摘要：隨著未來網(wǎng)絡(luò)的不斷演進，使得無線電頻譜資源的合理分配與高效管理顯得尤為關(guān)鍵。該文針對無線電頻譜資源的管理現(xiàn)狀，通過分析未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對頻譜需求的新變化，指出了傳統(tǒng)頻譜分配和管理模式的不足之處。在此基礎(chǔ)上，該文探討了一些頻譜分配和管理的策略，旨在實現(xiàn)頻譜資源的動態(tài)、靈活和高效利用。通過對技術(shù)創(chuàng)新的綜合應(yīng)用，提出了包括政策工具優(yōu)化、經(jīng)濟性分析在內(nèi)的多元化管理策略。研究結(jié)果表明，這些策略能夠促進頻譜資源的優(yōu)化配置，滿足未來網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)傳輸需求，對促進無線電頻譜資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：基金項目；未來網(wǎng)絡(luò)；無線電頻譜；頻譜分配；頻譜管理

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.006

中圖分類號：TN 925" " " " " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-00-03

Research on Radio Spectrum Allocation and Management Models in Future Networks

KONG Deyan， LAI Xingjun， LI Tengfei

（Shenzhen Radio Detection Technology Research Institute， Shenzhen 518048， China）

Abstract： With the continuous evolution of future networks， the rational allocation and efficient management of radio spectrum resources become particularly crucial. The article focuses on the current management status of radio spectrum resources and points out the shortcomings of traditional spectrum allocation and management models by analyzing the new changes in spectrum demand in future network technologies. On this basis， the article explores some strategies for spectrum allocation and management， aiming to achieve dynamic， flexible， and efficient utilization of spectrum resources. Through the comprehensive application of technological innovation， the article proposes diversified management strategies including policy tool optimization and economic analysis. The research results indicate that these strategies can promote the optimal allocation of spectrum resources， meet the high-speed data transmission needs of future networks， and are of great significance for promoting the sustainable development of radio spectrum resources.

Keywords： fund projects; future network; radio spectrum; spectrum allocation; spectrum management

0" "引言

當前，移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、5G技術(shù)等未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，對頻譜資源的需求日益激增，傳統(tǒng)的頻譜分配和管理模式已經(jīng)難以滿足新興網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求。面對頻譜資源的有限性和日益復(fù)雜的利用場景，如何合理規(guī)劃和有效管理頻譜資源，保障頻譜的有效使用，成為當前無線電管理領(lǐng)域的重大課題。

1" "頻譜管理現(xiàn)狀與問題分析

1.1 全球頻譜管理的現(xiàn)狀

在全球范圍內(nèi)，無線電頻譜管理呈現(xiàn)出多元化的格局，各國及區(qū)域性組織遵循國際電信聯(lián)盟（ITU）的框架，制定相應(yīng)的頻譜政策以適應(yīng)各自的需求。頻譜管理不僅需要平衡軍民用途，還要考慮與跨國無線電服務(wù)的協(xié)調(diào)。在此過程中，發(fā)達國家往往能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效的頻譜管理，如利用競拍、拍賣等市場化手段以優(yōu)化資源分配。然而，在資源有限的前提下，頻譜的管理和分配常常面臨著需求超出供給的局面。盡管頻譜再利用和共享技術(shù)取得了進步，但在實際應(yīng)用中仍存在技術(shù)門檻和政策限制[1]。

1.2 傳統(tǒng)頻譜管理方法的局限性

傳統(tǒng)頻譜管理方法，主要依靠預(yù)先規(guī)劃和固定分配的方式，長期以來在保障無線電通信的穩(wěn)定性和可靠性方面發(fā)揮了作用。然而，這種方法在當前無線通信快速發(fā)展的環(huán)境下顯現(xiàn)出不足。預(yù)先規(guī)劃無法適應(yīng)無線電通信業(yè)務(wù)的快速變化，固定分配則導(dǎo)致了頻譜使用的僵硬。例如，在模擬電視等服務(wù)轉(zhuǎn)向數(shù)字化后，原有的頻譜分配就顯得過剩，而移動數(shù)據(jù)通信等新興的無線服務(wù)頻繁面臨頻譜短缺的問題。此外，固定分配往往忽略了頻譜的時空使用特性，即在不同的時間和地點，相同的頻譜可能有著不同的使用密度和需求，這種一刀切的分配策略難以充分發(fā)揮頻譜的最大經(jīng)濟價值。針對上述局限性，迫切需要更加動態(tài)和靈活的管理方法，以實現(xiàn)資源的高效配置。

