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Spectrum Access System

In diesem Dokument finden Sie einen detaillierten Überblick über das Spectrum Access System (SAS), einschließlich seiner Funktionen und Architektur sowie seiner Funktionsweise mit anderen Netzwerkkomponenten.

Die drahtlose Technologie hat sich in den letzten Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt. Da Milliarden von Geräten weltweit mit Mobilfunknetzen verbunden sind, steigt die Nachfrage nach schnellerem und besserem Internetzugang immer weiter. Um mit dieser wachsenden Nachfrage Schritt zu halten, investieren Dienstleister erheblich in die Verbesserung ihrer drahtlosen Infrastruktur und drängen auf den Zugriff auf mehr drahtloses Spektrum.

Da der Großteil des lizenzierten drahtlosen Spektrums bereits zugewiesen ist, haben die National Telecommunications and Information Administration (NTIA) und die Federal Communications Commission (FCC) gemeinsam das Citizens Broadband Radio Service (CBRS)-Spektrumband von 3.550 MHz bis 3.700 MHz identifiziert, das für kommerzielle drahtlose Breitband-Internetdienste wiederverwendet werden kann.

Für die kommerzielle Nutzung von CBRS hat die FCC Teil 96-Bestimmungen festgelegt, die vom Wireless Innovation Forum (WInnForum) zu Standards entwickelt wurden. Diese Standards, Prozesse und Verfahren sorgen dafür, dass das CBRS-Frequenzspektrum von Nutzern auf Bundesebene und anderen Nutzern gemeinsam genutzt werden kann, ohne die Dienste der anderen zu beeinträchtigen. Wenn ein Radarsystem eines Regierungsapparats beispielsweise zu bestimmten Zeiten keine Kanäle verwendet, kann dieses Spektrum für die kommerzielle Nutzung freigegeben werden.

Mobilfunknetzbetreiber und Anbieter von Festnetzen nutzen das CBRS-Spektrum, um eigene private Netzwerke aufzubauen. Für die Erstellung dieses Netzwerks benötigt das Unternehmen Dienste, die Folgendes ermöglichen:

Kostengünstige Netzwerke planen, bereitstellen und verwalten
Kostengünstige Netzwerke bereitstellen, um den Zugriff im Großhandel zu verkaufen
Kosten senken, indem Datenverkehr von Hostnetzwerken in das CBRS-Spektrum verlagert wird
Algorithmische Lösungen für Probleme wie die Netzwerkkoexistenz finden
Netzwerke mithilfe von Regeln für die Nutzerpriorität freigeben
Kapazität eines bestehenden Mobilitätsnetzwerks erhöhen

Google ist ein von der FCC zertifizierter SAS-Administrator und einer der Hauptbeteiligten an den CBRS-WInnForum-Spezifikationen und der OnGo Alliance. Google hat eine Reihe von cloudbasierten Produkten und Diensten entwickelt, mit denen diese Netzwerkbetreiber ein CBRS-System schaffen können, das besseres WLAN bietet. Weitere Informationen zu verschiedenen Google-Produkten und ‑Diensten im gemeinsamen Spektrum finden Sie unter Spektrumfreigabe.

Das CBRS-Band ist ein gemeinsames drahtloses Spektrum mit einem Frequenzband von 3.550 MHz bis 3.700 MHz. Die FCC hat drei Stufen von CBRS-Nutzern basierend auf der Priorität definiert:

Tier 1: Bestandskunden

Nutzer mit hoher Priorität, z. B. Flugzeugträger der Marine und feste Satellitenstationen.
Tier 2-Nutzer mit Priority Access License (PAL)

Lizenzierte Nutzer, die die bestehenden Nutzer nicht stören und mögliche Störungen von ihnen tolerieren.
Tier 3-Nutzer mit General Authorized Access (GAA)

Allgemeine Nutzer, die das CBRS-Band nutzen dürfen, solange sie die Nutzer der Tier 1- und Tier 2-Lizenzen nicht stören.

