頻譜共享或許是頻譜短缺的解決方案

在AM收音機(jī)剛剛推出時，美國的各家電臺都是用三個頻率中的一個進(jìn)行播放，因此，如果同一區(qū)域有兩家電臺同時使用相同頻率播放，則會造成干擾。直到《Radio Act of 1927（1927年無線電法案）》的制定，才對電波進(jìn)行了管制。這樣，即使有更多的無線通信上線，也有足夠的頻譜可供使用。但這種情況一去不返。

如今，頻譜稀缺；雖然美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）已重新分配頻譜，去滿足移動寬帶等業(yè)務(wù)的需求，但仍不足以應(yīng)對負(fù)載的增長。有些頻段是為軍方預(yù)留的，即理想的3.5GHz頻段（3550MHz至3700MHz）。因為我們現(xiàn)在采用數(shù)字通信，所以在多個用戶之間可以分時共享頻率，但有一些用戶享有高優(yōu)先級。2015年，F(xiàn)CC改變了對這150MHz頻段的使用規(guī)則，創(chuàng)建了公民寬帶無線電服務(wù)（CBRS），該服務(wù)允許將一度預(yù)留給軍事雷達(dá)的頻譜切片開放給要牌照和免牌照應(yīng)用。這一頻段的開放為移動運(yùn)營商提供了更豐富的頻譜用于賺錢的移動服務(wù)。正如你所預(yù)料，軍事用途具有高優(yōu)先級，這在當(dāng)今的數(shù)字協(xié)議之前是不可能的事。

CBRS由FCC第96部分（FCC Part 96）管理，包含15個使用3GPP LTE協(xié)議通信的10MHz信道。使用CBRS頻段的移動運(yùn)營商可以聚合信道來獲得更高吞吐量。

“這將是商用寬帶用戶與政府用戶首次動態(tài)共享頻譜，如果它有效，F(xiàn)CC可能會分配其他當(dāng)前受保護(hù)的RF頻段用于共享使用。”美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）通信技術(shù)實驗室的頻譜共享支持項目負(fù)責(zé)人Michael Souryal在新聞稿《NIST Helps Facilitate First-Ever Spectrum Sharing Between Military and Commercial Wireless Users（NIST幫助促進(jìn)軍事和商業(yè)無線用戶之間的首次頻譜共享）》中表示。NIST在CBRS開發(fā)中的角色包括在部署之前測試整個系統(tǒng)。

這里的關(guān)鍵詞是“如果它有效”。這就是要用測試證明CBRS功能性的地方。

CBRS可在沿海或內(nèi)陸運(yùn)營。由于海軍將該頻段用于雷達(dá)，這通常只是沿海問題。圖1顯示了NIST對從緬因州到馬薩諸塞州科德角的無線用戶的仿真。藍(lán)色標(biāo)記表示可以在受影響的信道中繼續(xù)工作的用戶。當(dāng)優(yōu)先級較高的用戶需要該頻道時，其他用戶必須騰出頻道，可能會被重新配置到另一條頻道。

圖1：從緬因州到科德角的海岸線有許多3500到3700MHz頻帶的潛在用戶，其中大部分集中在波士頓附近。（來源：NIST。）

控制信道接入的CBRS系統(tǒng)稱為頻譜接入系統(tǒng)（SAS）。當(dāng)優(yōu)先級較高的用戶請求使用該信道時，環(huán)境檢測功能（ESC）系統(tǒng)將向SAS發(fā)出警報。SAS選擇為用戶分配哪些信道及其功率等級。

CBRS采用了可授予頻道優(yōu)先權(quán)的三層系統(tǒng)（圖2），軍方擁有最高優(yōu)先權(quán)。在150MHz CBRS頻段中，至少80MHz可用于通用授權(quán)接入（GAA）使用。這些設(shè)備被稱為公民寬帶服務(wù)設(shè)備（CBSD），它們中的每臺都必須在數(shù)據(jù)庫中注冊，以便基于云的SAS可以管理頻道接入。

