Este documento fornece uma vista geral detalhada do Sistema de acesso ao espetro (SAS), incluindo as respetivas funcionalidades e arquitetura, e como funciona com outros componentes de rede.
A tecnologia sem fios cresceu consideravelmente nas últimas décadas. Com milhares de milhões de dispositivos ligados a redes móveis em todo o mundo, a procura de um acesso à Internet mais rápido e melhorado está em constante aumento. Para acompanhar esta procura crescente, os fornecedores de serviços estão a investir consideravelmente para melhorar a respetiva infraestrutura sem fios e estão a esforçar-se por ter acesso a mais espectro sem fios.
Uma vez que a maior parte do espectro sem fios licenciado já está atribuída, a National Telecommunications and Information Administration (NTIA) e a Federal Communications Commission (FCC) identificaram em conjunto a banda do espectro do Citizens Broadband Radio Service (CBRS) de 3550 MHz a 3700 MHz que pode ser reutilizada para o serviço de Internet de banda larga sem fios comercial.
Para a utilização comercial de CBRS, a FCC definiu regulamentos da parte 96 que foram desenvolvidos em normas pelo Wireless Innovation Forum (WInnForum). Estes padrões, processos e procedimentos garantem que o espectro CBRS pode ser partilhado entre utilizadores federais e não federais sem interromper os serviços dos outros. Por exemplo, quando um sistema de radar governamental não está a usar canais em momentos específicos, esse espectro pode ser libertado para uso comercial.
As operadoras de rede móvel e as empresas de rede sem fios fixa usam o espectro CBRS para criar as suas próprias redes privadas. Para criar esta rede, precisam de serviços que os ajudem a fazer o seguinte:
- Planeie, implemente e faça a gestão de redes rentáveis
- Implemente redes de baixo custo para vender acesso por grosso
- Faça a gestão dos custos transferindo o tráfego de dados das redes de anfitriões para o espectro CBRS
- Encontrar soluções algorítmicas para problemas como a coexistência de redes
- Partilhe redes através de regras de prioridade do utilizador
- Aumentar a capacidade de uma rede de mobilidade existente
A Google é um administrador de SAS certificado pela FCC e também um dos principais contribuintes para as especificações do WInnForum CBRS e a OnGo Alliance. A Google desenvolveu um conjunto de produtos e serviços baseados na nuvem que ajudam estes operadores de rede a criar um ecossistema CBRS que oferece uma melhor Internet sem fios. Para mais informações sobre vários produtos e serviços Google no espaço de espetro partilhado, consulte o artigo Partilha de espetro.
A banda CBRS é um espetro sem fios partilhado com uma banda de frequência de 3550 MHz a 3700 MHz. A FCC definiu três níveis de utilizadores de CBRS com base na prioridade:
Utilizadores existentes de nível 1.
Utilizadores de alta prioridade, como porta-aviões navais e estações de satélite fixas.
Utilizadores de licença de acesso prioritário (PAL) de Nível 2.
Utilizadores licenciados que não interferem com os utilizadores existentes e toleram qualquer possível interferência dos mesmos.
Utilizadores de acesso autorizado geral (GAA) de nível 3.
Utilizadores gerais autorizados a usar a banda CBRS, desde que não interfiram com os utilizadores de Nível 1 e Nível 2.
Um dispositivo do serviço de rádio de banda larga para cidadãos (CBSD) é um dispositivo transmissor que funciona no espectro do serviço de rádio de banda larga para cidadãos (CBRS), como um Evolved NodeB (eNodeB).
A função principal do Spectrum Access System (SAS) é controlar o acesso ao espectro para um CBSD. Um CBSD transmite apenas depois de receber autorização do SAS. Este controlo garante a proteção dos utilizadores de CBRS de prioridade mais elevada através do controlo dos parâmetros de funcionamento, como os canais ou a potência de transmissão dos dispositivos CBRS de prioridade mais baixa.
Um CBSD inicia todas as comunicações necessárias com o SAS através de protocolos padrão definidos pelo WInnForum. Em seguida, o SAS emite arrendamentos de espectro a curto prazo para estes CBSDs, abstraindo a complexidade de facilitar a coexistência entre muitos sistemas díspares que competem por recursos de espectro partilhados.
Funcionalidades do Google SAS
O Google SAS é um serviço na nuvem que ajuda os operadores de rede a gerir a comunicação sem fios na banda CBRS. Como operador de rede, pode usar o SAS da Google para fazer o seguinte:
- Registe dispositivos CBRS.
