張冬晨, 孟德香, 孫超

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

1 引言

頻譜共享是提高頻譜利用率、緩解局部頻譜緊張局面的重要探索，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外無(wú)線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1～3]。頻譜共享技術(shù)的核心思想是改變傳統(tǒng)的頻率靜態(tài)分配的使用方式，允許多個(gè)無(wú)線系統(tǒng)在不相互干擾的情況下，動(dòng)態(tài)共用相同的頻率資源。頻譜共享技術(shù)的出現(xiàn)為當(dāng)前蜂窩移動(dòng)通信發(fā)展的頻譜緊張局面提供了一種極為有效解決途徑。如果能夠通過(guò)頻譜共享的方式，允許蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)在不對(duì)授權(quán)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的前提下，動(dòng)態(tài)地利用低頻率利用率的無(wú)線系統(tǒng)在業(yè)已分配的頻段上存在的空閑頻率資源，將能夠極大的提升頻譜利用率，緩解當(dāng)前移動(dòng)通信系統(tǒng)頻譜資源緊缺的壓力。目前，國(guó)家通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)和多個(gè)國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)課題都在積極探討未來(lái)移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他大覆蓋、低頻譜利用率的無(wú)線系統(tǒng)的頻譜共享方案，典型的共享應(yīng)用場(chǎng)景如我國(guó)698～806MHz頻段上的廣播系統(tǒng)與移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻譜共享應(yīng)用、2300～2400MHz頻段上的雷達(dá)系統(tǒng)與移動(dòng)通信系統(tǒng)的共享應(yīng)用等[4～5]。

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃是保證網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定和高效運(yùn)營(yíng)的根本[6～7]。傳統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃都是在可用頻率固定的情況下進(jìn)行的，無(wú)法適應(yīng)未來(lái)這種新的頻譜共享應(yīng)用模式。因此，如何實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)頻譜環(huán)境中蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃，最大化、最優(yōu)化的利用覆蓋區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)可用頻譜資源，將是頻譜共享技術(shù)在實(shí)際蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用中所亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 頻譜共享應(yīng)用中的頻率規(guī)劃問(wèn)題分析

移動(dòng)通信系統(tǒng)與授權(quán)系統(tǒng)在共享頻段實(shí)現(xiàn)頻譜共用的前提是：移動(dòng)通信系統(tǒng)的引入不能對(duì)授權(quán)系統(tǒng)造成任何有害干擾、影響授權(quán)系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)。這就要求移動(dòng)通信系統(tǒng)可以得到共享頻段內(nèi)某些地理區(qū)域和某些時(shí)間上的空閑頻帶信息，利用這些空閑頻帶進(jìn)行通信，并保證授權(quán)大覆蓋、低頻率利用率的無(wú)線系統(tǒng)的頻率使用和系統(tǒng)性能不受限制和損失。如果空閑頻帶有變化，移動(dòng)通信系統(tǒng)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，如圖1所示。

圖1 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他無(wú)線系統(tǒng)的頻譜共享應(yīng)用場(chǎng)景

頻率復(fù)用是蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)的最基本的技術(shù)手段。為了解決大區(qū)集群通信的容量瓶頸，20世紀(jì)70年代末提出的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)通過(guò)空間復(fù)用頻率的思想，突破了原有的有限頻率資源對(duì)系統(tǒng)可容納最大用戶數(shù)的限制，最終使得蜂窩移動(dòng)通信成為近10年來(lái)通信領(lǐng)域最熱門(mén)的方向之一。頻率復(fù)用的基本思想是降低基站的發(fā)射功率，使得小區(qū)半徑收縮，只覆蓋相對(duì)較小的一片區(qū)域，相隔若干個(gè)小區(qū)后再重復(fù)利用相同的頻率。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)通過(guò)空間頻率復(fù)用，能夠有效提高頻率的使用效率和系統(tǒng)容量。

傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃都是基于可用頻率固定進(jìn)行的，而動(dòng)態(tài)頻譜共享應(yīng)用方式下，用于蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率資源將發(fā)生動(dòng)態(tài)變化，其使用頻率取決于規(guī)劃區(qū)域內(nèi)授權(quán)系統(tǒng)對(duì)該頻率的占用情況。這種可用頻率的動(dòng)態(tài)變化對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的頻譜規(guī)劃體制提出了新的挑戰(zhàn)。首先，由于在不同的地理位置上授權(quán)系統(tǒng)占用頻率的情況不同，移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃需要適應(yīng)不同地理位置上的這種差異。傳統(tǒng)的頻率復(fù)用規(guī)劃方式無(wú)法對(duì)差異頻譜進(jìn)行統(tǒng)一復(fù)用規(guī)劃，而如果單獨(dú)對(duì)各區(qū)內(nèi)蜂窩小區(qū)的頻率規(guī)劃，又將會(huì)造成在大區(qū)覆蓋交界區(qū)域的混亂，導(dǎo)致系統(tǒng)干擾增大，網(wǎng)絡(luò)性能將會(huì)受到嚴(yán)重影響。其次，在使用周期內(nèi)，移動(dòng)通信系統(tǒng)可用頻譜在時(shí)間上動(dòng)態(tài)變化，靜態(tài)頻率規(guī)劃方法無(wú)法響應(yīng)這種變化，將造成共享系統(tǒng)間的強(qiáng)烈干擾，導(dǎo)致無(wú)法通信。

3 動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃方案研究

3.1 動(dòng)態(tài)可用頻率獲取

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃的前提是在共享覆蓋區(qū)域?qū)崟r(shí)獲知可用的“空閑”頻率信息。可用頻率獲取需要通過(guò)空口的頻譜檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，為了進(jìn)一步確保對(duì)授權(quán)系統(tǒng)的保護(hù)，還可以設(shè)立系統(tǒng)間的聯(lián)合頻譜信息數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)進(jìn)行管理，如圖2所示。

圖2 共享頻譜獲取方式

空口頻譜檢測(cè)不需要授權(quán)系統(tǒng)主動(dòng)提供頻率占用情況的信息，通過(guò)有效的頻譜檢測(cè)方法，對(duì)所處區(qū)域的頻率占用情況，功率和干擾值大小等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在部署方式上，根據(jù)實(shí)際授權(quán)系統(tǒng)覆蓋情況的不同，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)可以采用嵌入基站側(cè)或者在多個(gè)小區(qū)共用獨(dú)立檢測(cè)實(shí)體的部署方式。單基站檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的部署方式適合于授權(quán)系統(tǒng)單小區(qū)發(fā)射功率較低且移動(dòng)小區(qū)半徑較大的場(chǎng)景，而多個(gè)蜂窩小區(qū)共用獨(dú)立檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的部署方式適合授權(quán)系統(tǒng)大覆蓋范圍或蜂窩小區(qū)半徑較小的場(chǎng)景，此時(shí)，多個(gè)聯(lián)合蜂窩小區(qū)的可用頻譜基本一致。由于當(dāng)前的頻譜檢測(cè)技術(shù)都不可避免的存在漏檢和錯(cuò)判概率，錯(cuò)誤的檢測(cè)結(jié)果會(huì)造成對(duì)共享系統(tǒng)間的干擾，因此，共享系統(tǒng)間還可以進(jìn)一步增設(shè)聯(lián)合頻譜信息數(shù)據(jù)庫(kù)，授權(quán)系統(tǒng)將頻率占用和調(diào)整的信息提供給集中控制的頻譜數(shù)據(jù)庫(kù)，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取這些信息，從而精確的判斷并指導(dǎo)本系統(tǒng)的頻譜使用。

3.2 動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃

適應(yīng)頻譜動(dòng)態(tài)變化的頻率規(guī)劃是蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)共享應(yīng)用的關(guān)鍵。本節(jié)我們基于蜂窩小區(qū)的業(yè)務(wù)量和頻譜可用度優(yōu)先級(jí)，并綜合考慮工程應(yīng)用的規(guī)劃復(fù)雜性，提出一種適應(yīng)頻率動(dòng)態(tài)變化的頻率規(guī)劃方案。動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃的算法流程如圖3所示。整個(gè)規(guī)劃方案可以分為兩個(gè)階段：載波預(yù)規(guī)劃與載波動(dòng)態(tài)調(diào)整階段。其中第一階段主要完成可用頻譜在地理分布上發(fā)生變化情況的規(guī)劃，第二階段則主要處理可用頻譜在時(shí)間上的動(dòng)態(tài)變化問(wèn)題。

