从共享“闲置频率”看美国的管理

频率的“稀有”与“干扰”

就传统而言,对于频率的管理属于静态模式,主要为分配(allocation)与指配(assignment)两个过程。政府首先根据国际规范及国内产业需求,将频率切割,进而通过审查或拍卖方式,将特定频段分配给业者提供特定服务。而在分配与指配的过程中,必须附以技术标准及相关规范,以避免使用时的彼此干扰,故当今世界各国对于频率的使用仍采取相当严格的管制。

在上世纪二十年代无线电发展技术尚未成熟时期,可供使用的频段有限且集中于较低频率部分,而干扰又时常发生,因此频率被视为所谓“稀有资源”,若政府不介入加以分配,以强制手段区隔各频段使用方式,则严重的干扰问题将阻碍频率的有效利用。也就从那时起直到二十一世纪的现在,频率稀有论以及干扰问题仍是当前频率管理中的主要理论依据。

然而近年来,上述“干扰稀有分配排它使用效率”论证逻辑,逐渐遭到质疑。许多实验显示经政府分配的频率大半处于闲置状态,使用率甚至不到10%。同时,一些频率共享技术,例如软件无线电(software defined radio,SOR)、感应无线电(cognitive radi),CR)等技术的发展,亦对原来的频率政策带来新的挑战。简言之,由实证角度观察,新技术似乎能在一定程度上解决“共享”时的“干扰”问题,传统“排它使用”的方式似乎不一定奏效,“频率共享”已不再是科学家的梦想,而是管制部门必须面对的现实。

电视频段“闲置频率”共享

美国FCC于2008年11月4日公告“闲置频率”共享新政,允许未获许可执照的业者使用电视频段内的闲置频率。在

这场被视为“科技产业”与“电视产业”的竞争中,以“闲置频率联盟”(White Space Coalition)为首的一方取得胜利。未来任何人所使用的无线电设备,只要符合FCC行政命令及技术规范,无须事先申请,即可利用电视频段内的闲置频率。事实上,在以往开放闲置频率的政策辩论及咨询过程中,诸多利益团体极力倡议,设备用户应经FCC许可方能利用该频率,但谁知到最后仍以一纸“毋须取得事前许可”决议了结。

对此FCC解释为,开放闲置频率共享可以增加频率供给量,提升频率的使用率,有助于无线网络的迅速推展,特别是在频率闲置情况甚为严重的偏远地区,让网络服务能有效地造福这些地区的消费者。此外,开放闲置频率共享亦有助于设备与服务的创新,对于商业利用以及消费者均可产生极大利益。至于是否应事先取得许可,FCC认为如采用许可证制度将大幅度降低共享意愿。

详言之,所谓“闲置频率”意指在某些地理区域中,现有业者(已取得许可执照)未充分使用的频率,因而造成闲置的情况。“电视频道”则是指2~51频道(Ch2~Ch51)之间,共400MHz的频段,不包括已于去年拍卖多余的52~69频道(即700MHz)。

关于如何“开放共享”,FCC主要考虑到以下几个方面;第一,美国已于2009年2月17日起到6月12日止完成数字电视的全面转换,数字电视目前运行于2~51频道之间,因此,FCC去年底强调,新的设备营运商必须于2009年2月18日以后始能开始销售、运行,以免影响数字电视转换过程。第二,频段内亦有其他的现有服务存在,如电视中继站设备、远程医疗设备、使用无线话筒的演出场所等,而如何调和新兴设备与现有用户的冲突,避免干扰所造成的服务中断等问题,益显重要。第三,FCC认为,如何减少现有业者的反对,是本政策最大考虑。其中,“干扰”问题是最核心的关键。

FCC在经过实际测试后发现,感应技术尚未完全成熟,故决定采取较为谨慎与保守的方式开放,待未来感应技术发展更成熟后,再逐步放宽共享的限制:

(1)区分为固定设备与个人/移动设备两种类型

首先FCC将设备区分为“固定设备”(fixed devices)与“个人/移动设备”(personal/portale devicse)两种类型。固定设备主要为安装于室外、固定不动的设备,覆盖较大的发射范围,可能成为网络基础建设的一部分,如WISP所架设的基地台,可自行取得可用的闲置频率信息。个人/移动设备则为可移动、功率较小的设备,可运行于两种模式下,第一种为客户模式(model-client),受固定设备或独立的个人/移动设备控制,须通过固定设备或独立运行的个人/移动设备取得可用的频率信息;第二种为独立模式( model-independent),其运行类似固定设备,

