В телекоммуникациях белые пространства относятся к радиочастотам, выделенным для вещательной службы, но не используемым локально. [1] Национальные и международные органы назначают частоты для определенных целей и, в большинстве случаев, лицензируют права на вещание на этих частотах. Этот процесс распределения частот создает план частот , который по техническим причинам назначает белые пространства между используемыми радиодиапазонами или каналами , чтобы избежать помех . В этом случае, хотя частоты не используются, они были специально назначены для определенной цели, например, в качестве защитной полосы . Однако чаще всего эти белые пространства существуют естественным образом между используемыми каналами, поскольку назначение близлежащих передач непосредственно соседним каналам вызовет разрушительные помехи для обоих.
В дополнение к выделенному по техническим причинам пустому пространству, есть также неиспользуемый радиоспектр , который либо никогда не использовался, либо освобождается в результате технических изменений. В частности, переход на цифровое телевидение освобождает большие области между 50 МГц и 700 МГц . Это связано с тем, что цифровые передачи могут быть упакованы в смежные каналы, в то время как аналоговые не могут. Это означает, что диапазон может быть сжат в меньшее количество каналов, при этом все еще позволяя больше передач.
В Соединенных Штатах заброшенные телевизионные частоты в основном находятся в верхнем диапазоне UHF 700 мегагерц, охватывая телевизионные каналы с 52 по 69 (с 698 по 806 МГц). Американское телевидение и его белые пространства будут продолжать существовать на частотах UHF, а также на частотах VHF , для которых мобильные пользователи и устройства с белыми пространствами требуют более крупных антенн. В остальном мире заброшенные телевизионные каналы находятся в диапазоне VHF, и образовавшиеся большие белые пространства VHF перераспределяются для всемирного (за исключением США) цифрового радиостандарта DAB и DAB + , а также DMB . [ требуется цитата ]
Различные предложения, включая IEEE 802.11af , IEEE 802.22 [2] [3] и предложения от White Spaces Coalition, выступали за использование белых пространств, оставшихся после прекращения аналогового телевидения , для предоставления беспроводного широкополосного доступа в Интернет . Устройство, предназначенное для использования этих доступных каналов, называется устройством белых пространств (WSD). Такие устройства предназначены для обнаружения наличия существующих, но неиспользуемых областей эфирных волн, таких как зарезервированные для аналогового телевидения , и использования их для сигналов White Space Internet . Предполагается, что такая технология улучшит доступность широкополосного Интернета и Wi-Fi в сельской местности. [4] [5]
Ранние идеи, предложенные, включая приемники GNSS и программирование каждого WSD с базой данных всех телевизионных станций в области, однако это не позволило бы избежать других нестационарных или нелицензированных пользователей в области, или любых станций, лицензированных или измененных после того, как устройство было сделано. Кроме того, эти усилия могут повлиять на беспроводные микрофоны , медицинскую телеметрию и другие технологии, которые исторически полагались на эти открытые частоты. [ необходима цитата ]
Профессиональные беспроводные микрофоны использовали пустое пространство на протяжении десятилетий до появления так называемых устройств с пустым пространством. [1]
Как и Wi-Fi , TV whitespace — это беспроводное соединение, но использует другие диапазоны частот. TV whitespace работает в диапазоне от 470 МГц до 698 МГц, в то время как Wi-Fi работает в диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Скорость передачи данных зависит от модели радио, поставщика, длины антенны и других факторов. Новые радио могут поддерживать более 50 Мбит/с. Скорость Wi-Fi также зависит от нескольких факторов, таких как дальность, прямая видимость и т. д., но может достигать 1000 Мбит/с при использовании стандарта IEEE 802.11ac . Дальность — это решающее различие между Wi-Fi и TV whitespace. В среднем дальность TV whitespace 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 TV whitespace, 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, поставщика и т. д. Обе технологии соответствуют государственным стандартам безопасности, таким как FIPS 197 Compliance (Advanced Encryption Standards). В то время как Wi-Fi хорошо работает в городах, TV white space хорошо работает в сельской местности. [6]
Microsoft в партнерстве с коммуникационным управлением Аргентины Ente Nacional de Comunicaciones (ENACOM) запланировала предоставить беспроводной доступ школам провинции Мендоса в августе 2017 года или около того. Microsoft одолжит оборудование White Spaces техническим специалистам ENACOM, а национальный спутниковый оператор ARSAT выступит в качестве интернет-провайдера. Дальнейшие подробности испытаний пока не сообщаются. [7]
В августе 2011 года Министерство промышленности Канады (Industry Canada) начало консультации по теме «Консультации по политике и технической структуре использования невещательных приложений в диапазонах телевизионного вещания ниже 698 МГц» [8] (pdf). Консультации завершились 4 ноября 2011 года. Были получены заявки от широкого круга организаций из телекоммуникационной и вещательной отраслей.
