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摘 要：随着无线通信的发展，研究提高频谱利用率的方法是必然趋势。本文宽带移动通信系统将具有不同特性的静态频谱，竞拍频谱以及动态频谱进行联合分配研究。对频谱可用性特性指标和服务质量指标进行了详细的分析说明。提出了一种有序匹配算法OCA。实现多种频谱资源相结合环境下的频谱分配方案，并做了频谱效率的简要改进，用MATLAB仿真工具验证其优越性。
关键词：频谱建模；分配算法
中图分类号：TN914.53
随着人们对无线网络的需求呈现爆炸式增长，传统频谱的固定分配方式导致至可供分配的频谱资源日渐缺乏[1]。伴随着相关物理技术的发展，人们逐渐将目光投向多种频谱的动态联合使用。例如2014年，华为与西欧运营商对GSM<E动态频谱共享方案完成实验室测试，并计划在年底完成商用网测试和商用部署[2]。
研究多种频谱资源下的频谱特征评估和分配方式，可以更好地利用频谱资源，使得系统的总容量具有自适应调节能力，从而控制系统成本，降低用户通信费用，增强终端的环境适应性。本文面向大宽带业务，联合考虑三种不同的频谱资源，进行频谱建模结合用户需求，设计基于频谱可用性建模的分配方案，并在此基础上，做局部调整提供容量效率。
1 频谱可用性排序
本文考虑到现有技术可用于未来LTE-A系统中分配的频谱可分为以下三类：
（1）静态授权频谱，即国家分给该通信系统的授权频段[3]；（2）竞拍频谱资源是使用竞拍等方式获得的其他通信系统的频谱资源[4]；例如TVWS（TV White Space）TV空白频段等；（3）动态频谱资源，利用认知无线电CR（Cognitive Radio）技术拓展使用“频谱空洞”完成通信，这种频谱空洞被看做是动态频谱资源[5]。
为了联合分配，对于分配前特性不同的三个独立频谱池，设计统一的评判指标公式，简化分配复杂度，充分考虑多种具体的频谱特性，可用评估表达式如下：
（1）
具体参数解释如下：
Ki为第n个信道的频谱可用性，同理SNRi是第n个信道的信噪比；Wi：第n个信道的带宽；Ti：第n个信道的可用时长；Ci：第n个信道使用的价格。
该表达式囊括了频谱的不同特征，可直观体现衡量频谱可用性的思路。具体而言，信噪比大的，带宽更宽的，可用时长长的，竞价因子小的频谱具有更高的可用性。
值得说明的是，信道带宽满足LTE-A系统中对带宽的基本要求即1.4MHz，3.5MHz，5MHz，10MHz，15MHz[6]。由于竞拍频段和静态频谱频段的频谱质量相对较好，产生高带宽的频谱概率较于动态频谱要高。可用时长Ti是频谱在一个调度周期中表现出来的相对时间，在公式中显示的是比例，所以反应的也是主用户的到达率。而静态频谱和竞拍频谱由于不会涉及到切换，故而它们的主用户到达率均为0。
价格函数Cn中，动态频谱的价格函数自然为0。而静态频谱分配的价格一般由國家按照行政审批的方式分配给用户。不同的竞拍通信系统对竞拍资源的收费有所不同，本文仿真中的竞拍价格函数参照文献[7]。
2 用户需求排序
4 结束语
本文提出联合频谱有效对于分配算法OCA，通过对频谱可用性的特征指标和业务需求用户的服务质量指标分析建模，实现了对应分配。对分配算法和改进的步骤进行了介绍，最后对仿真图形进行了相关分析，验证其可用性和优越性。
参考文献：
[1]Shanzhi Chen and Jian Zhao.The Requirements， Challenges，and Technologies for 5G of Terrestrial Mobile Telecommunication[J]，IEEE Communications Magazine，2014：36-43.
[2]C114中国通信网.华为GSM<E动态频谱共享方案率先在欧洲完成联合测试[EB/OL].http：//www.c114.net/news/126/a818064.html.
[3] Alexandru Vulpe， Octavian Fratu，Albena Mihovska.A Multi-Carrier Scheduling Algorithm for LTE-Advanced.NICT[J]，2013：1882-5621.
[4]Zhengwei Wu，Peng Cheng，Xinbing Wang，etal.Cooperative Spectrum Allocation for Cognitive Radio Network： An Evolutionary Approach[J]，2013：1-5.
[5]Richard Southwell，Xu Chen.Quality of Service Games for Spectrum Sharing[J]，JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS， March，2014（32）：589-599.
[6]Guangxiang Yuan，Xiang Zhang，Wenbo Wang.Carrier Aggregation for LTE-Advanced Mobile Communication Systems[J].Communications Magazine，2013（02）：88-93.
[7]鲜永菊.面向服务质量保障的认知无线电核心技术研究[D].重庆大学，2012.
