美国1000MHz宽带频谱共享计划浅析

时存在很多独立的Wi-Fi网络。尽管干扰对每个网络存在一定的影响，但是与整体吞吐量的提升程度相比，这种影响微乎其微。其次是宽的带宽可以提供更高数据速率。Wi-Fi的带宽需求从最初的20MHz增长到160MHz，其数据传输速率也随之不断增长。

图1 ：未来频谱覆盖方式的转变

如何在新的频谱结构中实现共存，需要详细的分析系统，根据业务需求分类，并考虑接收机和发射机特性，为新进业务分配最合适的频带。另外从技术角度上，可从地理空间、时间、码空间、极化和方向性等方面来实现共享。这些参数可以根据不同的行为进行调整，最大化效率或其他优化目标。

（二）等级接入方式

为了使现有业务占用的频谱不产生变化，就需要通过动态频谱共享技术来管理频谱。这里将介绍三层等级频谱使用模型。

图2 ：等级接入结构

联邦主用户接入（Federal Primary Access）：传统的联邦用户拥有最高的优先级，需要在数据库登记其部署情况，保障其不受来自其他系统的有害干扰。联邦主用户在实际使用时具有独占权，但不能排除阻止其他联邦或个人用户的使用。

次用户接入（Secondary Access）：次用户的优先级在联邦主用户之后，这类用户在特定的区域拥有短期的频谱操作权利，并被保护免受其他次用户接入的干扰。为了取得授权，次用户必须在数据库进行登记。这些次用户可能需要付费，并且可以使用高功率进行传输，保证一定的服务质量。

一般授权接入（General Authorized Access）：一般授权用户具有最低的优先级，依赖于不同的策略，他们的接入方式可能需要感知开放的频谱，并在数据库进行登记。当在一个特定频段和区域内没有联邦主用户和次用户接入登记使用时，一般授权用户才可接入。当与主用户和次用户产生突出时，一般授权用户有义务腾出频谱使用权。一般授权接入设备应具备多频段操作能力和动态频谱选择功能，当某一频段不可用时，设备可以在不同的频带间切换，以保证其正常的工作。一般授权用户只允许低功率发射，但是不需要付费。

（三）频谱接入系统

为实现等级接入模型，需要建立频谱接入系统（SAS：Spectrum Access System）。联邦频谱接入系统，作为信息和控制交换所，记录各频段用户注册和使用情况，并通过它决定联邦主用户、次用户及一般授权用户的在共享频段的接入和使用。

图3：联邦频谱接入系统

当用户要共享联邦频谱时，首先要通过与管理数据库通信进行注册，然后统一协调，完成频谱指配，设备授权和发射允许。其优化原则依据给定区域的整体的频谱使用效率，但是也要考虑联邦用频的优先权。

联邦主用户和次用户通过向SAS注册来获得干扰保护。主用和次用户的列表应该实时更新，并公开透明。各用户需要周期的与数据库进行通信，更新注册信息，并确保SAS不会错误判断设备的接入可能性。

SAS的核心是数据库，它应该包含的信息有：频谱占用的时间和位置信息；信号参数，如功率和带宽；特定地点的约束；接入的价格等。

频谱高速公路的实现是复杂的，需要尽量确保联邦用频不受牵连，这包括研究干扰限制、联邦优先权、频谱分配程序、新兴的联邦系统的保护以及执行机制等。总之，要想使联邦用户和商业用户之间的频谱共享更加有效，SAS必须建立明确的规则来管理频谱，当设备受到禁止发射的信号时，必须有能力立即关闭其射频发射。

（四）接收机管理

传统的频谱管理主要集中在规范发射机的特性上，但实际上接收机的性能同样也限制了频谱的使用。接收机不仅可以接收到目标频带内的信号，而且还对邻频带信号做出响应。接收机性能不好可能会引起信号交调，产生带内假信号，导致接收机失谐，即接收机过载或减敏。因此，接收机的性能在一定程度上会限制邻频带信号的活动。

最近，美国出现了一些由于政策或技术问题导致的信号干扰的案例。美国政府不得不进行频谱交换，允许了频谱拍卖之外的频谱使用权的购买行为。为了减少Nextel蜂窝基站对公共安全频段的影响，在公共安全方面做出了巨大的投入[4]。由于使用了卫星频段，GPS系统接收机导致了光立方计划的停滞。FCC(Federal Communications Commission)相关报告展示了更多复杂的例子，这些都表明了接收机性能是影响新业务频谱接入的主要问题。

由于过去频谱使用情况不紧张，不要求各业务系统的频谱离太近，邻道信号导致的接收机干扰问题很少。如果现在不正视接收机干扰问题，类似于光立方这样干扰情况会逐渐增多，解决接收机干扰问题时十分必要的。

为了刺激无线领域的创新和投资，PCAST提出一种接收机管理框架，这种框架不会对接收机造成过多的成本，而是给出有害干扰的