1.3 未來網(wǎng)絡(luò)對頻譜管理提出的挑戰(zhàn)

未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是物聯(lián)網(wǎng)以及未來的6G網(wǎng)絡(luò)，將使頻譜資源需求更加復(fù)雜和多元化。未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特征的多樣性，如高密度的網(wǎng)絡(luò)連接、大范圍的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署、對低延遲和高可靠性的要求，都對頻譜管理提出了新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的頻譜管理框架難以滿足這些技術(shù)的靈活性和動態(tài)性要求。頻譜的快速配置和重配置能力變得至關(guān)重要，這不僅需要技術(shù)上的創(chuàng)新，更需要在政策層面上進行改革。例如，動態(tài)頻譜管理技術(shù)可以根據(jù)實時的通信需求來調(diào)整頻譜的使用，但這需要強大的技術(shù)系統(tǒng)支撐，并且要在全球范圍內(nèi)獲得政策上的承認和支持。此外，如何在確?，F(xiàn)有服務(wù)不受影響的前提下，為新興技術(shù)提供頻譜資源，也是未來頻譜管理需要解決的重大問題。

2" "頻譜管理理論與技術(shù)創(chuàng)新

2.1 頻譜管理的理論基礎(chǔ)

頻譜管理的理論基礎(chǔ)得益于對特性的深入理解。要將無線電頻譜視為一種有限的公共資源，這種資源不能因其不被“消耗”和必須共享使用，而被標記為共享資源的經(jīng)典案例。從經(jīng)濟學角度來看，頻譜管理的理論框架強調(diào)了資源分配的效率和公平性，通過合理的規(guī)劃和分配來最大化造福社會。此外，考慮到無線電波的物理特性，如傳播距離和頻率，頻譜管理理論也涉及到避免干擾和優(yōu)化頻譜的時間、地理使用等。這就要求管理策略不僅要科學合理，還要具備適應(yīng)性和靈活性，以應(yīng)對技術(shù)進步和服務(wù)需求的變化。公共政策理論在此起到了關(guān)鍵作用，為頻譜管理提供了合理化和公眾利益最大化的理論依據(jù)，同時也為管理實踐提供了指導(dǎo)原則。

2.2 無線電頻譜技術(shù)的最新發(fā)展

技術(shù)進步是推動無線電頻譜管理進入新時代的關(guān)鍵力量。近年來，認知無線電技術(shù)的出現(xiàn)被視為一次革命性的發(fā)展，它使得無線設(shè)備能夠感知周圍頻譜的使用情況，并在不干擾其他用戶的前提下，動態(tài)地選擇最佳頻段進行通信。這不僅提高了頻譜的使用效率，還為頻譜管理帶來了新的思路。與此同時，軟件定義無線電（SDR）技術(shù)的發(fā)展，也使得無線電設(shè)備的功能可以通過軟件升級而不是硬件更換，來為頻譜資源的靈活管理和再配置提供技術(shù)支撐。此外，通過先進的數(shù)據(jù)分析和機器學習技術(shù)，現(xiàn)在能夠更為準確地預(yù)測頻譜使用模式和需求，從而指導(dǎo)頻譜的分配和管理。這些技術(shù)進步為無線電頻譜資源的管理提供了新的可能性和方向[2]。

2.3 頻譜分配技術(shù)創(chuàng)新的方向

頻譜分配的技術(shù)創(chuàng)新正朝著更加靈活性和智能化的方向發(fā)展。一方面，動態(tài)頻譜訪問技術(shù)能夠根據(jù)實時的通信需求調(diào)整頻譜的分配，這對于未來網(wǎng)絡(luò)的無線電頻譜分配十分重要。例如，動態(tài)頻譜管理系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測頻譜的使用情況，并在發(fā)現(xiàn)未使用的頻段時，臨時分配給需要的服務(wù)，從而實現(xiàn)頻譜資源的即時優(yōu)化和靈活利用。另一方面，頻譜分配也在探索更為市場化的方法，比如頻譜拍賣和交易，這些方法能夠根據(jù)市場需求和價值，自動分配頻譜資源，更高效地反映用戶需求和顯示出資源的稀缺性。此外，區(qū)塊鏈技術(shù)的引入也為頻譜分配帶來了新的思路。利用區(qū)塊鏈的去中心化和不可篡改的特性，可以構(gòu)建一個透明、公平的頻譜交易平臺，確保頻譜分配的公正性，并降低管理成本。隨著這些技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，頻譜管理和分配將變得更加高效、透明和自適應(yīng)，能更好地服務(wù)于日益增長的無線通信需求。

