NO.68 | 2020.06.30
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動態頻譜共享技術-美國公民無線寬頻服務(Citizens Broadband Radio Service, CBRS)發展簡介

<應用服務組/洪希真>
  
  無線頻譜資源稀少且珍貴,如何妥善運用頻譜成為各國重要研究議題。為了提升頻譜使用效率,美國聯邦通訊傳播委員會(Federal Communications Commission, FCC)於2015年頒訂公民無線寬頻服務(Citizens Broadband Radio Service, CBRS)相關規範,劃定3550~3700MHz為共享頻段[1],以頻譜接取系統(Spectrum Access Servers, SAS)為管理頻譜與控制干擾的核心,發展出目前全球最完善的一套動態頻譜共享機制。
  
  技術標準部分,則由產業組織無線創新論壇(Wireless Innovation Forum, WInnForum)負責訂定,其中包含CBRS維運與功能需求、安全相關技術規範、SAS與公民無線寬頻服務設備(Citizen Broadband Radio Service Device, CBSD)介面協定規範、SAS及CBSD之測試與驗證等。CBRS共享機制主要建立在三層式權限及使用管理的基礎上,說明如後:

CBRS三層式共享架構
  
  CBRS的三層使用者包括既有使用者(Incumbents)、優先接取執照使用者(Priority Access Licensees, PAL),以及一般許可接取使用者(General Authorized Access, GAA)。
 
圖1 CBRS三層式共享架構
(圖片來源:CBRS Alliance[2])
  1. 既有使用者(Incumbents):包括取得執照許可的美國聯邦使用者,指美國軍方雷達及固定通訊衛星服務提供者。該層級使用者擁有不被其他層級使用者干擾的權利。
  2. 優先接取執照使用者(Priority Access Licensees, PAL):適用3550~3650MHz頻段。PAL不得對Incumbents產生有害干擾。
  3. 一般許可接取使用者(General Authorized Access, GAA):可在 3550~3700MHz頻段中運作,GAA不得對Incumbents與PAL產生有害干擾。  
CBRS運作架構

  在FCC規範中,CBRS使用者之間頻譜的和諧共用須仰賴SAS平臺,SAS平臺蒐集環境感應功能(Environmental Sensing Capability, ESC)系統資訊,ESC主要用以偵測美國海軍船艦近岸的雷達作業,並通報SAS執行PAL/GAA使用者頻道變更等作業[3]

  SAS平臺負責維護CBSD資料庫,包括CBSD的層級狀態、地理位置以及其他相關訊息,進而協調頻率和發射功率之分配以達成監測和保護Incumbents或PAL免受次級使用者干擾。

 
圖2 CBRS運作架構
(圖片來源:CommScope[4])
CBRS發展
 
  從2019年10月Connectivity Wireless及其合作夥伴在紐約時代廣場所進行CBRS共享頻譜的初始商業部署(Initial Commercial Deployment, ICD),可看到實際展示透過人工智慧(AI)與機器學習來捕捉動、靜錄影鏡頭資訊增進安全防護、使用支援CBRS頻段的手機(如iPhone11)實現語音通話、視訊通話、數位招牌及高品質的Wi-Fi分享等應用[5],證明CBRS相關技術及設備發展已經成熟,並具商業化雛型。
 
圖3 SAS業者在紐約時代廣場進行CBRS初始商業部署
(圖片來源:Inside Towers[6])

 
  在全面商業運轉前,FCC規範SAS業者需通過美國國家電信暨資訊管理局(National Telecommunications and Information Administration, NTIA)所主導的實驗室測試,且要提出「初始商業部署(ICD)」規劃執行方案,證明其擁有在實際場域持續運轉30天以上的能力[7]

  FCC於2020年1月27日核可CommScope、Federated、Google及Sony為SAS管理者[8],並於同年4月21日再次公告Amdocs也獲得核可[9],預定2020年7月23日展開PAL執照拍賣作業[10]