Ein Citizens Broadband Radio Service Device (CBSD) ist ein Sender, der im Citizens Broadband Radio Service (CBRS)-Spektrum arbeitet, z. B. ein Evolved NodeB (eNodeB).

Die Hauptfunktion des Spectrum Access Systems (SAS) besteht darin, den Zugriff auf das Spektrum für ein CBRS-Gerät (Citizens Broadband Radio Service) zu steuern. Ein CBSD sendet nur, nachdem es die Autorisierung von SAS erhalten hat. Diese Funktion sorgt für den Schutz von CBRS-Nutzern mit höherer Priorität, indem die Betriebsparameter wie Kanäle oder Übertragungsleistung von CBRS-Geräten mit niedrigerer Priorität gesteuert werden.

Ein CBSD initiiert die gesamte erforderliche Kommunikation mit SAS mithilfe von Standardprotokollen, die vom WInnForum definiert wurden. SAS stellt diesen CBSDs dann kurzfristige Spektrumslizenzen aus, wodurch die Komplexität der Koexistenz vieler unterschiedlicher Systeme, die um gemeinsame Spektrumsressourcen konkurrieren, abstrahiert wird.

Google SAS-Funktionen

Google SAS ist ein Cloud-Dienst, mit dem Netzwerkbetreiber die drahtlose Kommunikation im CBRS-Band verwalten können. Als Netzwerkbetreiber können Sie Google SAS für Folgendes verwenden:

CBRS-Geräte registrieren
Gerätestatus mit integrierten Kartenansichten überwachen
Delegieren Sie die Verwaltung und steuern Sie den Zugriff auf Ihr Netzwerk für alle Nutzer.
Wählen Sie die besten Kanäle für eine CBSD aus.
Dynamische Schutzgebiete als Overlay anzeigen
Aktualisieren und signieren Sie mehrere CBSD-Konfigurationen mit den Importvorlagen.
Visualisieren Sie die Verbindung zwischen Kundengeräten (Customer Premises Equipment, CPE) und Basisstationen auf der Karte.
Interferenzen zwischen CBSDs beheben
CBSDs außer Betrieb setzen oder verschieben
Rufen Sie den CBSD-Geräteverlauf der letzten 30 Tage auf.
Im SAS-Portal können Sie Ihre Abrechnungseinstellungen einsehen.
Organisiere CBSDs nach Netzwerkbereitstellung im SAS-Portal.

Die folgenden Funktionen und Optionen werden von Google SAS bereitgestellt.

Erstellen Sie eine optimierte CBSD-Bereitstellung in Ihrem Netzwerk.

Eine Bereitstellung ist eine Möglichkeit, die CBSDs im SAS-Portal zu organisieren. Sie hat eine eindeutige Nutzer-ID und ist mit Ihrem SAS-Konto verknüpft. Außerdem können Sie den Bereitstellungsstatus beobachten, Nutzer erstellen, um den Zugriff auf Ihr Netzwerk zu verwalten, und auf Supportressourcen zugreifen. Weitere Informationen finden Sie unter Einstieg in das SAS-Portal.
Spektrumverfügbarkeit mithilfe von Heatmaps ermitteln

Das SAS-Portal bietet über die Google Maps-Oberfläche Karten mit den Grenzen von dynamischen Schutzzonen (Dynamic Protection Area, DPA) und Wärmekarten zur Verfügbarkeit von CBRS-Spektrum in den USA. Anhand von Heatmaps können Sie ermitteln, wie viele Kanäle in einem Gebiet verfügbar sind, bevor Sie CBSDs bereitstellen. Weitere Informationen zu Spektrum-Heatmaps finden Sie unter CBRS-Spektrumverfügbarkeit.
Wähle den Kanalplan basierend auf der Kanalrichtlinie aus.

