В телекоммуникациях пробелы относятся к радиочастотам, выделенным службе вещания , но не используемым на местном уровне. [1] Национальные и международные органы выделяют частоты для конкретных целей и, в большинстве случаев, лицензируют права на вещание на этих частотах. Этот процесс распределения частот создает полосовой план , который по техническим причинам распределяет пустое пространство между используемыми радиодиапазонами или каналами во избежание помех . В этом случае, хотя частоты не используются, они были специально назначены для определенной цели, например, в качестве защитной полосы . Однако чаще всего эти пробелы естественным образом существуют между используемыми каналами, поскольку назначение ближайших передач непосредственно соседним каналам вызовет разрушительные помехи для обоих.
Помимо пустого пространства, отведенного по техническим причинам, имеется еще неиспользуемый радиоспектр , который либо никогда не использовался, либо становится свободным в результате технических изменений. В частности, переход на цифровое телевидение высвобождает большие площади между 50 и 700 МГц . Это связано с тем, что цифровые передачи могут быть упакованы в соседние каналы, а аналоговые — нет. Это означает, что полосу можно сжать до меньшего количества каналов, при этом позволяя осуществлять больше передач.
В США заброшенные телевизионные частоты находятся в основном в верхнем диапазоне УВЧ 700 МГц, охватывающем телеканалы с 52 по 69 (от 698 до 806 МГц). Американское телевидение и его белые пространства будут продолжать существовать на частотах УВЧ, а также на частотах УКВ , для которых мобильным пользователям и устройствам с белым пространством требуются антенны большего размера. В остальном мире заброшенными телевизионными каналами являются VHF, и образовавшиеся в результате большие пустые пространства VHF перераспределяются для мирового (кроме США) стандарта цифрового радио DAB и DAB+ и DMB . [ нужна цитата ]
Различные предложения, в том числе IEEE 802.11af , IEEE 802.22 [2] [3] и предложения Коалиции белых пространств, пропагандируют использование белых пространств, оставшихся после прекращения аналогового телевидения, для обеспечения беспроводного широкополосного доступа в Интернет . Устройство, предназначенное для использования этих доступных каналов, представляет собой устройство пробелов (WSD). Такие устройства предназначены для обнаружения присутствия существующих, но неиспользуемых областей радиоволн, например тех, которые зарезервированы для аналогового телевидения , и использования их для сигналов Интернета в белом пространстве . Прогнозируется, что такая технология улучшит доступность широкополосного Интернета и Wi-Fi в сельской местности. [4] [5]
Ранние идеи предлагали включить приемники GNSS и запрограммировать каждый WSD с базой данных всех телевизионных станций в районе, однако это не позволило бы избежать появления других нестационарных или нелицензионных пользователей в этом районе, а также любых станций, лицензированных или измененных после того, как устройство было изготовлено. Кроме того, эти усилия могут повлиять на беспроводные микрофоны , медицинскую телеметрию и другие технологии, которые исторически полагались на эти открытые частоты. [ нужна цитата ]
Профессиональные беспроводные микрофоны использовали пустое пространство на протяжении десятилетий до так называемых устройств с белым пространством. [1]
Как и Wi-Fi , ТВ-пробел представляет собой беспроводное соединение, но использует разные диапазоны частот. ТВ-пространство работает в диапазоне от 470 до 698 МГц, а Wi-Fi работает в диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Скорость передачи данных зависит от модели рации, производителя, длины антенны и других факторов. Новые радиостанции могут поддерживать скорость более 50 Мбит/с. Скорость Wi-Fi также зависит от нескольких факторов, таких как дальность действия, прямая видимость и т. д., но может достигать 1000 Мбит/с при использовании стандарта IEEE 802.11ac . Диапазон — решающее различие между Wi-Fi и пустым пространством телевизора. В среднем дальность действия белого пространства телевизора составляет 6 миль, но она может быть меньше или больше в зависимости от таких факторов, как шум, прямая видимость и т. д. Один из трех основных производителей телевизоров, компания Carlson Wireless, рекламирует, что их радиоприемники могут работать на расстоянии до 24,8 миль. Оба имеют низкое энергопотребление — от 20 до 100 Вт в зависимости от устройства, длины антенны, производителя и так далее. Обе технологии соответствуют государственным стандартам безопасности, таким как соответствие FIPS 197 (расширенные стандарты шифрования). В то время как Wi-Fi хорошо работает в городах, свободное пространство телевизора хорошо работает в сельской местности. [6]
Microsoft в партнерстве с органом связи Аргентины Ente Nacional de Comunicaciones (ENACOM) планирует обеспечить беспроводной доступ в школы в провинции Мендоса примерно в августе 2017 года. Microsoft одолжит оборудование White Spaces техническим специалистам ENACOM, а национальный спутниковый оператор ARSAT будет выступать в качестве интернет-провайдера. Никаких дополнительных подробностей судебного разбирательства пока не сообщается. [7]
В августе 2011 года Министерство промышленности Канады, министерство промышленности Канады, начало консультации по теме «Консультации по политике и техническим основам использования нерадиовещательных приложений в диапазонах телевизионного вещания ниже 698 МГц» [8] (pdf). Консультации завершились 4 ноября 2011 г. Материалы были получены от широкого круга организаций телекоммуникационной и вещательной отраслей.
