Gemeinsame Nutzung von Frequenzen in
den USA
Gemeinsame Nutzung
von Frequenzen
Was ist Spectrum Sharing?
Die gemeinsame Nutzung von Frequenzen ist
eine Möglichkeit, die Nutzung der Funkwellen oder drahtlosen
Kommunikationskanäle zu optimieren, indem mehreren Kategorien von
Benutzern ermöglicht wird, dieselben Frequenzbänder sicher zu nutzen.
Die gemeinsame Nutzung von Frequenzen ist
notwendig, da die wachsende Nachfrage die Ätherwellen überfüllt.
Smartphones, das Internet der Dinge, Militär- und Sicherheitsfunkgeräte,
tragbare Geräte, intelligente Fahrzeuge und unzählige andere Geräte sind
alle auf die gleichen drahtlosen Bänder des elektromagnetischen
Spektrums angewiesen, um Daten, Sprache und Bilder auszutauschen.
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Ein sehr komplexes Diagramm, das die
Komplexität der Frequenzzuweisung veranschaulicht
US-Frequenzzuteilungstabelle für das
Funkspektrum ab Januar 2016
Kredit: Nationale Verwaltung für
Telekommunikation und Information
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Als Messbehörde des Landes entwickelt das
National Institute of Standards and Technology (NIST) Messinstrumente,
Daten und Methoden, um eine faire, effiziente gemeinsame Nutzung des
Spektrums zu ermöglichen. Diese Arbeit unterstützt nicht nur die
Billionen-Dollar-US-Telekommunikationsindustrie und ihre Hunderte von
Millionen Kunden, sondern auch das US-Militär, das über Frequenzen im
3,5-Gigahertz-Frequenzband (GHz) verfügt, das ein Schwerpunkt der
bahnbrechenden US-Frequenzteilungsbemühungen ist.
Die Arbeit von NIST verspricht auch, die
Leistung und Zuverlässigkeit zukünftiger drahtloser Systeme zu
verbessern, die in Operationssälen von Krankenhäusern,
Produktionsstätten, Stadien, öffentlichen Sicherheitseinrichtungen,
Versorgungsunternehmen und anderswo eingesetzt werden.
Was unternimmt NIST, um die gemeinsame
Nutzung von Frequenzen zu unterstützen?
Das Communications Technology Laboratory
(CTL) des NIST betreibt Grundlagenforschung im Bereich der gemeinsamen
Nutzung von Frequenzen.
Die Forschung von CTL konzentriert sich auf
zwei Ansätze zur gemeinsamen Nutzung von Frequenzen. Der erste ist der
abgestufte Zugang, bei dem "intelligente" Systeme das Recht eines
primären Nutzers auf ausschließliche Nutzung bestimmter Frequenzen
wahren und die Fähigkeiten der sekundären Nutzer steuern. Der
mehrstufige Zugang wird im Citizens Broadband Radio Service (CBRS)
verwendet. Der zweite Ansatz ist die Koexistenz, bei der mehrere
Technologien gleichzeitig das gleiche Spektrum nutzen. Dies ist
beispielsweise bei Bluetooth- und 2,4-GHz-WLAN-Systemen der Fall.
Im Allgemeinen führt CTL Forschungen durch,
um das Verhalten drahtloser Systeme zu verstehen, und entwickelt
innovative Wege, um die Spektrumaktivität sowohl in Innen- als auch in
Außenumgebungen zu charakterisieren. Ziel ist es, die Frequenznutzung
und das Nutzerverhalten zu quantifizieren, damit politische
Entscheidungsträger und Branchenführer fundierte Entscheidungen auf der
Grundlage der unparteiischen Analyse von NIST treffen können. CTL hat
Testmethoden und -werkzeuge entwickelt, mit denen Regulierungsbehörden
Nutzer von gemeinsam genutzten Frequenzen zertifizieren können, um sich
vor Interferenzen mit Hauptnutzern wie dem Militär zu schützen.
CTL baute das National Broadband
Interoperability Test Bed (NBIT) auf, um die Koexistenzforschung und
NASCTN zu unterstützen. Technologische Fortschritte in den Bereichen
Computing, Signalverarbeitung und Rechengeschwindigkeit ermöglichen es
Systemen, in überladenen Umgebungen zu arbeiten, aber die Koexistenz
erfordert, dass Geräte Interferenzen widerstehen und keine
Beeinträchtigung der Nachbarn vermeiden. Um zu beurteilen, ob dies
geschieht, sind neue Metriken erforderlich. Dementsprechend entwickelt
CTL Möglichkeiten, um zu messen, wie gut drahtlose Geräte koexistieren,
während sie in gemeinsamen Frequenzbändern arbeiten.
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Echokammer
NIST Broadband Interoperability Test (NBIT)
Einrichtung
Kredit: NIST
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Die gemeinsame Nutzung von Frequenzen kann zu
Streitigkeiten über die Frequenznutzung sowohl räumlich als auch
zeitlich führen. Daher entwickelt CTL auch forensische Tools zur
Überwachung der Nutzung drahtloser Frequenzen zum Zwecke der Erkennung
und Meldung von Verstößen. Die Idee ist, die Nutzung des Spektrums in
Zeit und Raum auf eine Weise zu "fingerabdrücken", die einer Überprüfung
standhält.
Physische Tests der gemeinsamen Nutzung von
Frequenzen stellen geografische Herausforderungen dar. CTL hat bereits
eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Standards, Testverfahren und
Zertifizierungsinstrumenten für das CBRS gespielt.
Tan und roter Flugzeugträger im grauen
Segment des Ozeans vor Cape Cod, MA, repräsentiert Schiff auf See,
während rote und blaue Ballons entlang der Küste drahtlose Benutzer
anzeigen.
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NIST-Simulation, die drahtlose Benutzer von
gemeinsam genutzten Hochfrequenzen (RF) in der Region Boston bis Cape
Cod, Massachusetts, zeigt. Farbige Markierungen kennzeichnen Benutzer,
die den Betrieb fortsetzen können (blau) oder ausgeschaltet werden
müssen (rot), um dem vorrangigen Bedarf an drahtlosem Band durch
Marineschiffe innerhalb des Offshore-"ausgewiesenen Schutzbereichs"
(grau) gerecht zu werden.
Kredit: Michael Souryal/NIST (mit Google
Earth-Karte der Küste von Massachusetts)
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CTL forscht auch an zusätzlichen Strategien,
um sicherzustellen, dass sekundäre Benutzer militärische Benutzer nicht
stören. Zum Beispiel arbeitet CTL an der Entwicklung verteilter
Sensornetzwerke, die Signale in Küstengebieten, die sich über Tausende
von Quadratmeilen unterschiedlichen Geländes erstrecken können, schnell
lokalisieren und identifizieren können.
CTL untersucht auch eine zusätzliche mögliche
Lösung, die den Einsatz von unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs)
beinhaltet, die mit drahtlosen Sensoren ausgestattet werden könnten, um
die Frequenznutzung zu überwachen. UAVs könnten auch Marineradar von
verschiedenen Punkten auf See simulieren, um zuverlässige Daten für
sekundäre Benutzer zu liefern, von denen erwartet wird, dass sie die
Funkwellen löschen, wenn sie den primären Benutzer erkennen.
https://www.nist.gov/advanced-communications/spectrum-sharing