3" "優(yōu)化頻譜分配與管理的策略

3.1 動態(tài)頻譜分配的原則與方法

動態(tài)頻譜分配是未來無線電頻譜管理的一項重要策略，它基于頻譜資源使用的實時需求來調(diào)整分配。這一策略的核心原則是實現(xiàn)頻譜資源的最大化利用和降低干擾，同時保持網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的質(zhì)量和可靠性。動態(tài)頻譜分配方法通常涉及到頻譜感知技術(shù)，允許設(shè)備檢測并利用未被占用的頻率。此外，動態(tài)頻譜分配還需依托于先進的算法和策略，如基于優(yōu)化和決策理論的分配算法，能夠確保在用戶需求多變的情況下快速響應(yīng)，實現(xiàn)頻譜的即時分配。這種分配方法的實施，還需要強大的頻譜數(shù)據(jù)庫支持，記錄所有頻率的使用情況，并為認知無線電設(shè)備提供可利用的頻譜信息。這樣的系統(tǒng)可以是集中式的，也可以是分布式的，關(guān)鍵在于更新速度和準確性，以保證頻譜分配的效率和公平性。

3.2 頻譜管理的政策工具與框架

頻譜管理的政策工具和框架必須能夠適應(yīng)快速變化的技術(shù)和市場環(huán)境。政策工具包括頻譜許可證發(fā)放、頻譜拍賣、頻譜稅收和費用、頻譜共享協(xié)議等。許可證制度可以規(guī)定頻譜的使用條件，拍賣則是一種有效的市場化手段，可以發(fā)現(xiàn)頻譜的真實經(jīng)濟價值。頻譜稅收和費用可以抑制頻譜的無效和過度使用，共享協(xié)議則鼓勵用戶在不同時間和地點共享頻譜，以提高資源的使用效率。頻譜管理框架需要強調(diào)靈活性和可適應(yīng)性，政策制定者應(yīng)當定期評估現(xiàn)有政策的實施效果，并根據(jù)技術(shù)進步和服務(wù)需求的變化進行調(diào)整。此外，頻譜管理框架應(yīng)包含有效的監(jiān)管機制，確保頻譜使用的合規(guī)性，并采取措施預(yù)防和解決干擾問題。國際合作是頻譜管理框架的重要組成部分，特別是對于跨境服務(wù)和全球性服務(wù)，如衛(wèi)星通信、國際協(xié)調(diào)等是確保有效管理頻譜的關(guān)鍵。

3.3 頻譜使用效率與經(jīng)濟性分析

為了確保對頻譜資源的有效利用，對頻譜的使用效率與經(jīng)濟性分析成為優(yōu)化頻譜分配與管理策略的重要組成部分。效率分析著眼于評估頻譜資源被使用的密集程度以及資源利用的最大化，經(jīng)濟性分析則更加關(guān)注頻譜使用所產(chǎn)生的經(jīng)濟價值和成本效益比。在進行頻譜使用效率分析時，需要考慮頻譜的時間、地點和方式的綜合使用效率，以及如何通過技術(shù)和政策手段提高這一效率。在經(jīng)濟性分析方面，要考慮到頻譜資源的稀缺性和可替代性，通過市場機制如拍賣和交易來反映頻譜的市場價值，同時也要分析頻譜分配對社會福利的影響。將效率和經(jīng)濟性結(jié)合起來，可以更全面地評估頻譜管理策略的績效，并為政策調(diào)整提供依據(jù)[3]。

4" "未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的管理模式構(gòu)建

4.1 構(gòu)建適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)的頻譜管理模式

未來網(wǎng)絡(luò)的頻譜管理模式要求高度的靈活性與自適應(yīng)性，以應(yīng)對不斷演變的技術(shù)需求和用戶行為。在構(gòu)建這一模式時，必須將頻譜資源的有效性、可訪問性和可持續(xù)性放在首位。管理模式需要從傳統(tǒng)的靜態(tài)分配轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)和自適應(yīng)分配，允許頻譜的實時調(diào)度以適應(yīng)實際需求。為實現(xiàn)這一目標，構(gòu)建的管理模式應(yīng)當包含幾個關(guān)鍵組成部分：先進的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)、智能化的頻譜分配算法以及快速響應(yīng)的政策框架。頻譜監(jiān)測系統(tǒng)負責收集使用數(shù)據(jù)，并提供實時的頻譜使用情況；智能化的分配算法則需要處理這些數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)定的優(yōu)先級和規(guī)則，動態(tài)地分配頻譜資源；政策框架則需要支持這種動態(tài)管理方式，提供必要的法律與行政支持。此外，為適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)的分布式特性，應(yīng)當考慮采用分布式的頻譜管理架構(gòu)，允許網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點自主地進行頻譜的管理和優(yōu)化，從而提高整體網(wǎng)絡(luò)的效率和靈活性[4]。