結論
  
  CBRS在多種應用場景仍有很大的潛能等待被挖掘。CBRS不只布建快速與傳統專用頻譜費用相比具有成本經濟效益,更可建立一個可動態調整分配頻寬、專用安全的私有網路,並擁有控制干擾能力。
 
圖4 CBRS的多種應用場景
(圖片來源:TTC製作)

 
  CBRS在美國的商業模式及應用包含:做為電信業者頻譜擴充方案選項、為多系統業者(Multiple System Operator, MSO)或虛擬行動網路業者(Mobile virtual network operator, MVNO)創造經濟價值及營業收入、大型企業私有LTE網路及中立主機網路…等[11],但其商業模式及應用不限於此。

  本中心自2018年起受國家通訊傳播委員會委託,參考美國CBRS發展經驗,已完成概念驗證(Proof of Concept, PoC),目前結合國內行動電信業者、SAS平臺廠商及國內設備供應商,在實際4G網路場域進行服務驗證(Proof of Service, PoS)。PoS執行過程中,無論廠商或研究團隊都獲得許多寶貴經驗,並已規劃於年底進行成果公開展示,期待未來在配合國家政策及產業發展下,可以為國內找到合適的頻譜管理方式及共享機制。
 
圖5 我國動態頻譜共享機制之服務驗證(PoS)
(圖片來源:TTC製作)




 
[1] FCC, 3.5 GHz Band Overview, 2020/02, https://www.fcc.gov/wireless/bureau-divisions/mobility-division/35-ghz-band/35-ghz-band-overview.
[2] CBRS Alliance, OnGo White Paper: New Shared Spectrum Enables Flexible Indoor and Outdoor Mobile Solutions and New Business Models, P2, 2018/05, https://cbrs.wirelessinnovation.org/assets/docs/mobile%20experts%20cbrs%20overview%20final.pdf.
[3] SCTE•ISBE and NCTA, CBRS Use-Cases With focus on Localized Indoor Mobile Access (LIMA), Mobility and Service Continuity, p6 2018, https://www.technicolor.com/sites/default/files/whitepapers/2018-cbrs-use-cases.pdf.
[4] CommScope, CommScope's Spectrum Access System, 2018, https://www.youtube.com/watch?v=idVEwoWjOs4&list=PLPt8-kVUAlX997-OWNM8JOFYqH2RwKpT9&index=8 (最後瀏覽日期:2020/06).
[5] CBRS ALLIANCE, Connectivity Wireless Deploys CBRS Trial in Times Square, 2019/10, https://www.cbrsalliance.org/news/connectivity-wireless-deploys-cbrs-trial-in-times-square/.
[6] Inside Towers, Connectivity Wireless Deploys OnGo in Times Square, 2019/10, https://insidetowers.com/cell-tower-newsconnectivity-wireless-deploys-ongo-in-times-square/.
[7] CBRS WInnForum Standards, CBRS Status Summary, 2019/11, https://cbrs.wirelessinnovation.org/cbrs-status-summary.
[8] FCC, FCC Authorizes Full Commercial Deployment In 3.5 GHz Band, Advancing American 5G Leadership, 2020/01, https://docs.fcc.gov/public/attachments/DA-20-110A1.pdf.
[9] FCC, WTB and OET Approval Amdocs SAS for Full Commercial Deployment, 2020/04, https://www.fcc.gov/document/wtb-and-oet-approval-amdocs-sas-full-commercial-deployment.
[10] FCC, AUCTION OF PRIORITY ACCESS LICENSES FOR THE 3550-3650 MHZ BAND RESCHEDULED TO BEGIN JULY 23, 2020, 2020/03, https://docs.fcc.gov/public/attachments/DA-20-330A1.pdf.
[11] CBRS Alliance, OnGo White Paper: New Shared Spectrum Enables Flexible Indoor and Outdoor Mobile Solutions and New Business Models, P4~P7, 2018/05, https://cbrs.wirelessinnovation.org/assets/docs/mobile%20experts%20cbrs%20overview%20final.pdf.