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TV White Space共享技術及國際標準趨勢
   
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  作者:資通訊產業聯盟 發表於2011/5/10 上午 10:25:35
 
TV White Space共享技術及國際標準趨勢
資通訊產業聯盟

I、摘要

 無線電頻譜是世界各國為數有限的寶貴資源,暨電信自由化後,在電信、電視、廣播、衛星等新興無線服務陸續佔用國家頻譜,如何進行最有效的資源運用是世界各國主管單位一直關切的議題。特別是行動通訊的技術發展與日俱進,各式新穎的設備與應用服務相繼推出,未來對頻頻資源的需求也將越來越多,為了有更多的頻寬可以運用,近年來的新興數位無線電視頻率共享(TVWS)技術因此扮演著很重要的角色。

 美國聯邦通訊委員會(FCC)美國數位無線電視標準法案將於今年六月12日全面在美國實施,正式停止類比無線電視訊號的播出,而改用由進階電視系統委員會ATSC (The Advanced Television System Committee)所建議的數位電視標準,進行數位無線電視訊號(DTV)播出。美國除了致力於領先全球實現DTV外,也因為研究數位無線電視所使用的頻譜從整過程發現,原來的無線電視訊號使用效率不佳,尤其以746-806MHz頻段使用率最低,為提升700MHz頻譜的使用率並提供更多樣化的傳播通訊服務,於去年1月24日開始進行所謂的700MHz頻譜拍賣,所有拍賣所得金額總計達美金195億9千2百萬元,全球也有多個國家正在研討無線數位電視標準的導入。另外FCC公佈第二次Report and Order文件,容許類似WiFi,藍芽及WiMAX等無線網際網路裝置,可以不需要執照的情況下,在不干擾優先用戶的情況下,使用電視台之間未使用到的電波頻率(所謂的White Space),來提供無線寬頻的服務。以提升無線電視訊號使用效率不佳之問題。

 正因為如此,科技公司包括Google, Microsoft, Dell, Philips, Samsung 及Intel 等組織White Coalition Group,對這頻段的共享技術投入所謂的TV White Space研究。電視頻段具有優於目前行動通訊頻段之長距離、非視距(NLOS)、高穿透性等特性的優良傳播特性,未來在數位無線電視頻譜的發展前景普遍看好。

本文將對數位無線電視頻率共享技術及國際標準趨勢作一簡單介紹。

II. 美國聯邦通訊委員會(FCC)標準法案

 美國Federal Communications Commission(FCC)在2008年十月發佈了第二次Report and Order文件,該文件的主旨是美國有意用unlicensed band方式開放未使用到的數位無線電視電波頻率(White Space),來提供感知(Cognitive)、低功率式固定式及移動式無線寬頻裝置(TVBDs)傳輸之服務。內文針對無線裝置之相關技術要求有明確的定義,包括固定式裝置必須備有位置感測(Location Awareness)技術及頻段感測(Spectrum Sensing)技術並與透過系統網路與DataBase聯繫。

為了加強執照用戶不被電視頻率裝置(TVBD)干擾下制定了以下規定:

 數位無線電視訊號將受Protection Contour保護。FCC規定TVBD必須在一定的距離外使用,固接式及移動式TVBDs傳輸Channel及傳輸功率也有詳細規定。

 固接式天線高度規定: 感測天線(sending antenna)必須裝置戶外,高至少10米,廣播天線(Transmit antenna) 必須裝置戶外,高不可高過30米。

Table 1: Required Separation from Digital TV Protected Contour

 FCC為了保護執照用戶,詳細規定TVBDs頻帶外發射(out-of-band emission)的限制: adjacent channel rules, beyond adjacent channel rules and rules for Channels 36-38. 這規定將影響Spectral masks技術的設計。

 多種干擾迴避方法(Interference avoidance mechanism)及技術,試圖讓TVBDs對執照裝置的干擾降到最低。

 感知無線電(Cognitive Radio)技術機制,包括在TVBS規定運用位置感測(Location Awareness)技術把Geo-location等資料,經過Internet與網路資料庫的儲存系統連結,實現感知系統(Cognitive System)之概念。在此資料庫記錄了管轄範圍內已經註冊程序的每一廣播無線電視的Protected Contour、Transmit Power相關資料。

Figure 1: Cognitive Radio System

 第二個干擾迴避方法是運用頻段感測(Spectrum Sensing)技術偵測環境內優先用戶的使用狀況。FCC R&O規定TVBDs必須具備頻段感測技術偵測NTSC TV Signals, Wireless Microphones (Part 74)及Part 90.267裝置。

 這次FCC公佈的R&O文件裡可看出距離TVWS頻段上,實現感知系統的相關規定及法規已經越來越接近成熟,並也揭漏了需要克服的技術及挑戰。

III. TVWS國際標準組織制定現況

 業界及White Space Coalition產業聯盟對TV White Space的期望寄予厚望,科技公司包括Google, Microsoft, Dell, Philips, Samsung 及Intel 等投入所謂的TV White Space研究,希望FCC通過容許類似WiFi,藍芽及WiMAX等無線網際網路裝置,可以不需要執照的情況下,在不干擾優先用戶的情況下,使用電視台之間未使用到的電波頻率(所謂的White Space),來提供無線寬頻的服務。這議題遭到來自無線電視業者、劇場及大型演場會業者及無線麥克風使用團體的抗議,而在11月14日FCC發佈了如何保障現有無線麥克風及相關裝置不受干擾的規定,以及未來使用White Space的裝置必須符合的技術規範。目前國際標準組織正在制訂Cognitive Radio (CR)/Dynamic Spectrum Access (DSA)的標準有(Fig. 2):

以下對IEEE TVWS ECSG標準現況做一簡單介紹:

【IEEE TVWS ECSG】

 IEEE EC於去年11月通過提案成立一特別小組– IEEE ECSG on TV Whitespace – 專為此頻段所需要之技術做前期討論,希望各IEEE 802標準工作小組能參與投入研究TVWS頻段技術。此工作小組目的是希望:

1)探討FCC Whitespace R&O對IEEE 802之影響

 文獻中不但說明了感知技術(Cognitive System)在IEEE標準家族的技術演進過程(Fig. 3),並在會議後提出建議,希望IEEE 802成立一個跨全工作小組的標準平台,協助制定各802無線裝置間在TVWS頻譜的共存及其他的挑戰、並組織WS Liaison Office與其他標準組織聯繫及協調。會員在三月會議中投票通過,目前最需要討論的兩個議題TVWS之共存和保護執照用戶問題將繼續於IEEE 802.19探討。

IV. 結語

 美國FCC允許無線電視頻率共享技術的法案通過,將帶動動態頻譜分享技術的發展及創造新的契機。本文探討了美國FCC標準法案對無線電視頻率共享技術的一些要求,為了達到FCC的嚴格要求,TVBDs將必須解決包括安全性、與其他感知無線電共存、使用範圍、頻寬的不確定性與資源配置等問題。除此之外,為使用這些資源,還須法規面與商業模式的加持,才有可行的機會。本文探討也揭漏了IEEE TVWS ECSG標準組織的制定現況,相信因為這些艱難的挑戰將會讓國際標準制定組織、產業聯盟及研究組織更加合作一同尋找TV White Space設備需要的解決方案。因此這個市場所能帶來的後續利潤將是爆炸性的,值得我們關注與進行投入研究及參與。

 

 
分類:數位終端設備/聯網電視
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