4.2 管理模式轉(zhuǎn)變的推動因素與實施路徑

頻譜管理模式的轉(zhuǎn)變受多種因素的影響，包括技術(shù)進步、市場需求、政策變革和社會經(jīng)濟發(fā)展等。技術(shù)進步提供了新的可能性，比如認知無線電和機器學習技術(shù)的發(fā)展，可以實現(xiàn)更加智能和靈活的頻譜管理。市場需求的變化，尤其是對于高速、大容量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求增長，迫切需要新的管理模式來提供更有效的頻譜資源支持。在政策層面，隨著對頻譜資源經(jīng)濟價值認識的深化，政策制定者越來越傾向于采用市場化的方法來優(yōu)化頻譜資源的分配。此外，社會經(jīng)濟的發(fā)展也對頻譜管理模式提出了新的要求，比如公平性和普遍服務(wù)等社會目標的實現(xiàn)，也需要頻譜管理的支持。為實現(xiàn)管理模式的轉(zhuǎn)變，需要多階段的實施路徑。首先，應(yīng)進行全面的需求分析和技術(shù)評估，以確定新模式的設(shè)計方向。然后，需要制定相應(yīng)的法律和政策框架，為新模式提供支持。接下來，是技術(shù)和系統(tǒng)的開發(fā)與部署，包括監(jiān)測系統(tǒng)、分配算法和管理平臺等。最后，是模式的實際運行和持續(xù)優(yōu)化，確保其能夠適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化。

5" "結(jié)束語

通過對未來網(wǎng)絡(luò)中無線電頻譜分配和管理模式的深入研究，本文提出了創(chuàng)新理論基礎(chǔ)、技術(shù)發(fā)展以及策略優(yōu)化的方法。從動態(tài)頻譜分配的原則與方法的探討，到頻譜管理政策工具與框架的構(gòu)建，再到頻譜使用效率與經(jīng)濟性的詳盡分析，確立了頻譜管理在未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的核心地位和作用。通過這些研究，揭示了管理模式轉(zhuǎn)變的必要性與可行性，為適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)的頻譜管理模式提供了理論支撐和實施路徑。未來網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展離不開高效和公正的頻譜資源管理，這要求政策制定者、技術(shù)研發(fā)者和行業(yè)參與者共同協(xié)作，以確保頻譜資源的優(yōu)化配置和利用。隨著無線通信技術(shù)的不斷演進和新服務(wù)需求的不斷涌現(xiàn)，頻譜管理將繼續(xù)面臨新的挑戰(zhàn)和機遇。未來的工作將進一步細化和完善這些管理策略，確保它們在實際應(yīng)用中的有效性和適應(yīng)性，為建設(shè)高效、智能、可持續(xù)的未來網(wǎng)絡(luò)貢獻力量。

參考文獻

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[2] 劉倩，孫中森，劉方建，等．基于優(yōu)化煙花算法的認知無線電頻譜分配方案研究[J]．青島大學學報（工程技術(shù)版），2023，38（1）：43-49．

[3] 曹潤生，田嘉琪．基于智能計算的認知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜分配算法研究[J]．現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2022，43（13）：160-162．

[4] 陳浩雷，滕子銘，孫匯陽，等．基于分組拍賣的認知無線電頻譜分配算法[J]．東北電力大學學報，2021，41（2）：72-78．

基金項目：珠海市產(chǎn)學研合作項目-ZH22017001210142PWC。

作者簡介：孔德艷（1989—），女，漢族，山東滕州人，中級工程師，碩士研究生，研究方向為無線電通信、新一代通信。

賴幸君（1982—），男，漢族，廣東梅州人，副高級工程師，碩士研究生，研究方向為無線電管理、頻譜資源規(guī)劃等。

李騰飛（1987—），男，漢族，廣東梅州人，中級工程師，本科，研究方向為無線電管理、新一代通信技術(shù)等。