Das SAS Portal bietet Kanalempfehlungen, mit denen Sie das CBRS-Spektrum maximieren und Störungen verwalten können. Sie können den am besten geeigneten Kanalplan für Ihr CBRS-Netzwerk im SAS-Portal prüfen und implementieren. Der Kanalplan ist so optimiert, dass Funkstörungen mit anderen CBSDs minimiert werden. Weitere Informationen zu Kanälen, Kanalmasken und Kanalplänen finden Sie unter Netzwerkstörungen verwalten.
Den End-to-End-Workflow für die kanalübergreifende Preisvergleichsportal-Werbung verwalten

SAS unterstützt den gesamten Lebenszyklus von CBSD, angefangen bei der Registrierung, der spektralen Anfrage, der Bewilligungsanfrage, der Heartbeat-Anfrage und der Abmeldung. Weitere Informationen finden Sie unter CBSD.
Minimieren Sie die Auswirkungen von DPA-Aktivierungen und Flüsterzonen.

Weitere Informationen finden Sie unter Best Practices für CBSD-Betreiber.
Netzwerkstatus mithilfe von Echtzeit-Monitoring-Dashboards analysieren

Das SAS-Portal bietet den Echtzeitstatus der aktuellen Zuweisungen, den letzten Heartbeat und den Zuweisungsverlauf für jeden CBSD. Außerdem werden Echtzeitdaten zur DPA-Umstellungsliste bereitgestellt, um nachzuverfolgen, welche Berechtigungen während der Aktivität des Amtsinhabers ausgesetzt wurden.
PAL-Betreiber vor Nutzereingriffen bei der geografische Ausrichtung schützen

Weitere Informationen zur PAL-Kanalzuweisung und zum Schutz vor Funkstörungen finden Sie unter Lizenzen für Priority Access verwalten.
Wählen Sie einen Abrechnungsplan aus, der auf die Anforderungen Ihrer Organisation zugeschnitten ist.

Weitere Informationen zu den verschiedenen Abrechnungsoptionen in SAS finden Sie unter SAS-Abrechnung.

Vorteile einer SAS

Kanalisierung

SAS teilt Anfragen zur spektralen Anfrage automatisch in 10‑MHz-Kanäle auf. Da sich die Bedingungen zwischen den Kanälen erheblich unterscheiden können, erhalten die CBSDs durch die Aufteilung von Anfragen die maximalen Informationen.
Kosteneinsparungen

SAS weist die Netzwerkkapazität oder -abdeckung nach Bedarf zu. So lassen sich die Betriebskosten erheblich senken.
Der Parameter maxEirp bestimmt die maximal zulässige EIRP.

Der Parameter maxEirp in der Antwort auf die Anfrage zum Spektrum ist eine bestmögliche Schätzung der effektiven isotropen Strahlungsleistung (EIRP), die für die sofortige Übertragung autorisiert werden könnte. Wenn für eine CBSD eine Zulassung für mehr als 10 MHz beantragt wird, ist der maximal zulässige EIRP der niedrigste Wert aller Kanäle in diesem Bereich. Wenn eine Berechtigung mit dem angegebenen EIRP nicht von SAS autorisiert wird, liegt das möglicherweise an der Aktivierung der DPA.

Google SAS-Dienstarchitektur

Das Shared Spectrum Network besteht aus verschiedenen Netzwerkelementen, die über bestimmte Schnittstellen interagieren. SAS ist der Kerndienst im Netzwerk und ist für die dynamische Frequenzzuweisung im gemeinsamen Spektrumsbereich verantwortlich.

SAS-Hauptdienst

SAS-Übersicht (zum Vergrößern klicken) — SAS-Übersicht (zum Vergrößern anklicken)

Wie im vorherigen Diagramm dargestellt, besteht die SAS aus drei Hauptkomponenten:

Google SAS Portal

Enthält die Portal-Benutzeroberfläche und die Portal API, mit denen die mit SAS verbundenen CBSDs verwaltet werden.
SAS-Backend (SAS BE)

Beinhaltet alle von SAS angebotenen Dienste.
SAS-Datenbank (DB)

Enthält die Datenbank, in der alle bei SAS registrierten CBSDs zusammen mit den Informationen zum Verwalten von CBSDs gespeichert werden. Diese Informationen enthalten Details zu den derzeit aktiven Berechtigungen und die Gesamtstörungen für alle geschützten Punkte oder Gebiete. Außerdem werden Informationen von anderen SASs gespeichert, wo sie CBSDs haben und welche geschützten Punkte oder Gebiete es gibt.

