Białe spacje (radio)

W telekomunikacji białe spacje odnoszą się do częstotliwości radiowych przydzielonych do usługi nadawczej , ale nieużywanych lokalnie. Organy krajowe i międzynarodowe przydzielają częstotliwości do określonych zastosowań iw większości przypadków udzielają licencji na nadawanie na tych częstotliwościach. Ten alokacji częstotliwości tworzy bandplan , który z przyczyn technicznych przypisuje białe odstępy między używanymi pasmami lub kanałami radiowymi , aby uniknąć zakłóceń . W tym przypadku, chociaż częstotliwości są nieużywane, zostały specjalnie przypisane do określonego celu, takiego jak pasmo ochronne . Najczęściej jednak te białe przestrzenie występują naturalnie między używanymi kanałami, ponieważ przypisanie pobliskich transmisji do bezpośrednio sąsiednich kanałów spowoduje destrukcyjne zakłócenia w obu.

Oprócz białej przestrzeni przydzielonej ze względów technicznych istnieje również niewykorzystane widmo radiowe , które albo nigdy nie było wykorzystywane, albo staje się wolne w wyniku zmian technicznych. W szczególności przejście na telewizję cyfrową zwalnia duże obszary między około 50 MHz a 700 MHz . Dzieje się tak, ponieważ transmisje cyfrowe można upakować w sąsiednich kanałach, podczas gdy transmisje analogowe nie. Oznacza to, że pasmo można skompresować do mniejszej liczby kanałów, jednocześnie pozwalając na większą liczbę transmisji.

W Stanach Zjednoczonych porzucone częstotliwości telewizyjne znajdują się głównie w górnym paśmie UHF 700 megaherców, obejmującym kanały telewizyjne od 52 do 69 (698 do 806 MHz). Telewizja amerykańska i jej białe przestrzenie będą nadal istnieć na częstotliwościach UHF, a także na VHF , dla których użytkownicy mobilni i urządzenia białej przestrzeni wymagają większych anten. W pozostałych częściach świata porzucone kanały telewizyjne to VHF, a wynikające z tego duże białe przestrzenie VHF są ponownie przydzielane dla światowego (z wyjątkiem USA) standardu radia cyfrowego DAB i DAB + i DMB . [ potrzebne źródło ]

Urządzenia z białymi spacjami

Różne propozycje, w tym IEEE 802.11af , IEEE 802.22 i propozycje White Spaces Coalition , opowiadały się za wykorzystaniem białych przestrzeni pozostawionych przez zakończenie telewizji analogowej w celu zapewnienia bezprzewodowego szerokopasmowego dostępu do Internetu . Urządzeniem przeznaczonym do korzystania z tych dostępnych kanałów jest urządzenie białych znaków (WSD). Takie urządzenia są przeznaczone do wykrywania obecności istniejących, ale nieużywanych obszarów fal radiowych, takich jak te zarezerwowane dla telewizji analogowej , i wykorzystania ich do White Space Internet sygnały. Przewiduje się, że taka technologia poprawi dostępność szerokopasmowego Internetu i Wi-Fi na obszarach wiejskich.

Zaproponowano wczesne pomysły obejmujące odbiorniki GNSS i zaprogramowanie każdego WSD z bazą danych wszystkich stacji telewizyjnych na danym obszarze, jednak nie uniknęłoby to innych niestacjonarnych lub nielicencjonowanych użytkowników w okolicy ani żadnych stacji licencjonowanych lub zmienionych po wyprodukowaniu urządzenia. Ponadto wysiłki te mogą mieć wpływ na mikrofony bezprzewodowe , telemetrię medyczną i inne technologie, które w przeszłości opierały się na tych otwartych częstotliwościach. [ potrzebne źródło ]

Profesjonalne mikrofony bezprzewodowe wykorzystywały białą przestrzeń przez dziesięciolecia przed tak zwanymi urządzeniami białej przestrzeni.

