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Gemeinsame Nutzung von Frequenzen NIST / USA

Gemeinsame Nutzung von Frequenzen  in den USA
( Grafiken )
 
 
 
 
 
 
 
 
N I S T  / USA

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