(2)禁止部分闲置频率的使用

为避免不可预期的干扰导致现有服务受到影响,仍禁止部分频率的共享。原则上在21频道到36频道及38频道到51频道之间,固定设备与移动设备均可使用;在5频道到20频道之间,则仅限于固定设备与固定设备间的通信使用;在3频道、4频道及37频道,则禁止所有设备使用。因此,固定设备用户可于47个频道(共382MHz)、个人/移动设备用户可在30个频道(共240MHz)的范围内,共享闲置频率。

(3)共享频率设备的技术与功能要求

针对共享频率设备的技术要求,FCC以简单与弹性为原则。首先,固定设备必须具备地理定位(geo-location)功能、存取功能、向频率共享信息库注册的功能、以及频率感测(Spectum sensing)的功能。其中,频率感测能力必须达到可有效检测最小-114dbm门槛等级的电视信号。个人/移动设备,FCC亦需如固定设备具备有地理定位功能、存取信息库功能及频率感测功能,但无须向信息库注册。此外,针对不具地理定位功能与存取信息库功能的个人/移动设备,FCC允许其于通过“效能检测标准”(proof ofperformance)后,亦能应用于闲置频率。至于在传输功率方面,固定设备传输功率最大峰值限制为1W,最大天线增益为6dbi,相等于4WEIRP;个人/移动设备的功率限制为100mW,无天线增益,相当于100Mw EIRP,但运行于电视频道的邻近频道的功率限制则缩小为40mW。

(4)现有业者保护与其它行政规定

针对该电视频段内的现有业者,如数字电视、太空天文学、无线话筒业者等,亦设计有详细的特殊保护规范。此外,另就建立频率共享信息库的相关部分,亦有所着墨,如信息库管理人员的资格、权利义务以及信息库运用及其它行政事项。均在报告中有所规定。

从共享政策看频率管理之挑战

美国FCC辖下的频率政策工作小组(SPTE)于2002年频率政策报告中指出,频率管理将面对支持更多使用不同类型

频率与功能的服务、以及“共享技术”的发展将会改变管制部门对于“干扰”的整体观点。观察美国开放“闲置频率”,在共享的架构下,可能产生的干扰可能性与样式更加复杂。在传统的管制模式下,频率的利用为动态的环境,干扰管理的难度将大幅增加,如何防止现有业者的服务与共享相互干扰,确为管制的重点所在。

美国开放“闲置频率”共享的实践经验提供几个有趣的思考方向。第一,在程序方面,FCC采取毋须事前许可制,以免冗长的申请流程阻碍共享意愿,显示FCC在行政管制方面确已大幅松绑。第二,在开放共享的政策目标方面,FCC强调频率使用率较低的乡村地区,以促进该地区的网络基础建设为主要目标之一,以具体政策鼓励无线网络业者的服务迅速推动,颇具开创性。第三,如FCC于报告中所指出,开放限制频率将使频率的供给与使用效率大为提高。该思维方向其实已经完全走出过去“命令与控制”的管制立场。第四,在共享模式下,干扰问题为最关键的规范重点。FCC尝试提供明确量化标准供设备制造商遵守,例如要求频率共享的设备需提供地理定位、限制发射功率大小、频率感应需达-114dbm的门槛等等规定,试图提供量化标准。但该标准能发挥多大效能,尚有待观察。

开放共享、干扰管理

为了避免干扰问题,各国主管机关均尝试通过法律(及其执行机构),以确保在一定区域内不能有两个电波传输使用相同的频率,且亦必须有足够的间隔限制,作为防护及彼此互不干扰。而对无线电频率这“稀有资源”的分配及管理,应以公平、效率、便利、和谐及技术中立为原则。

在追求“效率”的革新过程中,如何兼顾“和谐不干扰”的原则,确为频率政策的一大难题。而美国在开放频率共享的过程中,将“干扰管理”问题提高到一个新的层次,“频率闲置”共享揭示了诸多理念,包括频率使用最大效率与弹性、干扰标准明确化与量化、同一频段内多样服务等,可谓带出了“开放共享、干扰管理”的频率政策新思维。 ■