Сообщается, что пилотный проект Indigo Telecom/Microsoft и правительства Кении обеспечивает скорость передачи данных до 16 Мбит/с для трех сельских общин, испытывающих нехватку электроэнергии — Мале, Гакава и Лайкипия, — с использованием сети на солнечных батареях. [9]
По состоянию на 3 июля 2014 года [обновлять]пилотный проект Citizen Connect, совместный проект Microsoft 4Afrika Initiative, MyDigitalBridge Foundation и MCA-N (Millennium Challenge Account Namibia), должен предоставить широкополосный Интернет «двадцати семи школам и семи окружным отделениям Министерства образования в Омусати , Ошане и Охангвене » с использованием «технологии TV White Space». [10] [11]
В 2014 году Microsoft совместно с правительством Филиппин работала над пилотной программой по оцифровке управления удаленными рыбаками. [12]
После FCC, Singapore Info-communications Media Development Authority является вторым регулятором в мире, который регулирует TV White Space, опередив Великобританию и Канаду. Усилия Сингапура были в основном направлены Singapore White Spaces Pilot Group (SWSPG) [13], основанной Institute for Infocomm Research, Microsoft и StarHub. Institute for Infocomm Research впоследствии отделился от Whizpace [14] для коммерциализации TV White Space radio с использованием сильных IP, которые разрабатывались в институте с 2006 года.
Google в партнерстве с Независимым управлением по коммуникациям Южной Африки (ICASA), CSIR, Институтом Meraka, Ассоциацией поставщиков беспроводного доступа (WAPA) и Carlson wireless предоставляет беспроводной доступ в 10 школ через 3 базовые станции в кампусе факультета медицины и медицинских наук Университета Стелленбоша в Тигерберге, Кейптаун. Первоначальное испытание проводилось в 10 школах с целью предоставления доступного интернета в выбранных школах Южной Африки без помех для телевидения и для распространения информации о будущих технологиях TVWS в Южной Африке. Испытание проводилось в течение 10 месяцев, с 25 марта 2013 года по 25 сентября 2013 года. [15]
Второе испытание включало предоставление двухточечного интернет-подключения пяти сельским средним школам в провинции Лимпопо с такими же хорошими результатами. [16]
Впоследствии в 2018 году ICASA выпустила правила использования телевизионных белых пространств. [17] В апреле 2020 года в ответ на пандемию COVID-19 ICASA выдала три временные лицензии на использование телевизионного белого пространства в диапазоне 470–694 МГц компаниям Mthinthe Communications, Levin Global и Morai Solutions. [18]
Ofcom, орган по лицензированию спектра в Великобритании, сделал свободное пространство доступным для использования. [19] [20]
29 июня 2011 года в Кембридже, Англия, был проведен один из крупнейших коммерческих тестов Wi-Fi в белых пространствах. Испытание было проведено Microsoft с использованием технологии, разработанной Adaptrum, и поддержано консорциумом интернет-провайдеров и технологических компаний, включая Nokia , BSkyB , BBC и BT , при этом фактическое сетевое оборудование было предоставлено Neul. В демонстрации система белых пространств Adaptrum обеспечивала широкополосное IP-подключение, позволяя клиентской приставке Microsoft Xbox транслировать живое HD-видео из Интернета. Также в рамках демонстрации был установлен видеочат Xbox/Kinect в реальном времени между двумя устройствами Xbox/Kinect, подключенными через то же самое соединение белого пространства телевизора. Эти приложения были продемонстрированы в очень сложной среде распространения радиосигнала с потерями более 120 дБ через здания, листву, стены, мебель, людей и т. д. и с серьезными эффектами многолучевого распространения. [21]
В 2017 году компания Microsoft расширила свои исследования, чтобы показать, что малые сотовые LTE eNodeB, работающие в телевизионном «белом пространстве», могут использоваться для предоставления экономически эффективного широкополосного доступа жителям доступного жилья. [22]
Аналоговое телевизионное вещание на полной мощности , работавшее на частотах 54 МГц и 806 МГц (54–72, 76–88, 174–216, 470–608 и 614–806) [23] (каналы 2–69), прекратило работу 12 июня 2009 года в соответствии с мандатом США на цифровое переключение . В то время телевизионные станции на полной мощности должны были перейти на цифровую передачу и работать только на частотах 54 МГц и 698 МГц. Это также график, который установила Коалиция White Spaces, чтобы начать предлагать потребителям услуги беспроводной широкополосной связи. Задержка дает время Федеральной комиссии по связи США (FCC) протестировать технологию и убедиться, что она не мешает существующим телевизионным трансляциям. Аналогичные технологии могут использоваться во всем мире, поскольку большая часть основных технологий уже внедрена. [24]
Театральные продюсеры и спортивные франшизы надеялись сорвать или отсрочить решение, утверждая, что их собственные передачи — будь то телевизионные сигналы или беспроводные микрофоны, используемые в живых музыкальных выступлениях — могут столкнуться с помехами от новых устройств, использующих белые пространства. Однако FCC отклонила их аргументы, заявив, что было проведено достаточно испытаний, и благодаря новым правилам возможные помехи будут сведены к минимуму.