圖3 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃的實(shí)施步驟

3.2.1 載波預(yù)規(guī)劃算法

3.2.1.1 規(guī)劃區(qū)域空閑載波統(tǒng)計(jì)

根據(jù)長(zhǎng)期檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，結(jié)合聯(lián)合頻譜信息數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取授權(quán)系統(tǒng)在不同時(shí)間段及不同覆蓋區(qū)域的頻譜使用分布情況及空閑概率。

3.2.1.2 可用載波的確定與分類(lèi)

根據(jù)先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)頻段信息，確定規(guī)劃區(qū)域內(nèi)不同地理位置的基站的可用載波，并進(jìn)行載波分類(lèi)。可用載波的分類(lèi)需要根據(jù)具體共享系統(tǒng)的干擾門(mén)限指標(biāo)進(jìn)行。表1給出了一組針對(duì)TD-LTE系統(tǒng)在698～806MHz頻段與廣播系統(tǒng)共享應(yīng)用的載波類(lèi)別設(shè)定。

表1 TD-LTE系統(tǒng)在698～806MHz頻段與廣播系統(tǒng)共享應(yīng)用的載波類(lèi)別設(shè)定

3.2.1.3 確定移動(dòng)通信系統(tǒng)載波復(fù)用簇

根據(jù)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)性能，確定頻率復(fù)用規(guī)劃簇的大小，簇的大小可為1個(gè)或多個(gè)基站或1個(gè)扇區(qū)。由于授權(quán)系統(tǒng)信號(hào)分布差異，移動(dòng)通信系統(tǒng)在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)可用載波將存在差異，所以這里的簇與傳統(tǒng)意義上移動(dòng)通信系統(tǒng)的復(fù)用規(guī)劃簇有一定差別。傳統(tǒng)意義上移動(dòng)通信系統(tǒng)各簇之間載波分配及使用方式相同；但在共享應(yīng)用情況下，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)簇的可用載波將會(huì)出現(xiàn)一定的不同。

3.2.1.4 可用載波預(yù)規(guī)劃

首先對(duì)已分類(lèi)可用載波按類(lèi)別分別設(shè)定權(quán)值。權(quán)值設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的具體需求而定，一般而言，A類(lèi)載波在各扇區(qū)均衡性是最重要的規(guī)劃指標(biāo)。然后完成調(diào)用優(yōu)先級(jí)排序，對(duì)共享頻段的所有可用載波進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，對(duì)不同規(guī)劃簇相同編號(hào)的載波按所屬分類(lèi)進(jìn)行權(quán)值求和，得到此編號(hào)載波在總規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的全局權(quán)重，并按全局權(quán)重對(duì)所有可用載波進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序。最后進(jìn)行各扇區(qū)載波分配，將所有排序后載波按照一定的順序分配到各個(gè)扇區(qū)中，確定在整個(gè)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)載波預(yù)規(guī)劃模板。在實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)不同移動(dòng)通信系統(tǒng)的情況使用不同的分配規(guī)則，如：選擇按載波優(yōu)先級(jí)從高到低以順時(shí)針依次分配，直到所有可用載波分配完為止。

3.2.1.5 簇內(nèi)載波調(diào)整

可用載波的預(yù)規(guī)劃模板包含了共享頻段上移動(dòng)通信系統(tǒng)的所有可用載波，但由于不同位置授權(quán)系統(tǒng)對(duì)載波占用情況不同，移動(dòng)通信系統(tǒng)各個(gè)規(guī)劃簇的可用載波還存在一定的差別，因此需在具體扇區(qū)中對(duì)載波分配進(jìn)行調(diào)整并確定各扇區(qū)內(nèi)載波的使用優(yōu)先級(jí)。在實(shí)現(xiàn)上，首先刪除各扇區(qū)D類(lèi)載波，然后從A到C設(shè)置調(diào)用優(yōu)先級(jí)。其中，采用扇區(qū)間A、B類(lèi)載波個(gè)數(shù)相差≥2的鄰扇區(qū)借調(diào)機(jī)制，避免調(diào)整過(guò)程中出現(xiàn)少數(shù)扇區(qū)高優(yōu)先級(jí)載波數(shù)量分配不均衡的現(xiàn)象。

