摘 ?要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信業(yè)務(wù)量呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，如何進一步提升傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)容量成為亟待解決的問題。當前利用物理層技術(shù)提高頻率效率，對未來的需求來說微不足道，如何有效利用授權(quán)頻帶以外的帶寬資源成了通信研究的重要方向[1-3]。本文將對非授權(quán)頻帶頻譜共享技術(shù)的原理和發(fā)展進行介紹，并針對MulteFire技術(shù)的專利申請進行分析。

關(guān)鍵詞：非授權(quán)頻帶;LTE-U;LAA;MulteFire

中圖分類號：TN925 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0187-03

Abstract：With the development of communication technology，the amount of wireless communication traffic has exploded，and how to further increase the transmission rate and network capacity has become an urgent problem to be solved. At present，the use of physical layer technology to improve frequency efficiency is insignificant for future needs. How to effectively utilize bandwidth resources outside the licensed band has become an important direction of communication research[1-3]. This article will introduce the principle and development of unlicensed band spectrum sharing technology and analyze the patent application of MulteFire technology.

Keywords：unlicensed band;LTE-U;LAA;MulteFire

0 ?引 ?言

3GPP在2013年首次提出了LTE-U（LTE in unlicensed spectrum），通過非授權(quán)頻帶承載移動服務(wù)數(shù)據(jù)。隨后又提出了其演進技術(shù)方案：授權(quán)輔助接入（Licensed Assisted Access，LAA）、增強型授權(quán)輔助接入（Enhanced Licensed Assisted Access，eLAA）等，并作為標準。

2018年，在Rel-16版本中3GPP正式成立了5G NR非授權(quán)頻帶（5G NR in Unlicensed Spectrum）項目組。MulteFire是一種不借助授權(quán)頻帶運行于非授權(quán)頻帶的技術(shù)，具有組網(wǎng)靈活、與其他平臺技術(shù)公平共存的特點。

1 ?技術(shù)演進路線

1.1 ?LTE-U

在2013年12月召開的3GPP RAN#62次會上首次提出了LTE-U，其借助載波聚合技術(shù)（CA）和補充下行鏈路模式（SDL）部署，所有LTE控制和數(shù)據(jù)信道均在授權(quán)頻帶上運行，非授權(quán)頻帶上僅通過額外的數(shù)據(jù)信道提升數(shù)據(jù)面性能。利用載波聚合模式在非授權(quán)頻帶同時部署下行鏈路和上行鏈路。補充下行鏈路模式（SDL），只將非授權(quán)頻帶作為下行鏈路傳輸。以上兩種模式，非授權(quán)頻帶都僅用于數(shù)據(jù)層，所有的控制層流量均由授權(quán)頻段處理，核心網(wǎng)同時運營于授權(quán)與非授權(quán)頻帶，便于移動網(wǎng)絡(luò)的管理與升級[4，5]。

美國有線電視實驗室（CableLabs）在3GPP RAN#64次會議上提出了基于時分復用的動態(tài)占空比方案，該方案中LTE系統(tǒng)在預定的ON/OFF周期使用，Wi-Fi有機會接入。高通提出的載波偵聽自適應(yīng)傳輸（Carrier Sensing Adaptive Transmission，CSAT）的共存方案也采用相類似的結(jié)構(gòu)。然而，上述方案在共存時均以LTE為主，LTE占用并控制信道，Wi-Fi有機會接入，雖然能避免沖突，但無法保證公平性。LBT機制不需回退，檢測到信道空閑后馬上接入信道。在密集部署的區(qū)域引入了CSMA/CA中的競爭窗和隨機避退機制，能有效降低數(shù)據(jù)分組的碰撞概率。