- Monitorize o estado do dispositivo com vistas de mapas integradas.
- Delegue a administração e controle o acesso à sua rede entre utilizadores.
- Escolha os melhores canais para um CBSD.
- Veja as áreas de proteção dinâmicas como sobreposição.
- Atualize e assine várias configurações de CBSD com os modelos de importação.
- Visualize a conetividade do equipamento nas instalações do cliente (CPE) e da estação base no mapa.
- Resolva a interferência entre CBSDs.
- Desativar ou mover CBSDs.
- Veja os últimos 30 dias do histórico do dispositivo CBSD.
- Verifique as definições de faturação no portal do SAS para maior transparência.
- Organize os CBSDs por implementação de rede no SAS Portal.
As seguintes funcionalidades e capacidades são fornecidas pelo SAS da Google.
Crie uma implementação de CBSD otimizada na sua rede.
Uma implementação é uma forma de organizar os CBSDs no portal SAS. Tem um ID de utilizador exclusivo e está associado à sua conta do SAS. Também pode monitorizar o estado da implementação, criar utilizadores para gerir o acesso à sua rede e aceder a recursos de apoio técnico. Para mais informações, consulte o artigo Comece a usar o SAS Portal.
Identifique a disponibilidade do espectro através de mapas térmicos.
O portal SAS fornece áreas de proteção dinâmicas (DPAs), limites de bairros e mapas de calor da disponibilidade do espectro CBRS nos Estados Unidos através da interface do Google Maps. Os mapas de calor ajudam a determinar quantos canais estão disponíveis numa área antes de implementar CBSDs. Para mais informações sobre os mapas de calor do espectro, consulte o artigo Compreenda a disponibilidade do espectro CBRS.
Selecione o plano de canal com base nas orientações do canal.
O portal SAS oferece orientações para o canal que ajudam a maximizar o espectro CBRS e a gerir as interferências. Pode rever e implementar o plano de canal mais adequado para a sua rede CBRS no portal SAS. O plano de canal está otimizado para minimizar a interferência com outros CBSDs. Para mais informações sobre canais, máscaras de canais e planos de canais, consulte o artigo Faça a gestão da interferência de rede.
Faça a gestão do fluxo de trabalho integral do CBSD.
O SAS suporta todo o ciclo de vida do CBSD, começando pelo registo, consulta do espectro, pedidos de concessão, pedidos de heartbeat e anulação do registo. Para mais informações, consulte o artigo Acerca do CBSD.
Minimize as ativações de DPA e o impacto das zonas de sussurro.
Para mais informações, consulte as práticas recomendadas para operadores de CBSD.
Analise o estado da rede através de painéis de controlo de monitorização em tempo real.
O portal SAS fornece o estado em tempo real das concessões atuais, o último heartbeat e o histórico de concessões de cada CBSD. Também fornece dados em tempo real sobre a lista de movimentos da DPA para monitorizar que concessões foram suspensas durante a atividade do titular.
Proteger os operadores de PAL contra a interferência dos utilizadores do GAA.
Para mais informações sobre a atribuição de canais PAL e a proteção contra interferências, consulte o artigo Faça a gestão das licenças de acesso prioritário.
Escolha um plano de faturação com base nos requisitos da sua organização.
Para mais informações sobre as várias opções de faturação disponíveis no SAS, consulte o artigo Faturação do SAS.
Vantagens da utilização de um SAS
Canalização.
O SAS divide automaticamente os pedidos de consulta do espetro em canais de 10 MHz. Uma vez que as condições podem variar significativamente entre os canais, a divisão dos pedidos fornece o máximo de informações aos CBSDs.
Poupança de custos.
O SAS atribui capacidade ou cobertura de rede conforme necessário. Isto ajuda a reduzir significativamente os custos operacionais.
O parâmetro
maxEirpdetermina a EIRP máxima aprovada.O parâmetro
maxEirpna resposta de consulta do espectro é a melhor estimativa da potência isotrópica irradiada eficaz (EIRP) que pode ser autorizada para transmissão imediata. Se um CBSD pedir uma concessão para mais de 10 MHz, o EIRP máximo aprovado é o mais baixo de todos os canais dentro desse intervalo. Se uma concessão com o EIRP especificado não for autorizada pela SAS, pode dever-se à ativação do DPA.
Arquitetura de serviço Google SAS
A rede de espectro partilhado consiste em vários elementos de rede que interagem através de interfaces específicas. O SAS é o serviço principal na rede e é responsável pela atribuição dinâmica de frequência no intervalo de espectro partilhado.
