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頻率的“稀有”與“干擾”

就傳統(tǒng)而言,對于頻率的管理屬于靜態(tài)模式,主要為分配(allocation)與指配(assignment)兩個過程。政府首先根據(jù)國際規(guī)范及國內(nèi)產(chǎn)業(yè)需求,將頻率切割,進而通過審查或拍賣方式,將特定頻段分配給業(yè)者提供特定服務。而在分配與指配的過程中,必須附以技術標準及相關規(guī)范,以避免使用時的彼此干擾,故當今世界各國對于頻率的使用仍采取相當嚴格的管制。

在上世紀二十年代無線電發(fā)展技術尚未成熟時期,可供使用的頻段有限且集中于較低頻率部分,而干擾又時常發(fā)生,因此頻率被視為所謂“稀有資源”,若政府不介入加以分配,以強制手段區(qū)隔各頻段使用方式,則嚴重的干擾問題將阻礙頻率的有效利用。也就從那時起直到二十一世紀的現(xiàn)在,頻率稀有論以及干擾問題仍是當前頻率管理中的主要理論依據(jù)。

然而近年來,上述“干擾稀有分配排它使用效率”論證邏輯,逐漸遭到質疑。許多實驗顯示經(jīng)政府分配的頻率大半處于閑置狀態(tài),使用率甚至不到10%。同時,一些頻率共享技術,例如軟件無線電(software defined radio,SOR)、感應無線電(cognitive radi),CR)等技術的發(fā)展,亦對原來的頻率政策帶來新的挑戰(zhàn)。簡言之,由實證角度觀察,新技術似乎能在一定程度上解決“共享”時的“干擾”問題,傳統(tǒng)“排它使用”的方式似乎不一定奏效,“頻率共享”已不再是科學家的夢想,而是管制部門必須面對的現(xiàn)實。

電視頻段“閑置頻率”共享

美國FCC于2008年11月4日公告“閑置頻率”共享新政,允許未獲許可執(zhí)照的業(yè)者使用電視頻段內(nèi)的閑置頻率。在

這場被視為“科技產(chǎn)業(yè)”與“電視產(chǎn)業(yè)”的競爭中,以“閑置頻率聯(lián)盟”(White Space Coalition)為首的一方取得勝利。未來任何人所使用的無線電設備,只要符合FCC行政命令及技術規(guī)范,無須事先申請,即可利用電視頻段內(nèi)的閑置頻率。事實上,在以往開放閑置頻率的政策辯論及咨詢過程中,諸多利益團體極力倡議,設備用戶應經(jīng)FCC許可方能利用該頻率,但誰知到最后仍以一紙“毋須取得事前許可”決議了結。

對此FCC解釋為,開放閑置頻率共享可以增加頻率供給量,提升頻率的使用率,有助于無線網(wǎng)絡的迅速推展,特別是在頻率閑置情況甚為嚴重的偏遠地區(qū),讓網(wǎng)絡服務能有效地造福這些地區(qū)的消費者。此外,開放閑置頻率共享亦有助于設備與服務的創(chuàng)新,對于商業(yè)利用以及消費者均可產(chǎn)生極大利益。至于是否應事先取得許可,FCC認為如采用許可證制度將大幅度降低共享意愿。

詳言之,所謂“閑置頻率”意指在某些地理區(qū)域中,現(xiàn)有業(yè)者(已取得許可執(zhí)照)未充分使用的頻率,因而造成閑置的情況?！半娨曨l道”則是指2~51頻道(Ch2~Ch51)之間,共400MHz的頻段,不包括已于去年拍賣多余的52~69頻道(即700MHz)。

關于如何“開放共享”,FCC主要考慮到以下幾個方面;第一,美國已于2009年2月17日起到6月12日止完成數(shù)字電視的全面轉換,數(shù)字電視目前運行于2~51頻道之間,因此,FCC去年底強調,新的設備營運商必須于2009年2月18日以后始能開始銷售、運行,以免影響數(shù)字電視轉換過程。第二,頻段內(nèi)亦有其他的現(xiàn)有服務存在,如電視中繼站設備、遠程醫(yī)療設備、使用無線話筒的演出場所等,而如何調和新興設備與現(xiàn)有用戶的沖突,避免干擾所造成的服務中斷等問題,益顯重要。第三,FCC認為,如何減少現(xiàn)有業(yè)者的反對,是本政策最大考慮。其中,“干擾”問題是最核心的關鍵。

FCC在經(jīng)過實際測試后發(fā)現(xiàn),感應技術尚未完全成熟,故決定采取較為謹慎與保守的方式開放,待未來感應技術發(fā)展更成熟后,再逐步放寬共享的限制:

(1)區(qū)分為固定設備與個人/移動設備兩種類型

首先FCC將設備區(qū)分為“固定設備”(fixed devices)與“個人/移動設備”(personal/portale devicse)兩種類型。固定設備主要為安裝于室外、固定不動的設備,覆蓋較大的發(fā)射范圍,可能成為網(wǎng)絡基礎建設的一部分,如WISP所架設的基地臺,可自行取得可用的閑置頻率信息。個人/移動設備則為可移動、功率較小的設備,可運行于兩種模式下,第一種為客戶模式(model-client),受固定設備或獨立的個人/移動設備控制,須通過固定設備或獨立運行的個人/移動設備取得可用的頻率信息;第二種為獨立模式( model-independent),其運行類似固定設備,