Porównanie z Wi-Fi

Podobnie jak Wi-Fi , biała spacja w telewizorze to połączenie bezprzewodowe korzystające z różnych pasm częstotliwości. Biała przestrzeń TV działa w zakresie od 470 MHz do 698 MHz, podczas gdy Wi-Fi działa w pasmach 2,4 i 5 GHz. Jeśli chodzi o szybkość, to naprawdę zależy od modelu radia, dostawcy, długości anteny i innych czynników. Nowe radia mogą obsługiwać ponad 50 Mbit/s. Podobnie prędkość Wi-Fi zależy od kilku czynników, takich jak zasięg, linia wzroku itp., ale mogą obsługiwać do 1000 Mbit/s przy użyciu IEEE 802.11ac standard. Zasięg jest zasadniczą różnicą między Wi-Fi a białą przestrzenią telewizyjną. Średnio zasięg białej przestrzeni telewizyjnej wynosi 6 mil, ale może być mniejszy lub większy w zależności od różnych agregatów, takich jak hałas, linia terenu i tak dalej. Jeden z trzech głównych producentów telewizorów z białą przestrzenią, Carlson wireless, reklamuje, że ich radia mają zasięg do 24,8 mil. Oba mają niski pobór mocy - od 20 do 100 watów w zależności od urządzenia, długości anteny, dostawcy itd. Obie technologie spełniają rządowe standardy bezpieczeństwa, takie jak FIPS 197 Compliance (Advanced Encryption Standards). Podczas gdy Wi-Fi świetnie sprawdza się w miastach, biała przestrzeń telewizyjna świetnie sprawdza się na obszarach wiejskich. Wykres 1 ilustruje różnice między białą przestrzenią telewizora a Wi-Fi.

Według kraju

Argentyna

Microsoft, we współpracy z argentyńskim urzędem ds. komunikacji, Ente Nacional de Comunicaciones (ENACOM), planował zapewnić bezprzewodowy dostęp do szkół w prowincji Mendoza około sierpnia 2017 r. Microsoft pożyczy sprzęt White Spaces technikom ENACOM, a krajowy operator satelitarny ARSAT będzie działał jako ISP. Nie podano jeszcze żadnych dalszych szczegółów procesu.

Kanada

W sierpniu 2011 r. kanadyjskie ministerstwo przemysłu Industry Canada rozpoczęło konsultacje w sprawie „Konsultacji w sprawie polityki i ram technicznych dotyczących korzystania z aplikacji innych niż nadawcze w pasmach telewizyjnych poniżej 698 MHz” (pdf ) . Konsultacje zakończyły się 4 listopada 2011 r. Otrzymano zgłoszenia od wielu organizacji z branży telekomunikacyjnej i nadawczej.

Kenia

Pilotażowy projekt Indigo Telecom/Microsoft i rządu kenijskiego podobno dostarcza przepustowość do 16 Mbit/s trzem wiejskim społecznościom, które nie mają elektryczności – Male, Gakawa i Laikipia, za pomocą sieci zasilanej energią słoneczną.

Namibia

Na dzień 3 lipca 2014 r. pilotażowy projekt o nazwie Citizen Connect, będący wynikiem współpracy między Microsoft 4Afrika Initiative, MyDigitalBridge Foundation i MCA-N (Millennium Challenge Account Namibia), ma zapewnić szerokopasmowy dostęp do Internetu „dwadzieściu siedmiu szkołom oraz siedem urzędów obwodowych Ministerstwa Edukacji w Omusati , Oshana i Ohangwena ”, korzystając z technologii „TV White Space”.

Filipiny

W 2014 roku Microsoft współpracował z rządem Filipin nad pilotażowym programem cyfryzacji zarządzania rybakami mieszkającymi na odludziu.

Singapur

Po FCC, Singapurski Urząd ds. Rozwoju Mediów Informatycznych jest drugim organem regulacyjnym na świecie, który reguluje TV White Space, wyprzedzając Wielką Brytanię i Kanadę. Wysiłki Singapuru były napędzane głównie przez Singapore White Spaces Pilot Group (SWSPG) założoną przez Institute for Infocomm Research, Microsoft i StarHub. Institute for Infocomm Research następnie wydzielił Whizpace, aby skomercjalizować radio TV White Space przy użyciu silnych adresów IP, które zostały opracowane w instytucie od 2006 roku.

Afryka Południowa

Google we współpracy z Independent Communications Authority of South Africa (ICASA), CSIR , Meraka Institute , Wireless Access Providers Association ( WAPA ) i Carlson wireless zapewnia bezprzewodowy dostęp do 10 szkół za pośrednictwem 3 stacji bazowych na terenie kampusu Wydziału Medycyny i Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Stellenbosch w Tygerberg w Kapsztadzie. W 10 szkołach przeprowadzono wstępną próbę w celu dostarczenia niedrogiego internetu do wybranych szkół w Afryce Południowej bez zakłóceń telewizyjnych oraz szerzenia wiedzy na temat przyszłych technologii TVWS w Afryce Południowej. Proces trwał 10 miesięcy, od 25 marca 2013 roku do 25 września 2013 roku.

TVWS w Natalu

Druga próba polegała na zapewnieniu bezpośredniego połączenia internetowego pięciu wiejskim szkołom średnim w prowincji Limpopo, z równie dobrymi wynikami.