作者简介：江莎（1990-），女，四川人，研究生，研究方向：移动通信技术。
作者单位：重庆邮电大学 移动通信技术重点实验室，重庆 400065；西昌卫星发射中心，四川西昌 615000
关键词：频谱建模；分配算法
中图分类号：TN914.53
随着人们对无线网络的需求呈现爆炸式增长，传统频谱的固定分配方式导致至可供分配的频谱资源日渐缺乏[1]。伴随着相关物理技术的发展，人们逐渐将目光投向多种频谱的动态联合使用。例如2014年，华为与西欧运营商对GSM<E动态频谱共享方案完成实验室测试，并计划在年底完成商用网测试和商用部署[2]。
研究多种频谱资源下的频谱特征评估和分配方式，可以更好地利用频谱资源，使得系统的总容量具有自适应调节能力，从而控制系统成本，降低用户通信费用，增强终端的环境适应性。本文面向大宽带业务，联合考虑三种不同的频谱资源，进行频谱建模结合用户需求，设计基于频谱可用性建模的分配方案，并在此基础上，做局部调整提供容量效率。
1 频谱可用性排序
本文考虑到现有技术可用于未来LTE-A系统中分配的频谱可分为以下三类：
（1）静态授权频谱，即国家分给该通信系统的授权频段[3]；（2）竞拍频谱资源是使用竞拍等方式获得的其他通信系统的频谱资源[4]；例如TVWS（TV White Space）TV空白频段等；（3）动态频谱资源，利用认知无线电CR（Cognitive Radio）技术拓展使用“频谱空洞”完成通信，这种频谱空洞被看做是动态频谱资源[5]。
为了联合分配，对于分配前特性不同的三个独立频谱池，设计统一的评判指标公式，简化分配复杂度，充分考虑多种具体的频谱特性，可用评估表达式如下：
（1）
具体参数解释如下：
Ki为第n个信道的频谱可用性，同理SNRi是第n个信道的信噪比；Wi：第n个信道的带宽；Ti：第n个信道的可用时长；Ci：第n个信道使用的价格。
该表达式囊括了频谱的不同特征，可直观体现衡量频谱可用性的思路。具体而言，信噪比大的，带宽更宽的，可用时长长的，竞价因子小的频谱具有更高的可用性。
值得说明的是，信道带宽满足LTE-A系统中对带宽的基本要求即1.4MHz，3.5MHz，5MHz，10MHz，15MHz[6]。由于竞拍频段和静态频谱频段的频谱质量相对较好，产生高带宽的频谱概率较于动态频谱要高。可用时长Ti是频谱在一个调度周期中表现出来的相对时间，在公式中显示的是比例，所以反应的也是主用户的到达率。而静态频谱和竞拍频谱由于不会涉及到切换，故而它们的主用户到达率均为0。
价格函数Cn中，动态频谱的价格函数自然为0。而静态频谱分配的价格一般由國家按照行政审批的方式分配给用户。不同的竞拍通信系统对竞拍资源的收费有所不同，本文仿真中的竞拍价格函数参照文献[7]。
2 用户需求排序
4 结束语
本文提出联合频谱有效对于分配算法OCA，通过对频谱可用性的特征指标和业务需求用户的服务质量指标分析建模，实现了对应分配。对分配算法和改进的步骤进行了介绍，最后对仿真图形进行了相关分析，验证其可用性和优越性。
参考文献：
[1]Shanzhi Chen and Jian Zhao.The Requirements， Challenges，and Technologies for 5G of Terrestrial Mobile Telecommunication[J]，IEEE Communications Magazine，2014：36-43.
[2]C114中国通信网.华为GSM<E动态频谱共享方案率先在欧洲完成联合测试[EB/OL].http：//www.c114.net/news/126/a818064.html.
[3] Alexandru Vulpe， Octavian Fratu，Albena Mihovska.A Multi-Carrier Scheduling Algorithm for LTE-Advanced.NICT[J]，2013：1882-5621.
[4]Zhengwei Wu，Peng Cheng，Xinbing Wang，etal.Cooperative Spectrum Allocation for Cognitive Radio Network： An Evolutionary Approach[J]，2013：1-5.
[5]Richard Southwell，Xu Chen.Quality of Service Games for Spectrum Sharing[J]，JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS， March，2014（32）：589-599.
[6]Guangxiang Yuan，Xiang Zhang，Wenbo Wang.Carrier Aggregation for LTE-Advanced Mobile Communication Systems[J].Communications Magazine，2013（02）：88-93.
[7]鲜永菊.面向服务质量保障的认知无线电核心技术研究[D].重庆大学，2012.
作者简介：江莎（1990-），女，四川人，研究生，研究方向：移动通信技术。
作者单位：重庆邮电大学 移动通信技术重点实验室，重庆 400065；西昌卫星发射中心，四川西昌 615000