頻譜共享或許是頻譜短缺的解決方案

在AM收音機剛剛推出時，美國的各家電臺都是用三個頻率中的一個進行播放，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可能會分配其他當前受保護的RF頻段用于共享使用?！泵绹鴩覙藴逝c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責人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)陸運營。由于海軍將該頻段用于雷達，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。藍色標記表示可以在受影響的信道中繼續(xù)工作的用戶。當優(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50W的基站，必須由專業(yè)人士（如來自無線運營商的員工）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CBSD在真實世界中運行時，將對其進行測試——它們不會在測試模式下運行。測試完成后，認證實驗室必須將測試用具生成的測試報告提交給FCC進行最終審核，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程序單獨進行。因此，它不提供校準測量。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，用于測試運行在云中的SAS系統(tǒng)本身。在個人電腦或服務(wù)器上運行的測試用具（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)域運行。大多數(shù)SAS測試都涉及驗證協(xié)議是否正確運行——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信號強度。

圖4：本地PC或服務(wù)器上運行測試用具來驗證SAS功能。

有關(guān)SAS測試的詳細信息可在《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。