圖2：基于云的頻譜接入系統(tǒng)查閱CBRS用戶的數(shù)據(jù)庫來管理授予頻道接入的三層系統(tǒng)。

非軍用/衛(wèi)星設(shè)備分為兩組，分別指定為A類和B類。A類設(shè)備通常為室內(nèi)設(shè)備，例如最大輸出功率為1W的小蜂窩。A類設(shè)備可以由用戶、其伙伴或員工安裝。B類設(shè)備是輸出功率高達(dá)50W的基站，必須由專業(yè)人士（如來自無線運(yùn)營商的員工）安裝。所有設(shè)備都必須在SAS數(shù)據(jù)庫上注冊其存在。某些A類設(shè)備（如那些無法根據(jù)FCC Part 96規(guī)則充分識別其位置的設(shè)備）需要專業(yè)安裝。

在CBRS成為現(xiàn)實之前，共享技術(shù)必須經(jīng)過測試。

測試

CBSD的測試將由經(jīng)過認(rèn)證的測試實驗室使用無線創(chuàng)新論壇（Wireless Innovation Forum）成員開發(fā)的SAS軟件進(jìn)行。測試軟件被稱為測試用具（test harness）。根據(jù)Souryal的說法，這款基于Windows的測試用具，可安裝在本地PC或服務(wù)器上；當(dāng)CBSD在真實世界中運(yùn)行時，將對其進(jìn)行測試——它們不會在測試模式下運(yùn)行。測試完成后，認(rèn)證實驗室必須將測試用具生成的測試報告提交給FCC進(jìn)行最終審核，以便在設(shè)備投入使用前驗證FCC Part 96的合規(guī)性。

CBSD測試將驗證RF頻率和信號功率，以及握手、協(xié)議和SAS交互等數(shù)字要求。圖3中的“RF測試設(shè)備”模塊并未涵蓋DUT（被測設(shè)備）的RF信號頻譜特性，例如掩膜測試，這些測試將按照正常的FCC程序單獨(dú)進(jìn)行。因此，它不提供校準(zhǔn)測量。測試將驗證DUT的RF信號是否根據(jù)需要啟用和關(guān)閉。

圖3：CBSD的測試設(shè)置模擬真實情況下的DUT操作。

圖3中的被測CBSD（CBSD Under Test）模塊涉及一個域代理——用于一個用戶（通常是無線運(yùn)營商）需要將單個軟件管理器用于多個CBSD的情況。CBSD或域代理可以與SAS通信。這個域代理的測試用例使用了兩個CBSD。

測試用例數(shù)據(jù)存儲在csv文件中，其將逐步調(diào)用一系列JavaScript Object Notation（json）文件。每家實驗室都有各自的XML文件，用于添加序列號、證書等。實驗室可針對環(huán)境或特定DUT對其進(jìn)行編輯。測試用具將會生成具有合格/不合格摘要的測試報告。

SAS測試

無線創(chuàng)新論壇的成員（包括NIST）已經(jīng)開發(fā)了一個軟件用具，用于測試運(yùn)行在云中的SAS系統(tǒng)本身。在個人電腦或服務(wù)器上運(yùn)行的測試用具（圖4）可模擬CBSD和“對等”SAS系統(tǒng)，因為多個SAS可以隨時在指定區(qū)域運(yùn)行。大多數(shù)SAS測試都涉及驗證協(xié)議是否正確運(yùn)行——測試CBSD是否正確注冊及正確傳遞數(shù)據(jù)。測試程序還能驗證SAS如何計算頻譜分配而避免干擾。根據(jù)計算結(jié)果，SAS可以通過關(guān)閉頻道或?qū)⑵湟苿拥搅硪粋€頻道來拒絕用戶訪問該頻道。測試用具還將使用傳播模型來模擬RF信號強(qiáng)度。

圖4：本地PC或服務(wù)器上運(yùn)行測試用具來驗證SAS功能。

有關(guān)SAS測試的詳細(xì)信息可在《Test and Certification for Citizens Broadband Radio Service (CBRS)（公民寬帶無線電服務(wù)（CBRS）的測試和認(rèn)證）》、《Conformance and Performance Test Technical Specification（一致性及性能測試技術(shù)規(guī)范）》和《SAS as Unit Under Test (UUT)（SAS即被測單元（UUT））》等公開文檔中獲取。