Następnie ICASA wydała przepisy dotyczące korzystania z białych przestrzeni telewizyjnych w 2018 r. Trzy tymczasowe licencje na widmo białej przestrzeni telewizyjnej zostały wydane przez ICASA w kwietniu 2020 r., W odpowiedzi na pandemię Covid-19, w paśmie 470–694 MHz, dla Mthinthe Communications, Levin Rozwiązania globalne i Morai.

Zjednoczone Królestwo

Ofcom, organ licencjonujący widmo w Wielkiej Brytanii, udostępnił białą przestrzeń za darmo.

29 czerwca 2011 r. w Cambridge w Anglii przeprowadzono jeden z największych komercyjnych testów białej przestrzeni Wi-Fi. Próba została przeprowadzona przez Microsoft przy użyciu technologii opracowanej przez Adaptrum i wspieranej przez konsorcjum dostawców usług internetowych i firm technologicznych, w tym Nokia , BSkyB , BBC i BT , przy czym rzeczywisty sprzęt sieciowy został dostarczony przez Neul. W demonstracji system białych znaków Adaptrum zapewniał szerokopasmową łączność IP, umożliwiając działanie Microsoft Xbox po stronie klienta do strumieniowego przesyłania wideo HD na żywo z Internetu. Również w ramach wersji demonstracyjnej nawiązano czat wideo na żywo z konsolą Xbox/Kinect między dwiema jednostkami Xbox/Kinect połączonymi przez to samo białe połączenie telewizora. Zastosowania te zostały zademonstrowane w wysoce wymagającym środowisku propagacji radiowej z utratą łącza przekraczającą 120 dB przez budynki, liście, ściany, meble, ludzi itp. oraz z poważnymi efektami wielościeżkowymi.

W 2017 roku firma Microsoft rozszerzyła swoje badania, aby wykazać, że eNodeB małych komórek LTE działające w białej przestrzeni telewizyjnej mogą być wykorzystywane do zapewniania niedrogich łączy szerokopasmowych mieszkańcom przystępnych cenowo mieszkań.

Stany Zjednoczone

telewizji analogowej pełnej mocy , które działały w zakresie częstotliwości telewizyjnych od 54 MHz do 806 MHz (54–72, 76–88, 174–216, 470–608 i 614–806) (kanały 2–69), przestały działać w czerwcu 12, 2009 zgodnie z nakazem przejścia na nadawanie cyfrowe w Stanach Zjednoczonych . W tym czasie stacje telewizyjne pełnej mocy musiały przejść na transmisję cyfrową i działać tylko w zakresie od 54 MHz do 698 MHz. Jest to również harmonogram, który ustaliła koalicja White Spaces, aby rozpocząć oferowanie konsumentom bezprzewodowych usług szerokopasmowych. Opóźnienie daje czas Federalnej Komisji Łączności Stanów Zjednoczonych (FCC) w celu przetestowania technologii i upewnienia się, że nie koliduje ona z istniejącymi transmisjami telewizyjnymi. Podobne technologie mogłyby być stosowane na całym świecie, ponieważ większość podstawowych technologii już istnieje.

Producenci teatralni i franczyzy sportowe mieli nadzieję na wykolejenie lub opóźnienie tej decyzji, argumentując, że ich własne transmisje – czy to z sygnałów telewizyjnych, czy z mikrofonów bezprzewodowych używanych podczas występów muzycznych na żywo – mogą napotkać zakłócenia ze strony nowych urządzeń wykorzystujących białe przestrzenie. Jednak FCC odrzuciła ich argumenty, twierdząc, że przeprowadzono wystarczającą liczbę testów, a dzięki nowym przepisom możliwe zakłócenia zostaną zminimalizowane.

Więcej widma nadawczego było potrzebne do bezprzewodowego szerokopasmowego dostępu do Internetu, aw marcu 2009 roku senator Massachusetts John Kerry przedstawił ustawę wymagającą zbadania efektywnego wykorzystania widma. Naukowcy przestudiowali tę sprawę i promowali ideę wykorzystania technologii komputerowej do uchwycenia korzyści płynących z białej przestrzeni.

Grupy handlowe

Koalicja White Spaces została utworzona w 2007 roku przez osiem dużych firm technologicznych, które planowały zapewnić szybki dostęp do Internetu konsumentom w Stanach Zjednoczonych od lutego 2009 roku za pośrednictwem istniejącej białej przestrzeni na niewykorzystanych częstotliwościach telewizyjnych między 54 MHz a 698 MHz (kanały telewizyjne 2-51) . Koalicja spodziewała się prędkości 80 Mbit/s i więcej oraz 400 do 800 Mbit/s dla sieci krótkiego zasięgu w białej przestrzeni. Grupa obejmowała Microsoft , Google , Dell , HP , Intel , Philips , Earthlink i Elektromechanika Samsunga .