1.2 ?LAA/eLAA

授權(quán)輔助接入（LAA）首次在RAN#64次會議上提出，2015年LAA結(jié)束了項目研究SI階段，得出了采用合適信道接入機制的條件下（如LBT），LAA可以與Wi-Fi公平共存的結(jié)論。在3GPP Rel-13中進一步規(guī)定了使用非授權(quán)頻帶需要遵守的設(shè)計準則：一必須使用授權(quán)頻段作為錨點，不能單獨使用非授權(quán)頻帶傳輸數(shù)據(jù);二非授權(quán)頻帶只能作為副載波而不能作為主載波使用。因此，LAA采用載波聚合技術(shù)（CA），授權(quán)頻帶作為主載波單元（PCC）傳送關(guān)鍵信息和保證服務(wù)質(zhì)量（QoS），非授權(quán)頻帶作為副載波單元（SCC），可配置成下行補充鏈路，提供額外的無線資源，通過媒體訪問控制單元（MAC）激活/釋放非授權(quán)頻帶的資源使用，動態(tài)使用資源，在基站激活非授權(quán)頻帶資源時，LTE在非授權(quán)頻帶上傳輸蜂窩數(shù)據(jù)，當基站釋放非授權(quán)頻帶資源時，Wi-Fi系統(tǒng)可基于競爭搶占使用非授權(quán)頻帶資源，從而實現(xiàn)非授權(quán)頻帶的靈活調(diào)度[6，7]。為了保證其與其他平臺的技術(shù)公平共存，3GPP將深化對干擾避免機制的研究，在避免沖突的基礎(chǔ)上，更注重公平性的研究。

隨著標準化的進程，LAA不只用于承載LTE系統(tǒng)的下行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，UE上行數(shù)據(jù)傳輸也將在非授權(quán)頻帶傳輸，在3GPP Rel-14標準中，正式提出了LAA的演進版本——增強型授權(quán)輔助接入（eLAA），可以同時提高LTE-LAA系統(tǒng)上、下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速率。在3GPP Rel-15中進一步針對一些細節(jié)性的技術(shù)進行了完善，以進一步實現(xiàn)增強型授權(quán)輔助接入（eLAA）[8]。

1.3 ?MulteFire

MulteFire是一種通過在非授權(quán)頻帶上獨立運行LTE技術(shù)的新型無線網(wǎng)絡(luò)，其不需要授權(quán)頻帶作為錨點執(zhí)行輔助接入。MulteFire Alliance（MFA）成立于2015年12月，其核心目標是協(xié)同3GPP采用LTE以及下一代蜂窩移動技術(shù)在非授權(quán)頻帶上部署無線通信網(wǎng)絡(luò)。2017年1月由MulteFire Alliance（MFA）發(fā)布了MulteFire 1.0技術(shù)規(guī)范，該規(guī)范基于3GPP Rel-13/14，在最大限度上減少了LTE和MulteFire之間的差異。MFA于2018年2月發(fā)布了MulteFire 1.0.1規(guī)范。目前在開發(fā)中的1.1版本主要涉及兩種支持物聯(lián)網(wǎng)的方法：兼容eMTC與低功耗廣域的NB-IoT[9-11]。

為實現(xiàn)不同類型的部署，MulteFire包括兩種接入模式：公共陸地移動網(wǎng)絡(luò)（Public Land Mobile Network，PLMN）模式和中立主機網(wǎng)絡(luò)（Neutral Host Network，NHN）模式。其中，在PLMN接入模式中，MulteFire無線接入網(wǎng)以類似于演進通用陸地無線網(wǎng)E-UTRAN的方式接入到3GPP演進分組核心網(wǎng)中，通過S1連接并具有類似E-UTRAN的功能，新引入的MulteFire接入點將扮演了LTE網(wǎng)絡(luò)中基站的角色，用戶可以在MulteFire與3GPP RAN之間移動時保留IP。在中立主機網(wǎng)絡(luò)（NHN）接入模式中，MulteFire作為一個獨立部署的網(wǎng)絡(luò)，提供本地IP網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)接入，同一NHN內(nèi)的MulteFire小區(qū)之間支持移動性，NHN通過外部簽約采購服務(wù)供應(yīng)商（Procurement services provicers，PSP）進行交互為用戶提供服務(wù)，邏輯上與NHN運營商是相互獨立的，移動網(wǎng)絡(luò)運營商可以作為NHN模式下的服務(wù)提供商，NHN可以作為專用私有網(wǎng)絡(luò)部署在隔離環(huán)境或公共空間中。

