频谱感知层面，即发掘和利用空闲频率进行业务传输，对异构融合网络的频谱利用效率提升程度有限。因此，在异构融合网络环境下，其感知升级到对于信息的发掘、认知、理解和学习，带来了认知的新视角，即用户位置、使用模式、业务种类等相关信息以及需求的异化，都有助于提升频谱资源的使用效率。

5 结束语

保障频谱的有效供给是4G/LTE不同发展阶段的永恒主题，尽快从单一的频谱行政审批模式向频谱拍卖与交易，最终向异构融合网络环境下“控制与自治”相结合的频谱管理模式转型，是现代频谱资源管理的有效路径。

参考文献：

[1] 蒋均牧. Sprint引爆TD-LTE建网高潮 TDD频谱渐成运营商眼中“金矿”[EB/OL]. （2013-11-11）. http：//www.c114.net/wireless/2935/a803845.html.

[2] 谢飞波. 推进无线电管理改革发展新局面[N]. 人民邮电报， 2013-12-27.

[3] 项楚，陈妍. 欧洲各国纷纷举行LTE频谱拍卖会[N]. 人民邮电报， 2013-03-22.

[4] 孟娟. 5G关键技术研究方向[EB/OL]. （2013-07-22）. http：//network.51cto.com/art/201307/404179.htm.

[5] 张从武，胡坚波. 异构无线网络融合关键问题和发展趋势探讨[J]. 信息通信技术， 2012（3）.

[6] 何廷润，李军芳. 基于“可控与自治”相结合的电磁频谱管控模式研究[A]. 国防通信技术委员会. 中国通信学会国防通信技术委员会第九届年会论文集[C]. 北京： 国防工业出版社， 2013： 53-55.endprint