3.2.2 載波動(dòng)態(tài)調(diào)整算法

針對(duì)授權(quán)系統(tǒng)使用頻率的時(shí)間可變性，需要及時(shí)響應(yīng)并對(duì)規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.2.2.1 授權(quán)系統(tǒng)載波占用調(diào)整

在遇到授權(quán)系統(tǒng)突發(fā)占用某些可用載波時(shí)，啟動(dòng)占用調(diào)整處理：對(duì)正在使用這些載波的小區(qū)立即切換到本小區(qū)其他可用載波上；在授權(quán)系統(tǒng)頻率占用區(qū)域內(nèi)，將移動(dòng)通信系統(tǒng)中已標(biāo)記的這些載波從可用載波集中刪除；根據(jù)各個(gè)規(guī)劃簇內(nèi)的用戶業(yè)務(wù)量及QoS需求判斷是否需要觸發(fā)鄰扇區(qū)載波借調(diào)機(jī)制；更新該頻帶內(nèi)載波的統(tǒng)計(jì)信息，包括占用概率、信號(hào)強(qiáng)度分布等統(tǒng)計(jì)信息，并判定是否需要進(jìn)行載波類(lèi)別調(diào)整。

3.2.2.2 授權(quán)系統(tǒng)載波空閑調(diào)整

當(dāng)授權(quán)系統(tǒng)的某一工作載波由占用變?yōu)榭臻e時(shí)，啟動(dòng)空閑調(diào)整處理：更新該頻帶內(nèi)載波的統(tǒng)計(jì)信息，包括占用概率、信號(hào)強(qiáng)度分布等統(tǒng)計(jì)信息，并判定是否需要進(jìn)行載波使用優(yōu)先級(jí)調(diào)整；當(dāng)檢測(cè)到授權(quán)系統(tǒng)退出對(duì)某一頻率的占用，首先將該頻率加入可用載波集中，并置為最低使用優(yōu)先級(jí)，根據(jù)扇區(qū)業(yè)務(wù)負(fù)載情況進(jìn)行分配；隨著檢測(cè)周期的推移調(diào)整空閑載波使用優(yōu)先級(jí)，根據(jù)使用優(yōu)先級(jí)調(diào)整載波調(diào)用次序。

3.2.2.3 載波優(yōu)先級(jí)及規(guī)劃調(diào)整更新

根據(jù)共享頻帶內(nèi)載波的統(tǒng)計(jì)信息結(jié)果，當(dāng)整個(gè)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)多個(gè)可用載波類(lèi)型發(fā)生了變化且在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定不變時(shí)，重復(fù)上述規(guī)劃對(duì)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)可用載波進(jìn)行優(yōu)先級(jí)重置及規(guī)劃調(diào)整。需要注意的是，當(dāng)授權(quán)系統(tǒng)使用頻率變化較慢時(shí)，這一更新過(guò)程可以相對(duì)較慢，更新周期取決于服務(wù)提供商對(duì)是否進(jìn)行全網(wǎng)重新規(guī)劃的判斷。

4 仿真分析

本節(jié)我們基于獨(dú)立開(kāi)發(fā)的頻譜共享系統(tǒng)級(jí)仿真平臺(tái)，以我國(guó)698～806MHz頻段的低頻率利用率、大覆蓋范圍的廣播系統(tǒng)與TD-LTE系統(tǒng)的實(shí)際共享應(yīng)用為例，對(duì)本文所提的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃方案的性能進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。重點(diǎn)分析了以下兩種情況的移動(dòng)通信系統(tǒng)性能：