3GPP Rel-16版本中正式成立了5G NR非授權(quán)頻帶（NR-U）項目組，將LTE-U/LAA技術(shù)拓展到了5G。其包括兩種工作模式：授權(quán)頻帶輔助接入的NR-U即LAA NR-U以及獨立式NR-U。其中獨立式NR-U定義了不再需要授權(quán)頻帶作為錨點，其可以獨立運行于非授權(quán)頻帶，這意味著即使不具有授權(quán)頻帶的運營商也可以部署5G網(wǎng)絡(luò)。與LTE-U，LAA和LWA不同，MulteFire完全在未經(jīng)許可的頻段中運行，用戶安裝MulteFire AP（接入點）或路由器實現(xiàn)LTE覆蓋，而不依賴于許可的頻譜，它使物聯(lián)網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實。目前NR-U的獨立模式技術(shù)細節(jié)仍在討論中，MulteFire將成為發(fā)展方向[12，13]。

2 ?非授權(quán)頻帶頻譜共享技術(shù)專利分析

為了進一步分析MulteFire技術(shù)的專利申請情況，本文通過Patentics和S系統(tǒng)利用關(guān)鍵詞、分類號進行檢索，并適應(yīng)性的執(zhí)行去噪處理，將得到的檢索結(jié)果作為專利分析的基礎(chǔ)。

圖1示出了MulteFire技術(shù)全球申請量的發(fā)展趨勢，可以看出全球范圍內(nèi)，MulteFire技術(shù)的專利申請在2015年開始出現(xiàn)，隨后保持持續(xù)的增長，尤其在2017年申請量達到頂峰，標志著MulteFire逐漸成熟。在2017年底之后，由于專利公開滯后的因素，申請量暫時呈現(xiàn)下降趨勢。由此可知，從2017年以來MulteFire一直處于技術(shù)活躍期，包括2017年之前的早期技術(shù)萌芽期，專利申請量逐漸增加。2017年之后的技術(shù)迅速進入發(fā)展成長期以及穩(wěn)定發(fā)展期。2018年后的數(shù)據(jù)尚不完善。

圖2示出了MulteFire技術(shù)的主要專利申請人，從圖中可以看出，在MulteFire領(lǐng)域，我國的佰才邦、華為均榜上有名，這說明我國的MulteFire技術(shù)水平已進處于世界先進水平，但是與行業(yè)內(nèi)的巨頭仍存在差距。由于MulteFire概念首先是由高通提出的，并且MFA也由高通等公司牽頭，因此高通的申請量最高，在300件以上。華為2016年11月才加入的MFA，所以相比其他幾家企業(yè)，仍有一定距離和進一步提升的空間。值得注意的是，還有一家中國的公司也加入到了MulteFire技術(shù)的專利布局中——北京佰才邦。佰才邦的創(chuàng)始人是華為院士Fellow孫立新，主要負責無線專利標準工作，因此在該公司2014成立之初便成為了4G賽道上的黑馬。

由圖3可以看出，全球關(guān)于MulteFire的專利申請總量，在本地資源管理、信道編碼、信道接入、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃這幾方面申請量較大。其中本地資源管理，例如無線資源的選擇或分配調(diào)度或無線業(yè)務(wù)量調(diào)度資源管理作為MulteFire最重要的技術(shù)分支，申請量比重接近1/3。在無線接入、信道編碼、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等方面，比重也分別達到了15%、12%與11%。MulteFire技術(shù)的本質(zhì)是非授權(quán)頻帶的獨立接入，其僅在網(wǎng)絡(luò)資源分配、無線接入、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃等方面與授權(quán)頻帶運行的LTE系統(tǒng)不同，因此上述主題是MulteFire相關(guān)的核心技術(shù)，也將成為5G獨立非授權(quán)接入模式相關(guān)的核心技術(shù)。

3 ?結(jié) ?論

目前，我國在下一代通信技術(shù)領(lǐng)域已取得了長足的發(fā)展，非授權(quán)頻帶接入將成為5G中實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”的核心技術(shù)，MulteFire為代表的非授權(quán)頻帶獨立接入模式將成為未來的發(fā)展方向。面對中國這個通信行業(yè)的巨大市場，各通信業(yè)巨頭都已在我國密布專利觸角。希望本文能夠幫助讀者了解國內(nèi)外非授權(quán)頻帶技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及未來獨立接入模式中MulteFire技術(shù)的專利現(xiàn)狀。

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作者簡介：張宇（1992-），男，漢族，北京人，碩士，審查員，研究方向：移動通信領(lǐng)域發(fā)明專利的實質(zhì)審查。