Сообщается, что пилотный проект Indigo Telecom/Microsoft и правительства Кении обеспечивает скорость полосы пропускания до 16 Мбит/с в трех сельских общинах, испытывающих недостаток в электричестве – Мале, Гакаве и Лайкипиа, используя сеть, работающую на солнечной энергии. [9]
По состоянию на 3 июля 2014 года [обновлять]пилотный проект под названием Citizen Connect, результат сотрудничества между Microsoft 4Afrika Initiative, MyDigitalBridge Foundation и MCA-N (Millennium Challenge Account Namibia), должен обеспечить широкополосный доступ в Интернет «двадцати семи школам». и семь окружных офисов Министерства образования в Омусати , Ошане и Оханвене », использующие «технологию TV White Space». [10] [11]
В 2014 году Microsoft работала с правительством Филиппин над пилотной программой по оцифровке управления удаленными рыбаками. [12]
После FCC Управление по развитию информационно-коммуникационных средств массовой информации Сингапура является вторым регулирующим органом в мире, который регулирует телевизионное белое пространство, опередив Великобританию и Канаду. Усилия Сингапура были в основном инициированы Сингапурской пилотной группой белых пространств (SWSPG) [13], основанной Институтом исследований в области инфокоммуникаций, Microsoft и StarHub. Институт исследований инфокоммуникаций впоследствии выделил Whizpace [14] для коммерциализации радиостанции TV White Space с использованием надежных IP-адресов, которые разрабатывались в институте с 2006 года.
Google в партнерстве с Независимым управлением связи Южной Африки (ICASA), CSIR, Институтом Мерака, Ассоциацией поставщиков беспроводного доступа (WAPA) и Carlson Wireless обеспечивает беспроводной доступ к 10 школам через 3 базовые станции в кампусе факультета Стелленбошского университета. доктора медицины и медицинских наук в Тайгерберге, Кейптаун. Первоначальное испытание было проведено в 10 школах с целью обеспечить доступный Интернет в выбранных школах Южной Африки без вмешательства телевидения и распространить информацию о будущих технологиях TVWS в Южной Африке. Судебный процесс длился 10 месяцев, с 25 марта 2013 г. по 25 сентября 2013 г. [15]
Второе испытание включало обеспечение двухточечного подключения к Интернету пяти сельским средним школам в провинции Лимпопо, что дало столь же хорошие результаты. [16]
Впоследствии ICASA издала правила использования пустого телевизионного пространства в 2018 году . Коммуникации, Levin Global и Morai Solutions. [18]
Ofcom, орган по лицензированию спектра в Великобритании, сделал пустое пространство бесплатным для использования. [19] [20]
29 июня 2011 года в Кембридже, Англия, было проведено одно из крупнейших коммерческих испытаний беспроводного Wi-Fi. Испытание проводилось Microsoft с использованием технологии, разработанной Adaptrum и поддержанной консорциумом интернет-провайдеров и технологических компаний, включая Nokia , BSkyB , BBC и BT , при этом фактическое сетевое оборудование было предоставлено Neul. В ходе демонстрации система пробелов Adaptrum обеспечила широкополосное IP-соединение, позволяющее клиентскому компьютеру Microsoft Xbox транслировать HD-видео в реальном времени из Интернета. Также в рамках демонстрации был установлен живой видеочат Xbox/Kinect между двумя устройствами Xbox/Kinect, подключенными через одно и то же телевизионное соединение. Эти приложения были продемонстрированы в очень сложных условиях распространения радиосигнала с потерями в линии связи более 120 дБ из-за зданий, листвы, стен, мебели, людей и т. д., а также с серьезными эффектами многолучевого распространения. [21]
В 2017 году Microsoft еще больше расширила свои исследования, чтобы показать, что малые сотовые сети eNodeB LTE, работающие в телевизионном белом пространстве, могут быть использованы для обеспечения экономичной широкополосной связи для жителей доступного жилья. [22]
Аналоговое телевизионное вещание на полную мощность , которое работало на телевизионных частотах 54–806 МГц (54–72, 76–88, 174–216, 470–608 и 614–806) [23] (каналы 2–69), было прекращено. работает 12 июня 2009 г. в соответствии с мандатом США на переход на цифровое вещание . В то время телевизионные станции полной мощности были обязаны перейти на цифровое вещание и работать только в диапазоне от 54 МГц до 698 МГц. Это также график, который Коалиция белых пространств установила для начала предложения потребителям услуг беспроводной широкополосной связи. Задержка дает Федеральной комиссии по связи США (FCC) время протестировать технологию и убедиться, что она не мешает существующему телевизионному вещанию. Подобные технологии могут использоваться во всем мире, поскольку большая часть основных технологий уже существует. [24]
Театральные продюсеры и спортивные компании надеялись сорвать или отложить это решение, утверждая, что их собственные передачи – будь то телевизионные сигналы или беспроводные микрофоны, используемые в живых музыкальных выступлениях – могут столкнуться с помехами со стороны новых устройств, использующих пустое пространство. Однако FCC отвергла их аргументы, заявив, что было проведено достаточно испытаний, и благодаря новым правилам возможное вмешательство будет сведено к минимуму.