不同廣播覆蓋區(qū)域的TD-LTE系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻譜規(guī)劃的組網(wǎng)性能；

同區(qū)域廣播占用頻率動(dòng)態(tài)變化時(shí)，TD-LTE系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻譜規(guī)劃調(diào)整及網(wǎng)絡(luò)性能。

4.1 不同地理區(qū)域的共享頻譜情況

假設(shè)在一個(gè)城市區(qū)域內(nèi)，三個(gè)廣播電視塔使用了698～806MHz頻段內(nèi)的部分信道，如圖4的規(guī)劃界面所示，1號(hào)站使用該頻段內(nèi)的第一個(gè)8MHz信道（載波編號(hào)1），2號(hào)臺(tái)站使用2號(hào)信道，3號(hào)廣播臺(tái)站使用4號(hào)信道。假設(shè)廣播塔發(fā)射功率均為100kW， TD-LTE系統(tǒng)在相同區(qū)域利用該頻段其他可用廣播信道進(jìn)行動(dòng)態(tài)組網(wǎng)應(yīng)用。

圖4給出了在以圓圈中心為中點(diǎn)的區(qū)域TD-LTE系統(tǒng)（以一個(gè)基站為規(guī)劃簇）的可用頻率規(guī)劃結(jié)果。從左到右的仿真結(jié)果顯示：（1）根據(jù)移動(dòng)基站在廣播覆蓋區(qū)域內(nèi)的干擾測(cè)量結(jié)果，廣播系統(tǒng)的使用信道及其相應(yīng)的鄰頻信道由于干擾超過(guò)使用門(mén)限，均被從動(dòng)態(tài)規(guī)劃模板中剔除，不能為T(mén)D-LTE系統(tǒng)使用。該頻段的其他可用信道（如編號(hào)7～12信道）則可以按規(guī)則進(jìn)行組網(wǎng)應(yīng)用。（2）當(dāng)所考察的TD-LTE系統(tǒng)規(guī)劃區(qū)域處于廣播塔覆蓋半徑外較遠(yuǎn)的地理位置時(shí)，廣播信號(hào)干擾已低于不能使用的門(mén)限值，但相比其他可用載頻其同頻干擾依然較大，即處于C、D類(lèi)載波。根據(jù)規(guī)劃算法，其各扇區(qū)可使用的同頻載波（如1、2和3號(hào)載波）均被規(guī)劃在相應(yīng)的扇區(qū)最低優(yōu)先級(jí)位置，供各扇區(qū)在高負(fù)載情況下使用。（3）當(dāng)所考察的規(guī)劃區(qū)域在更遠(yuǎn)的地理位置，同頻載波干擾可以被忽略，即同處于A或B類(lèi)載波。此時(shí)所有載波均可以使用且優(yōu)先級(jí)按載波號(hào)從小到大排列，達(dá)到該頻段的最高頻率利用率。

圖4 廣播基站占用情況和TD-LTE系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃結(jié)果

圖5 不同地理位置的TD-LTE系統(tǒng)性能仿真

圖5給出了在以上3種不同地理區(qū)域TD-LTE系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃組網(wǎng)的性能。從仿真結(jié)果中可以看到：隨著TD-LTE系統(tǒng)逐漸遠(yuǎn)離廣播覆蓋區(qū)域，可用載波增加導(dǎo)致系統(tǒng)相對(duì)吞吐量由0.61逐漸增加到1（系統(tǒng)相對(duì)吞吐量指實(shí)際系統(tǒng)吞吐量與使用全部頻率且無(wú)干擾情況下系統(tǒng)吞吐量的比值）；系統(tǒng)SINR的CDF曲線較為集中（0～15dB左右），約50%的用戶SINR>10dB，系統(tǒng)IoT指標(biāo)也控制在一個(gè)理想的水平內(nèi)。這說(shuō)明基于動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃的TD-LTE系統(tǒng)在不同地理位置均能夠達(dá)到穩(wěn)定的共享應(yīng)用性能。值得注意的是，相比其他地理位置，地理位置2的SINR相對(duì)較差，IoT干擾指標(biāo)也較大且在上端有一定波動(dòng)，這是因?yàn)楫?dāng)處于廣播覆蓋范圍外不遠(yuǎn)處，干擾較大的D類(lèi)載波將參與規(guī)劃，D類(lèi)載波的使用雖然提高了整體吞吐量，但其載波干擾也會(huì)相對(duì)較大。因此，根據(jù)動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃的調(diào)度規(guī)則，各小區(qū)應(yīng)在負(fù)載較重時(shí)才選擇使用低優(yōu)先級(jí)的D類(lèi)載波。