Serviço principal SAS
Conforme mostrado no diagrama anterior, o SAS é composto por três componentes principais:
Portal SAS da Google.
Inclui a IU do portal e a API do portal que gerem os CBSDs ligados ao SAS.
SAS Backend (SAS BE).
Inclui todos os serviços que o SAS oferece.
Base de dados (BD) da SAS.
Inclui a DB que armazena todos os CBSDs registados no SAS, juntamente com as informações necessárias para gerir os CBSDs. Estas informações incluem detalhes sobre as concessões que estão atualmente ativas e agregam interferências para quaisquer pontos ou áreas protegidos. Também armazena informações recolhidas de outros SASs sobre onde têm CBSDs e que pontos ou áreas protegidas existem.
Estes três módulos SAS interagem entre si e com os outros elementos da rede para fornecer aos operadores de rede todas as ferramentas e os processos necessários para gerirem a respetiva rede CBRS.
Transmissor CBSD
Um transmissor CBSD envia um pedido de registo ao SAS com informações como o proprietário, a localização e as características de transmissão.
Depois de o SAS aprovar o pedido de registo, o CBSD está pronto para realizar várias operações, como as seguintes:
- Peça uma licença de espectro
- Faça consultas sobre o espectro
- Forneça verificações de funcionamento
- Renuncie a uma concessão
- Anular registo
Um CBSD pode registar-se em vários SASs, mas não pode ter uma concessão ativa de vários SASs em simultâneo. Para garantir que não existem concessões ativas sobrepostas, é necessária uma sincronização SAS-SAS diária. Neste tipo de sincronização, o SAS comunica com outros SASs na rede para garantir a consistência da atribuição de largura de banda entre os SASs. Quando ocorre uma sincronização SAS- SAS, todos os CBSDs e áreas protegidas conhecidos pelo SAS são partilhados com outros SASs na rede. Saiba como os CBSDs comunicam com o SAS mais adiante nesta página.
Dispositivos com capacidade de deteção do ambiente
A FCC forneceu diretrizes e regulamentos rigorosos para a partilha de espectro com base na prioridade do utilizador. Estas diretrizes garantem que as transmissões de utilizadores de prioridade mais elevada não sofrem interferências de utilizadores de prioridade mais baixa. Os dispositivos com capacidade de deteção ambiental (ESC) aplicam as regras da FCC e permitem que o SAS faça a gestão da atribuição de espectro sem interferência com utilizadores existentes e outros utilizadores prioritários.
Os ESCs estão posicionados ao longo da costa dos EUA para detetar quando um DPA está ativo. Uma DPA é uma zona de exclusão que geralmente se torna ativa quando os utilizadores existentes transmitem no espectro CBRS. O SAS mantém uma lista de CBSDs para cada área de DPA. Quando os ESCs detetam a ativação de DPAs num determinado canal, enviam estas informações para o SAS. Em seguida, o SAS suspende as concessões aos CBSDs na vizinhança da DPA nesse canal para garantir que não existe interferência.
Como funciona o SAS
A função principal de qualquer SAS é autorizar e gerir a comunicação sem fios de CBSDs que transmitem na banda CBRS. Por conseguinte, os CBSDs têm de conseguir comunicar com o SAS para iniciar a transmissão. O WInnForum definiu normas e protocolos para ativar esta comunicação. O SAS implementa a especificação técnica da API SAS-CBSD para a interface CBSD-SAS. Esta interface baseia-se no protocolo HTTP over Transport Layer Security (HTTPS).
Interface CBSD-SAS
O CBSD é responsável por iniciar a comunicação com o SAS da seguinte forma:
- O CBSD envia um pedido de registo ao SAS para indicar a sua intenção de operar. O registo bem-sucedido implica uma validação pelo SAS de que o CBSD foi certificado pela FCC e está autorizado a receber uma concessão de espetro para transmissão.
- Após o registo ser bem-sucedido, o CBSD pode pedir uma concessão de espectro.
- O SAS atribui um canal e um nível de potência ao CBSD. Este canal é identificado por um identificador de concessão exclusivo. O CBSD só pode iniciar a transmissão na concessão atribuída depois de enviar um pedido de sinal de pulsação.
- Após receber uma resposta positiva ao pedido de sinal de pulsação, o CBSD pode iniciar a transmissão.
- O CBSD pode pedir várias concessões em diferentes canais do espectro e renunciar a concessões de que já não precisa.