(2)禁止部分閑置頻率的使用

為避免不可預期的干擾導致現(xiàn)有服務受到影響,仍禁止部分頻率的共享。原則上在21頻道到36頻道及38頻道到51頻道之間,固定設備與移動設備均可使用;在5頻道到20頻道之間,則僅限于固定設備與固定設備間的通信使用;在3頻道、4頻道及37頻道,則禁止所有設備使用。因此,固定設備用戶可于47個頻道(共382MHz)、個人/移動設備用戶可在30個頻道(共240MHz)的范圍內(nèi),共享閑置頻率。

(3)共享頻率設備的技術與功能要求

針對共享頻率設備的技術要求,FCC以簡單與彈性為原則。首先,固定設備必須具備地理定位(geo-location)功能、存取功能、向頻率共享信息庫注冊的功能、以及頻率感測(Spectum sensing)的功能。其中,頻率感測能力必須達到可有效檢測最小-114dbm門檻等級的電視信號。個人/移動設備,FCC亦需如固定設備具備有地理定位功能、存取信息庫功能及頻率感測功能,但無須向信息庫注冊。此外,針對不具地理定位功能與存取信息庫功能的個人/移動設備,FCC允許其于通過“效能檢測標準”(proof ofperformance)后,亦能應用于閑置頻率。至于在傳輸功率方面,固定設備傳輸功率最大峰值限制為1W,最大天線增益為6dbi,相等于4WEIRP;個人/移動設備的功率限制為100mW,無天線增益,相當于100Mw EIRP,但運行于電視頻道的鄰近頻道的功率限制則縮小為40mW。

(4)現(xiàn)有業(yè)者保護與其它行政規(guī)定

針對該電視頻段內(nèi)的現(xiàn)有業(yè)者,如數(shù)字電視、太空天文學、無線話筒業(yè)者等,亦設計有詳細的特殊保護規(guī)范。此外,另就建立頻率共享信息庫的相關部分,亦有所著墨,如信息庫管理人員的資格、權利義務以及信息庫運用及其它行政事項。均在報告中有所規(guī)定。

從共享政策看頻率管理之挑戰(zhàn)

美國FCC轄下的頻率政策工作小組(SPTE)于2002年頻率政策報告中指出,頻率管理將面對支持更多使用不同類型

頻率與功能的服務、以及“共享技術”的發(fā)展將會改變管制部門對于“干擾”的整體觀點。觀察美國開放“閑置頻率”,在共享的架構下,可能產(chǎn)生的干擾可能性與樣式更加復雜。在傳統(tǒng)的管制模式下,頻率的利用為動態(tài)的環(huán)境,干擾管理的難度將大幅增加,如何防止現(xiàn)有業(yè)者的服務與共享相互干擾,確為管制的重點所在。

美國開放“閑置頻率”共享的實踐經(jīng)驗提供幾個有趣的思考方向。第一,在程序方面,FCC采取毋須事前許可制,以免冗長的申請流程阻礙共享意愿,顯示FCC在行政管制方面確已大幅松綁。第二,在開放共享的政策目標方面,FCC強調頻率使用率較低的鄉(xiāng)村地區(qū),以促進該地區(qū)的網(wǎng)絡基礎建設為主要目標之一,以具體政策鼓勵無線網(wǎng)絡業(yè)者的服務迅速推動,頗具開創(chuàng)性。第三,如FCC于報告中所指出,開放限制頻率將使頻率的供給與使用效率大為提高。該思維方向其實已經(jīng)完全走出過去“命令與控制”的管制立場。第四,在共享模式下,干擾問題為最關鍵的規(guī)范重點。FCC嘗試提供明確量化標準供設備制造商遵守,例如要求頻率共享的設備需提供地理定位、限制發(fā)射功率大小、頻率感應需達-114dbm的門檻等等規(guī)定,試圖提供量化標準。但該標準能發(fā)揮多大效能,尚有待觀察。

開放共享、干擾管理

為了避免干擾問題,各國主管機關均嘗試通過法律(及其執(zhí)行機構),以確保在一定區(qū)域內(nèi)不能有兩個電波傳輸使用相同的頻率,且亦必須有足夠的間隔限制,作為防護及彼此互不干擾。而對無線電頻率這“稀有資源”的分配及管理,應以公平、效率、便利、和諧及技術中立為原則。

在追求“效率”的革新過程中,如何兼顧“和諧不干擾”的原則,確為頻率政策的一大難題。而美國在開放頻率共享的過程中,將“干擾管理”問題提高到一個新的層次,“頻率閑置”共享揭示了諸多理念,包括頻率使用最大效率與彈性、干擾標準明確化與量化、同一頻段內(nèi)多樣服務等,可謂帶出了“開放共享、干擾管理”的頻率政策新思維。 ■