4.2 頻率隨時(shí)間變化的共享情況

本節(jié)重點(diǎn)分析了TD-LTE系統(tǒng)在相同區(qū)域，廣播系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)變化情況下的規(guī)劃調(diào)整結(jié)果及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)性能仿真。廣播頻率初始占用及部署與上一小節(jié)相同，但在不同時(shí)間將臨時(shí)占用和空閑所使用的頻率，以圓圈為中點(diǎn)的區(qū)域TD-LTE系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃結(jié)果從左到右如圖6所示。規(guī)劃結(jié)果顯示：（1）初始情況下，TD-LTE系統(tǒng)處于廣播發(fā)射塔的4號(hào)載波同頻覆蓋范圍內(nèi)，因此，4號(hào)載頻由于干擾超過(guò)保護(hù)門(mén)限而被剔除，而1號(hào)和2號(hào)載頻雖然可以使用，但由于存在干擾，被規(guī)劃為該扇區(qū)中較低的優(yōu)先級(jí)。（2）當(dāng)廣播系統(tǒng)臨時(shí)增加使用12號(hào)載頻的發(fā)射塔時(shí)，TD-LTE系統(tǒng)動(dòng)態(tài)避讓了該載波頻率，并由于鄰頻干擾超過(guò)保護(hù)門(mén)限，及時(shí)剔除了第一和第二鄰頻以提供對(duì)廣播系統(tǒng)的有效保護(hù)，其他載波類(lèi)別和排序保持不變。（3）當(dāng)?shù)谌龔V播塔停止使用698～806MHz頻段上的4號(hào)載波時(shí)，由于檢測(cè)到4號(hào)載波剛剛空閑，根據(jù)規(guī)則，4號(hào)載波被及時(shí)按預(yù)規(guī)劃模板調(diào)整到相應(yīng)扇區(qū)，作為最低優(yōu)先級(jí)使用。

TD-LTE系統(tǒng)經(jīng)過(guò)上述3種動(dòng)態(tài)頻譜調(diào)整后的整體性能如圖7所示。由于TD-LTE系統(tǒng)規(guī)劃的可用載波數(shù)隨著廣播系統(tǒng)的頻率變化而變化，不同時(shí)刻TDLTE系統(tǒng)的總?cè)萘繒?huì)發(fā)生一定的變化，但三種動(dòng)態(tài)調(diào)整后的網(wǎng)絡(luò)SINR及IoT分布均能保持一致，且處于理想的性能水平，這說(shuō)明經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃的TD-LTE系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)變化的頻譜環(huán)境，在保證對(duì)授權(quán)廣播系統(tǒng)的保護(hù)同時(shí)，保證了自身的網(wǎng)絡(luò)性能達(dá)到基本類(lèi)似的水平，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)共享應(yīng)用。

5 結(jié)論

圖6 廣播基站隨時(shí)間的頻率占用情況和TD-LTE系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃結(jié)果

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)與其他大覆蓋、低頻譜利用率的無(wú)線系統(tǒng)的頻譜共享應(yīng)用具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。本文在充分考慮共享應(yīng)用場(chǎng)景的頻譜資源時(shí)變特性和蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)頻率復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了適應(yīng)頻譜動(dòng)態(tài)變化的動(dòng)態(tài)頻率規(guī)劃技術(shù)，有效解決了頻譜共享在移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用的核心問(wèn)題，為未來(lái)頻譜共享蜂窩無(wú)線通信系統(tǒng)的實(shí)際大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖7 不同時(shí)刻的TD-LTE系統(tǒng)性能仿真

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