Wiele firm zaangażowanych w White Spaces Coalition było również zaangażowanych w Wireless Innovation Alliance. Kolejna grupa nazywająca się White Space Alliance powstała w 2011 roku.

Google sponsorowało kampanię o nazwie Free the Airwaves, której celem było przełączenie pustych przestrzeni, które zostały usunięte w 2009 roku w procesie konwersji DTV przez FCC i przekształcone na nielicencjonowane widmo , z którego mogą korzystać urządzenia podobne do Wi-Fi . Krajowe Stowarzyszenie Nadawców odrzuciło projekt, ponieważ twierdziło, że obniżyłoby to jakość nadawania ich sygnałów telewizyjnych.

Test wstępny

Biuro Inżynierii i Technologii Federalnej Komisji ds. Łączności opublikowało raport z 31 lipca 2007 r., Zawierający wyniki dochodzenia dotyczącego dwóch przedstawionych wstępnych urządzeń. W raporcie stwierdzono, że urządzenia nie wykrywały wiarygodnie obecności transmisji telewizyjnych lub innych obecnych użytkowników, w związku z czym nie nadają się do użytku w obecnym stanie i nie uznano za konieczne dalszych testów.

Jednak 13 sierpnia 2007 r. Microsoft złożył dokument w FCC, w którym opisał spotkanie, które jego inżynierowie odbyli z inżynierami FCC z Biura Inżynierii i Technologii w dniach 9 i 10 sierpnia. Na tym spotkaniu inżynierowie Microsoft przedstawili wyniki z ich testy przeprowadzone z identycznymi urządzeniami prototypowymi i przy użyciu identycznych metod testowania, które „wykryły sygnały DTV na progu -114 dBm w testach laboratoryjnych ze 100-procentową dokładnością, działając dokładnie zgodnie z oczekiwaniami”. W obecności inżynierów FCC inżynierowie firmy Microsoft rozebrali urządzenie, które FCC przetestowała w celu znalezienia przyczyny słabej wydajności. Odkryli, że „skaner w urządzenie zostało uszkodzone i działało na bardzo zdegradowanym poziomie”, co wyjaśniało niezdolność jednostki FCC do wykrycia, kiedy kanały były zajęte. Zwrócono również uwagę, że FCC była w posiadaniu identycznego prototypu zapasowego, który był w idealnym stanie roboczym, że oni nie testowałem.

Decyzja FCC

Nadawcy telewizyjni i inni zasiedziali użytkownicy tego widma (zarówno licencjonowani, jak i nielicencjonowani, w tym twórcy bezprzewodowych systemów audio) obawiali się, że ich systemy nie będą już działać prawidłowo, jeśli urządzenia nielicencjonowane będą działać w tym samym widmie. Jednak Biuro Inżynierii i Technologii FCC opublikowało raport z 15 października 2008 r., W którym oceniono prototypowe urządzenia z białymi spacjami w paśmie telewizyjnym przesłane przez Adaptrum, The Institute for Infocomm Research , Motoroli i Philipsa. W raporcie stwierdzono, że urządzenia te sprostały obowiązkowi weryfikacji koncepcji pod względem zdolności do wykrywania i unikania starszych transmisji, chociaż żadne z testowanych urządzeń nie wykrywało odpowiednio sygnałów z mikrofonu bezprzewodowego w obecności cyfrowego nadajnika telewizyjnego na sąsiednim kanale.

4 listopada 2008 r. FCC przegłosowała 5:0 za zezwoleniem na nielicencjonowane wykorzystanie białej przestrzeni, uciszając w ten sposób sprzeciw ze strony nadawców. Rzeczywisty drugi raport i rozporządzenie zostały opublikowane dziesięć dni później i zawierają poważne przeszkody w rozwoju i użytkowaniu urządzeń pasma telewizyjnego, jak nazywa je FCC. Urządzenia muszą przeglądać bazę danych upoważnioną przez FCC, aby określić, które kanały są dostępne do użytku w danej lokalizacji, a także muszą lokalnie monitorować widmo raz na minutę, aby potwierdzić, że nie ma starszych mikrofonów bezprzewodowych , asystentów wideo obecne są urządzenia lub inne emitery. W przypadku wykrycia pojedynczej transmisji urządzenie może nie nadawać w całym kanale 6 MHz, w którym transmisja została odebrana. Spodziewano się, że w ciągu roku ten nowy dostęp doprowadzi do bardziej niezawodnego dostępu do Internetu i innych technologii.