Для беспроводного широкополосного доступа в Интернет требовалось больше спектра вещания, и в марте 2009 года сенатор Массачусетса Джон Керри представил законопроект, требующий изучения эффективного использования спектра. [25] Ученые изучили этот вопрос и выдвинули идею использования вычислительной техники для извлечения выгод из белого пространства. [26]
Коалиция White Spaces была сформирована в 2007 году восемью крупными технологическими компаниями, которые планировали предоставлять высокоскоростной доступ в Интернет, начиная с февраля 2009 года, потребителям США через существующее белое пространство в неиспользуемых телевизионных частотах между 54 МГц и 698 МГц (телевизионные каналы 2-51). Коалиция ожидала скорости 80 Мбит/с и выше, и от 400 до 800 Мбит/с для сетей ближнего действия в белом пространстве. В группу вошли Microsoft , Google , Dell , HP , Intel , Philips , Earthlink и Samsung Electro-Mechanics . [27]
Многие из компаний, входящих в White Spaces Coalition, также были вовлечены в Wireless Innovation Alliance. [28] Другая группа, называющая себя White Space Alliance, была сформирована в 2011 году. [29]
Google спонсировала кампанию под названием Free the Airwaves с целью переключения на белые пространства, которые были очищены в 2009 году в результате процесса преобразования DTV Федеральной комиссией по связи и преобразованы в нелицензируемый спектр , который может использоваться устройствами, подобными Wi-Fi . [30] [31] Национальная ассоциация вещателей не одобрила проект, поскольку, по их словам, он снизит качество вещания их телевизионных сигналов. [32]
Управление по инжинирингу и технологиям Федеральной комиссии по связи опубликовало отчет от 31 июля 2007 года с результатами своего расследования двух представленных предварительных устройств. В отчете сделан вывод о том, что устройства ненадёжно распознают присутствие телевизионных передач или других действующих пользователей, поэтому они не подходят для использования в их текущем состоянии, и дальнейшие испытания не были сочтены необходимыми. [33]
Однако 13 августа 2007 года Microsoft подала в FCC документ, в котором описывалась встреча ее инженеров с инженерами FCC из Управления по инжинирингу и технологиям 9 и 10 августа. На этой встрече инженеры Microsoft продемонстрировали результаты своего тестирования, проведенного с идентичными прототипами устройств и с использованием идентичных методов тестирования, которые «обнаружили сигналы DTV на пороге -114 дБм в лабораторных испытаниях на стенде со 100-процентной точностью, выполняя точно так, как и ожидалось». В присутствии инженеров FCC инженеры Microsoft разобрали устройство, которое FCC протестировала, чтобы найти причину плохой работы. Они обнаружили, что «сканер в устройстве был поврежден и работал на сильно ухудшенном уровне», что объясняло неспособность устройства FCC определять, когда каналы заняты. Также было отмечено, что FCC располагала идентичным резервным прототипом, который находился в идеальном рабочем состоянии, но который они не тестировали. [34]
Телевещатели и другие действующие пользователи этого спектра (как лицензированные, так и нелицензированные, включая производителей беспроводных аудиосистем) опасались, что их системы больше не будут нормально функционировать, если нелицензированные устройства будут работать в том же спектре. Однако Управление по инжинирингу и технологиям FCC опубликовало отчет от 15 октября 2008 года, в котором оценивались прототипы устройств с белыми пространствами в телевизионном диапазоне, представленные Adaptrum, Институтом исследований инфокоммуникаций, Motorola и Philips. В отчете сделан вывод о том, что эти устройства выполнили бремя доказательства концепции в своей способности обнаруживать и избегать устаревших передач, [35] хотя ни одно из протестированных устройств адекватно не обнаруживало сигналы беспроводных микрофонов в присутствии цифрового телевизионного передатчика на соседнем канале.