Для беспроводного широкополосного доступа в Интернет требовалась большая часть радиовещательного спектра, и в марте 2009 года сенатор от Массачусетса Джон Керри представил законопроект, требующий изучения эффективного использования спектра. [25] Ученые изучили этот вопрос и продвигали идею использования компьютерных технологий для извлечения выгоды из белого пространства. [26]
Коалиция белых пространств была сформирована в 2007 году восемью крупными технологическими компаниями, которые планировали предоставить высокоскоростной доступ в Интернет, начиная с февраля 2009 года, потребителям США через существующее пустое пространство на неиспользуемых телевизионных частотах между 54 МГц и 698 МГц (телеканалы 2–51). . Коалиция ожидала скорости 80 Мбит/с и выше и от 400 до 800 Мбит/с для сетей малого радиуса действия в пустом пространстве. В группу вошли Microsoft , Google , Dell , HP , Intel , Philips , Earthlink и Samsung Electro-Mechanics . [27]
Многие компании, входящие в Коалицию белых пространств, также были участниками Альянса беспроводных инноваций. [28] Другая группа, называющая себя White Space Alliance, была создана в 2011 году. [29]
Google спонсировал кампанию под названием Free the Airwaves с целью переключить пустые пространства, которые были очищены в 2009 году в процессе преобразования цифрового телевидения Федеральной комиссией по связи (FCC) и преобразованы в нелицензионный спектр , который может использоваться устройствами, подобными Wi-Fi. . [30] [31] Национальная ассоциация вещателей не одобрила этот проект, поскольку они заявили, что он снизит качество вещания их телесигналов. [32]
Управление инженерии и технологий Федеральной комиссии по связи опубликовало отчет от 31 июля 2007 года с результатами расследования двух представленных предварительных устройств. В отчете сделан вывод, что устройства не способны надежно обнаруживать присутствие телевизионных передач или других действующих пользователей, поэтому неприемлемы для использования в их нынешнем состоянии, и дальнейшее тестирование не было сочтено необходимым. [33]
Однако 13 августа 2007 года Microsoft подала в FCC документ, в котором описывалась встреча, которую ее инженеры провели с инженерами FCC из Управления инженерии и технологий 9 и 10 августа. На этой встрече инженеры Microsoft продемонстрировали результаты их тестирование проводилось с использованием идентичных прототипов устройств и с использованием идентичных методов тестирования, которые «обнаружили сигналы цифрового телевидения с порогом -114 дБм в ходе лабораторных стендовых испытаний со 100-процентной точностью, работая точно так, как ожидалось». В присутствии инженеров FCC инженеры Microsoft разобрали устройство, протестированное FCC, чтобы найти причину плохой работы. Они обнаружили, что «сканер в устройстве был поврежден и работал на сильно ухудшенном уровне», что объясняло неспособность подразделения FCC определять, когда каналы заняты. Также было отмечено, что у FCC имеется идентичный резервный прототип, находившийся в идеальном рабочем состоянии, который они не тестировали. [34]
Телевещательные компании и другие действующие пользователи этого спектра (как лицензированные, так и нелицензированные, включая производителей беспроводных аудиосистем) опасались, что их системы перестанут функционировать должным образом, если нелицензированные устройства будут работать в том же спектре. Однако Управление инженерии и технологий FCC опубликовало отчет от 15 октября 2008 года, в котором оценивались прототипы устройств с белым пространством ТВ-диапазона, представленные Adaptrum, Институтом исследований в области инфокоммуникаций, Motorola и Philips. В отчете сделан вывод, что эти устройства выполнили бремя проверки концепции в своей способности обнаруживать и избегать устаревших передач [35] , хотя ни одно из протестированных устройств не обнаруживало адекватно сигналы беспроводного микрофона в присутствии передатчика цифрового телевидения на соседнем канале. .