O diagrama seguinte mostra o fluxo de trabalho CBSD integral:
O SAS implementou seis métodos definidos na API SAS-CBSD para a interface CBSD-SAS:
- Registo
- Consulta do espectro
- Pedidos de concessão
- Pedidos de heartbeat
- Ceda uma autorização
- Anulação do registo
As subsecções seguintes descrevem estes métodos.
Registo
Um CBSD tem de se registar no SAS. Durante o processo de registo, cada CBSD envia informações de instalação, como localização fixa, identificadores exclusivos, associação a grupos e capacidades relacionadas com rádio, para o portal SAS.
Se o registo for bem-sucedido, o SAS envia um identificador exclusivo para esse CBSD. Se o SAS rejeitar o pedido de registo, responde com uma mensagem de erro. Em seguida, o CBSD tem de corrigir o erro e enviar outro pedido de registo. Para mais informações sobre o registo, consulte o artigo Registo de CBSD.
Consulta sobre o espetro
A consulta do espetro é um procedimento opcional que um CBSD registado pode iniciar com o SAS para consultar o espetro disponível na sua localização e características de instalação. O SAS responde com informações detalhadas sobre as frequências disponíveis para a utilização do CBSD e quaisquer informações adicionais que possam ajudar o CBSD a escolher um intervalo de frequências. Para mais informações sobre a consulta do espectro, consulte o artigo Disponibilidade do espectro de CBSD.
Pedidos de concessão
Os CBSDs pedem uma concessão para reservar uma parte do espectro para sua utilização. O pedido de concessão consiste em vários parâmetros operacionais que dependem das capacidades, da operação atual e da configuração do CBSD.
Se for aprovado, o SAS responde com o ID da concessão e outros parâmetros, como o intervalo de validade da concessão, o intervalo de sinal de pulsação e o tipo de canal. Quando uma concessão é aprovada, o SAS faz uma reserva para o CBSD que fez o pedido. No entanto, o CBSD ainda não tem autorização para transmitir através da concessão. Para mais informações, consulte o artigo Saiba como pedir uma subvenção.
Pedidos de pulsação
Os CBSDs enviam periodicamente pedidos de heartbeat para cada uma das respetivas concessões aprovadas para receber autorização de transmissão. Para mais informações, consulte o artigo Saiba mais acerca dos pedidos de sinal de vida.
Renuncie a uma concessão
Quando o CBSD já não quer usar uma concessão, renuncia à concessão. Para mais informações, consulte o artigo Saiba como renunciar a uma subvenção.
Anulação do registo
Se o CBSD for desativado ou movido, anula o registo no SAS. Para mais informações, consulte o artigo Saiba mais sobre a anulação do registo.
Interface SAS-SAS
A interface SAS-SAS sincroniza o SAS da Google com outros operadores SAS. Através desta interface, o SAS partilha todas as alterações relevantes da loja persistente com outros administradores do SAS. Também recebe e processa alterações de outros administradores do SAS.
A interface SAS-SAS permite a troca dos seguintes dados:
- Troca de dados de registo
- Troca de todas as concessões emitidas pela SAS
- Troca de todas as alterações no registo e no estado da concessão
- Troca de entradas regulamentares recebidas pelas bases de dados da FCC e do WInnForum
O SAS usa atividades periódicas coordenadas entre SASs (CPAS) para facilitar a comunicação com SASs pares. O CPAS é um processo diário executado por todos os SASs nas redes para trocar informações. A Google implementa o CPAS, conforme definido pelo WInnForum em WINNF-SSC-0008. Para mais informações sobre a troca de CPAS e SAS entre pares, consulte o artigo Saiba mais sobre o CPAS e o que significa para os operadores de CBSD.
Como o SAS protege os utilizadores de prioridade mais elevada
O SAS comunica continuamente com os CBSDs para garantir que os utilizadores existentes, como os radares navais, estão protegidos dos utilizadores PAL e GAA. Para garantir que não existe interferência com estes utilizadores de prioridade mais elevada, o SAS faz o seguinte:
- O SAS usa uma rede de ESCs para detetar quando os utilizadores existentes estão a usar o espectro. Sempre que é detetada atividade, o espetro no qual estão a transmitir não está disponível para outros utilizadores. Para mais informações, consulte o artigo Saiba como operar CBSDs perto da costa.
- Todas as noites, todas as SASs executam CPAS para garantir que estão todas a funcionar com as informações mais recentes.
O que se segue?
- Saiba mais sobre o portal do sistema de acesso ao espetro.
- Saiba mais sobre o dispositivo do Citizens Broadband Radio Service.
- Resolva problemas da SAS.