4 ноября 2008 года FCC проголосовала 5-0 за одобрение нелицензированного использования белого пространства, [36] тем самым подавив оппозицию вещателей. 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 как обращаться к базе данных, утвержденной FCC, чтобы определить, какие каналы доступны для использования в данном месте, так и должны локально контролировать спектр раз в минуту, чтобы подтвердить отсутствие устаревших беспроводных микрофонов , видеоустройств или других излучателей. Если обнаружена одна передача, устройство не может передавать нигде в пределах всего канала 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 года FCC опубликовала Меморандум Мнение и Распоряжение, которые определили окончательные правила использования белого пространства для нелицензированных беспроводных устройств. [38] Новые правила отменили обязательные требования к зондированию, что значительно облегчает использование спектра с распределением каналов на основе геолокации. Окончательные правила [39] принимают предложение от White Spaces Coalition об очень строгих правилах излучения, которые предотвращают прямое использование IEEE 802.11 (Wi-Fi) в одном канале, фактически делая новый спектр непригодным для технологий Wi-Fi. [ необходима ссылка ]
27 февраля 2009 года Национальная ассоциация вещателей (NAB) и Ассоциация за максимальное качество телевидения обратились в федеральный суд с просьбой отменить разрешение FCC на беспроводные устройства с белым пространством. Истцы утверждают, что портативные, нелицензированные персональные устройства, работающие в том же диапазоне, что и телевизионные вещатели, как было доказано, вызывают помехи, несмотря на то, что тесты FCC показали обратное. Иск был подан в Апелляционный суд США по округу Колумбия. В ходатайстве о пересмотре говорится, что решение FCC разрешить персональные устройства с белым пространством «окажет прямое неблагоприятное воздействие» на членов MSTV и NAB, и что решение Комиссии является «произвольным, капризным и иным образом не соответствующим закону». [40] Ходатайство о рассмотрении дела должно было быть рассмотрено 7 февраля 2011 года . [41] В мае 2012 года NAB объявило, что отзывает свой иск в суде относительно правил, которые разрешают нелицензированное использование пустых эфирных волн между существующими вещательными каналами. [42]
16 октября 2009 года исследователи из Microsoft Research Redmond, Washington построили и развернули сеть с белым пространством под названием WhiteFi . [43] [44] В этой сети несколько клиентов подключались к одной точке доступа через частоты UHF. Развертывание включало эксперименты по проверке того, сколько данных можно было отправить, прежде чем помехи стали слышны для близлежащих беспроводных микрофонов.
24 февраля 2010 года должностные лица в Уилмингтоне, Северная Каролина , который был тестовым рынком для перехода на цифровое телевидение , представили новую муниципальную беспроводную сеть после месяца тестирования. Сеть использовала пустые пространства, освободившиеся после окончания аналогового телевидения. Spectrum Bridge должен был работать над тем, чтобы телевизионные станции на рынке не получали помех (сообщалось об отсутствии проблем с помехами). Сеть умного города не будет конкурировать с операторами 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. Другие области применения включают уровень и качество воды, выключение света в бейсбольных парках и общественный Wi-Fi в определенных районах. TV Band имел 18-месячную экспериментальную лицензию. [45]
В 2011 году племя юрок в округе Гумбольдт , штат Калифорния, начало испытания «белого пространства» с поставщиком телекоммуникационного оборудования Carlson Wireless из Аркаты , штат Калифорния. [46]
В июле 2013 года Университет Западной Вирджинии стал первым университетом в Соединенных Штатах, который использовал свободные каналы вещательного телевидения для обеспечения кампуса и близлежащих районов беспроводным широкополосным доступом в Интернет. [47]
Также в июле 2013 года порт Питтсбурга провел оценку спектра белого пространства для повышения безопасности и полезности внутренних водных путей совместно с поставщиком телекоммуникационного оборудования Metric Systems Corporation из Висты, Калифорния . [48]