4 ноября 2008 года Федеральная комиссия по связи проголосовала со счетом 5:0 за одобрение нелицензионного использования пустого пространства, [36] тем самым заставив замолчать оппозицию со стороны вещательных компаний. Фактический Второй отчет и приказ были опубликованы десять дней спустя и содержат некоторые серьезные препятствия для разработки и использования устройств телевизионного диапазона, как их называет FCC. Устройства должны обращаться к базе данных, утвержденной FCC, чтобы определить, какие каналы доступны для использования в данном месте, а также должны локально контролировать спектр раз в минуту, чтобы убедиться в отсутствии устаревших беспроводных микрофонов , видеовспомогательных устройств или других излучателей. Если обнаружена одна передача, устройство может не передавать нигде в пределах всего канала шириной 6 МГц, в котором была получена передача. [37] Была надежда, что в течение года этот новый доступ приведет к более надежному доступу в Интернет и другим технологиям.
23 сентября 2010 г. Федеральная комиссия по связи опубликовала Меморандум и приказ, определяющий окончательные правила использования пустого пространства для нелицензированных беспроводных устройств. [38] Новые правила отменили обязательные требования к зондированию, что значительно облегчает использование спектра с распределением каналов на основе геолокации. В окончательных правилах [39] принимается предложение Коалиции белых пространств об очень строгих правилах излучения, которые предотвращают прямое использование IEEE 802.11 (Wi-Fi) в одном канале, что фактически делает новый спектр непригодным для использования технологиями Wi-Fi. [ нужна цитата ]
27 февраля 2009 года Национальная ассоциация вещателей (NAB) и Ассоциация телевидения с максимальным уровнем обслуживания обратились в федеральный суд с просьбой аннулировать разрешение FCC на использование беспроводных устройств в пустом пространстве. Истцы утверждают, что портативные нелицензированные персональные устройства, работающие в том же диапазоне, что и телевизионные передачи, доказано, вызывают помехи, несмотря на тесты FCC, подтверждающие обратное. Иск был подан в Апелляционный суд США по округу Колумбия. В ходатайстве о пересмотре говорится, что решение FCC разрешить использование личных устройств с пустым пространством «окажет прямое негативное влияние» на членов MSTV и NAB, и что решение Комиссии является «произвольным, капризным и в остальном не соответствует закону». [40] Ходатайство о рассмотрении дела должно было быть рассмотрено 7 февраля 2011 года. [41] В мае 2012 года НАБ объявило, что отказывается от оспаривания в суде правил, которые допускают нелицензированное использование пустых радиоволн между существующими вещательными каналами. . [42]
16 октября 2009 года исследователи из Microsoft Research в Редмонде, штат Вашингтон, построили и развернули сеть белого пространства под названием WhiteFi . [43] [44] В этой сети несколько клиентов подключены к одной точке доступа на частотах УВЧ. Развертывание включало эксперименты по проверке того, какой объем данных можно отправить до того, как помехи станут слышны близлежащим беспроводным микрофонам.
24 февраля 2010 года официальные лица в Уилмингтоне, Северная Каролина , который был тестовым рынком для перехода на цифровое телевидение , после месяца испытаний представили новую муниципальную беспроводную сеть. Сеть использовала пустое пространство, появившееся с окончанием аналогового телевидения. Spectrum Bridge должен был работать над тем, чтобы телевизионные станции на рынке не получали помех («о проблемах с помехами» не сообщалось). Сеть «умного города» не будет конкурировать с компаниями сотовой связи, а вместо этого будет использоваться для «национальных целей», включая государственный и энергетический мониторинг. TV Band Service, состоящая из частных инвесторов, установила камеры в парках и вдоль шоссе, чтобы показывать движение транспорта. Другие области применения включают уровень и качество воды, выключение света на стадионах и общественный Wi-Fi в определенных местах. У TV Band была экспериментальная лицензия сроком на 18 месяцев. [45]
В 2011 году племя Юрок в округе Гумбольдт , Калифорния, начало испытания пустого пространства совместно с поставщиком телекоммуникационного оборудования Carlson Wireless из Аркаты , Калифорния. [46]
В июле 2013 года Университет Западной Вирджинии стал первым университетом в Соединенных Штатах, который использовал свободные вещательные телеканалы для обеспечения кампуса и прилегающих территорий услугами беспроводного широкополосного доступа в Интернет. [47]
Также в июле 2013 года порт Питтсбург совместно с поставщиком телекоммуникационного оборудования Metric Systems Corporation из Висты, Калифорния , провел оценку спектра White Space на предмет повышения безопасности и полезности внутренних водных путей. [48]