NO.51 | 2019.01.31
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【108年智慧城市展參展主題系列】共享頻率資料庫服務運作管理實驗平臺_研究企劃組 王彥中研究員



    高速率、低延遲、廣連結的5G新世代通訊技術特性,不但讓行動寬頻網路成為數位經濟發展、智慧城鄉應用的重要基礎,也將帶動許多不同產業的變革,新的商業模式亦由此而生。在此一勢不可擋的數位趨勢下,全球各國莫不汲因應新的形勢,積極開放更多6 GHz以下的中、低頻頻段以及高頻毫米波 (mmWave),通過頻譜的重分配來增加行動通訊額外可用頻寬。

    目前已有越來越多先進國家研究證明,設計動態頻譜共享機制來重整頻譜與調整使用目的,以及導入靈活運用頻譜的新規範架構與模式,除了讓頻譜接取機會極大化,並可進一步提升整體頻譜使用效率,未來更能夠發展成為頻譜政策與管理之輔助工具。為此,財團法人電信技術中心近年與國立臺灣大學等學研機構共組研究團隊,推動以實證為導向之研究,利用ViSSA頻譜共享接取實驗平臺 (Virtual Lab of Shared Spectrum Access)進行動態頻譜共享應用情境之概念性驗證
(Proof of concept, PoC),以利評估及檢視相關模式於我國運作之技術可行性。

    彈性化頻譜管理與動態頻譜共享機制
    先進國家為促使無線電頻率使用效益最大化,近年來紛紛採取更具彈性的頻譜管理方式,來因應通訊服務市場的快速變遷。在頻譜利用之法制規範上,由於歐美主要國家將頻譜資源以獨立使用權釋出,因此,能夠以頻譜為管理核心制訂行政規則加以開放,並發展出數種透過層級式架構管理頻譜使用權之動態頻譜共享機制。

    例如:歐盟首先於2.3GHz頻段推動「授權共享接取(Licensed Share Access, LSA)」,藉此機制讓該頻段既有使用者與行動業者共享頻譜資源;在使用及管理規範部分,電子通訊委員會(Electronic Communications Committee,ECC)建議各會員國監理機關可根據既有使用者的頻譜使用模式,訂定合適的共享框架及釋照相關規則;持照業者遵循執照規則,自監理機關取得LSA頻譜執照後,在確保既有使用者不受有害干擾的使用條件下共享頻譜資源。

    美國則於3.5GHz頻段建立公民無線寬頻服務(Citizens Broadband Radio Service, CBRS),將既有使用者、持照業者,以及免執照即可使用之一般接取使用者,由高到低分別賦予頻譜使用權之優先級別;依據電信法之授權,CBRS可視為是一個新型態的無線寬頻服務,故訂有完整的執照規範、頻譜範圍與技術規範等。

    動態頻譜共享機制實現之前提,在於保護既有頻譜使用者不受有害干擾之權益。歐盟LSA機制中,係透過LSA 頻譜庫(Repository)設定禁止 / 保護區(Exclusion / Protection Zone),來規範既有使用者與持照業者的進 / 退場條件。美國CBRS頻段則是由頻譜接取系統(Spectrum Access System, SAS)以及環境感測機制(Environmental Sensing Capability, ESC)建立保護措施,頻譜共享設備(CBSD)皆需經由向SAS註冊及請求頻道指配,方能取得頻譜使用權限,另外亦規範SAS業者應提供通報處理程序,降低可能的干擾疑慮。

    換言之,透過頻譜細緻化管理,得以在時間、地點及頻率多個維度實現頻譜共享。動態頻譜共享機制能順利執行,除了法令修改配合外,也要仰賴各類機制當中的共享頻率資料庫居間協調,以及共享使用者的協力配合才能達到良好成效。

    ViSSA頻譜共享接取實驗平臺
    一、需執照頻段之動態頻譜共享概念驗證
    本實驗平臺參照歐盟LSA機制設計共享使用情境,可進行包括以資料庫引導 (Database guided) 及感測為基礎 (Sensing-based) 的共享使用者清空與移頻使用概念性驗證 (Proof of concept,PoC)。
   
    情境一: 依LSA頻譜庫來執行清空與重啟LSA共享頻段
    當既有使用者準備使用共享頻段,且該頻段正有持照業者使用中,則可經由LSA頻譜庫來下達清頻指令。另一方面,倘若既有使用者結束使用共享頻段,且回報至
    LSA頻譜庫,LSA頻譜庫會再對持照業者送達重啟共享頻段的通知。

    情境二: 依頻譜感測器來執行清空LSA共享頻段
    當既有使用者在未告知LSA頻譜庫的情況下開始使用共享頻段,將由頻譜感測器(sensor)立即回報LSA頻譜庫,接著通知持照業者進行後續清空頻段的動作。

    情境三: 依SAS來執行清空與重啟CBRS共享頻段
    本實驗平臺針對CBSD與SAS間之資料交換規範進行實作,已完成包括註冊請求、頻道請求以及傳輸請求等處理程序,能在不特定數量之CBSD間進行頻道選擇與動
    態指配。

    二、免執照頻段之動態頻譜共享概念驗證
    鑒於3GPP標準制定組織持續增強執照輔助接取(LAA)技術之演進發展,本實驗平臺增建LAA小細胞基站測試環境,已可進行LAA與WiFi共存之干擾量測與QoS分析。針對LAA對於WiFi干擾議題之模擬評估與探討,則是利用同樣採取先聽後送(Listen-before-Talk, LBT)通道存取機制的LAA競爭窗口參數設計,開發出可選擇公平共存(Fairness)或效能(Efficiency)優先模式之網管系統。

    三、結語
    本實驗平臺係整合電信技術中心之無線電頻譜實驗室、台大電信工程研究所之動態頻譜接取實驗室 (DSA Lab) 與中山大學之行動寬頻網路實驗室 (MBN Lab) 三者間的基礎,成為ViSSA頻譜共享接取實驗平臺 (Virtual Lab of Shared Spectrum Access),並將前述包括「需執照頻段之動態頻譜共享」、「免執照頻段之動態頻譜共享」相關功能實作於此一平臺,可進行各項使用案例情境之操作,並分別於106年9月與107年10月由本中心所舉辦之年度頻譜管理論壇進行運作展示。本實驗平臺將持續進行技術優化,期能於下一階段拓展連結至場域實證及頻譜共享試行運作,提升社會及產業實質效益。



備註:封面圖片來源:5G – A building block for the smarter city venture smarter