23 września 2010 r. FCC wydała opinię i zarządzenie memorandum określające ostateczne zasady korzystania z białej przestrzeni dla nielicencjonowanych urządzeń bezprzewodowych. Nowe przepisy usunęły obowiązkowe wymagania dotyczące wykrywania, co znacznie ułatwia korzystanie z widma z przydziałem kanałów opartym na geolokalizacji. Ostateczne zasady przyjmują propozycję White Spaces Coalition dotyczącą bardzo surowych zasad emisji, które uniemożliwiają bezpośrednie korzystanie z IEEE 802.11 (Wi-Fi) w jednym kanale, skutecznie czyniąc nowe widmo bezużytecznym dla technologii Wi-Fi. [ potrzebne źródło ]

Pozew nadawcy

W dniu 27 lutego 2009 r. National Association of Broadcasters (NAB) i Association for Maximum Service Television zwróciły się do sądu federalnego o cofnięcie zezwolenia FCC na urządzenia bezprzewodowe z białą przestrzenią. Powodowie twierdzą, że udowodniono, że przenośne, nielicencjonowane urządzenia osobiste działające w tym samym paśmie co transmisje telewizyjne powodują zakłócenia, mimo że testy FCC wykazały coś przeciwnego. Pozew został złożony w Sądzie Apelacyjnym Stanów Zjednoczonych dla Okręgu Dystryktu Kolumbii. Petycja do rozpatrzenia stwierdza, że ​​​​decyzja FCC o dopuszczeniu urządzeń osobistych z białą przestrzenią „będzie miała bezpośredni negatywny wpływ” na członków MSTV i NAB oraz że decyzja Komisji jest „arbitralna, kapryśna i poza tym niezgodna z prawem”. Wniosek o uregulowanie sprawy miał zostać rozpatrzony 7 lutego 2011 r. W maju 2012 r. NAB ogłosił, że rezygnuje z sądowego zakwestionowania przepisów, które zezwalają na nielicencjonowane wykorzystanie pustych fal radiowych między istniejącymi kanałami nadawczymi.

Testy

16 października 2009 r. naukowcy z Microsoft Research Redmond w stanie Waszyngton zbudowali i wdrożyli sieć białej przestrzeni o nazwie WhiteFi . W tej sieci wielu klientów łączyło się z jednym punktem dostępowym na częstotliwościach UHF. Wdrożenie obejmowało eksperymenty mające na celu sprawdzenie, ile danych można przesłać, zanim zakłócenia staną się słyszalne dla pobliskich mikrofonów bezprzewodowych.

24 lutego 2010 r. urzędnicy w Wilmington w Północnej Karolinie , który był rynkiem testowym przejścia na telewizję cyfrową , po miesiącu testów zaprezentowali nową miejską sieć bezprzewodową. Sieć wykorzystywała białe przestrzenie udostępnione pod koniec telewizji analogowej. Spectrum Bridge miał działać, aby stacje telewizyjne na rynku nie odbierały zakłóceń (zgłoszono „brak problemów z zakłóceniami”). Inteligentne miasto sieć nie będzie konkurować z firmami telefonii komórkowej, ale zamiast tego będzie wykorzystywana do „celów narodowych”, w tym monitorowania rządu i energii. TV Band Service, złożona z prywatnych inwestorów, umieściła kamery w parkach i wzdłuż autostrad, aby pokazać ruch uliczny. Inne zastosowania obejmują poziom i jakość wody, wyłączanie świateł w parkach piłkarskich oraz publiczne Wi-Fi w niektórych obszarach. TV Band miał 18-miesięczną licencję eksperymentalną.

W 2011 r. plemię Yurok w hrabstwie Humboldt w Kalifornii rozpoczęło próby w białej przestrzeni z dostawcą sprzętu telekomunikacyjnego Carlson Wireless z Arcata w Kalifornii.

W lipcu 2013 r. West Virginia University jako pierwszy uniwersytet w Stanach Zjednoczonych wykorzystał wolne kanały telewizyjne do zapewnienia kampusowi i pobliskim obszarom bezprzewodowej szerokopasmowej usługi internetowej.

Również w lipcu 2013 r. Port w Pittsburghu ocenił widmo White Space w celu poprawy bezpieczeństwa i użyteczności śródlądowych dróg wodnych wraz z dostawcą sprzętu telekomunikacyjnego Metric Systems Corporation z Vista w Kalifornii .

Zobacz też

Linki zewnętrzne