Diese drei SAS-Module interagieren miteinander und mit den anderen Netzwerkelementen, um Netzwerkbetreibern alle erforderlichen Tools und Prozesse zur Verwaltung ihres CBRS-Netzwerks zur Verfügung zu stellen.

CBSD-Sender

Ein CBSD-Sender sendet eine Registrierungsanfrage an die SAS mit Informationen wie Eigentümer, Standort und Übertragungsmerkmale.

Nachdem SAS die Registrierungsanfrage genehmigt hat, kann CBSD mehrere Vorgänge ausführen, z. B.:

Frequenzzuweisung beantragen
Frequenzanfragen stellen
Systemdiagnosen bereitstellen
Berechtigung widerrufen
Registrierung aufheben

CBSD kann bei mehreren SAS registriert sein, darf aber nicht gleichzeitig eine aktive Berechtigung von mehreren SAS haben. Damit keine aktiven Berechtigungen überlappen, ist eine tägliche SAS-SAS-Synchronisierung erforderlich. Bei dieser Art der Synchronisierung kommuniziert die SAS mit anderen SASs im Netzwerk, um für eine einheitliche Bandbreitenzuweisung unter den SASs zu sorgen. Bei einer SAS-SAS-Synchronisierung werden alle CBSDs und geschützten Punktbereiche, die der SAS bekannt sind, für andere SASs im Netzwerk freigegeben. Weitere Informationen zur Kommunikation von CBSDs mit SAS

Geräte mit Umgebungssensoren

Die FCC hat strenge Richtlinien und Bestimmungen für die gemeinsame Nutzung des Spektrums auf der Grundlage der Nutzerpriorität festgelegt. Diese Richtlinien sorgen dafür, dass Übertragungen von Nutzern mit höherer Priorität nicht durch Nutzer mit niedrigerer Priorität gestört werden. Geräte mit Umgebungssensorik (Environmental Sensing Capability, ESC) erzwingen die FCC-Regeln und ermöglichen es SAS, die Frequenzzuweisung ohne Störungen für bestehende und andere priorisierte Nutzer zu verwalten.

ESCs sind entlang der US-Küste positioniert, um zu erkennen, wann ein DPA aktiv ist. Eine DPA ist eine Sperrzone, die in der Regel aktiviert wird, wenn bestehende Nutzer im CBRS-Frequenzspektrum senden. SAS verwaltet eine Liste der CBSDs für jede DPA-Nachbarschaft. Wenn ESCs die Aktivierung von Datenverarbeitungsvereinbarungen auf einem bestimmten Kanal erkennen, senden sie diese Informationen an SAS. SAS stellt dann die Bewilligungen für die CBSDs in der DPA-Umgebung auf diesem Kanal ein, um Störungen zu vermeiden.

Funktionsweise von SAS

Die Hauptfunktion einer SAS besteht darin, die drahtlose Kommunikation von CBSDs zu autorisieren und zu verwalten, die im CBRS-Band übertragen. Daher müssen CBSDs mit SAS kommunizieren können, um die Übertragung zu starten. Das WInnForum hat Standards und Protokolle definiert, um diese Kommunikation zu ermöglichen. SAS implementiert die technische Spezifikation der SAS-CBSD API für die CBSD-SAS-Schnittstelle. Diese Schnittstelle basiert auf dem HTTP over Transport Layer Security (HTTPS)-Protokoll.

CBSD-SAS-Schnittstelle

CBSD ist für die Kommunikation mit SAS auf folgende Weise verantwortlich:

CBSD sendet eine Registrierungsanfrage an SAS, um seine Absicht zur Nutzung anzuzeigen. Eine erfolgreiche Registrierung setzt voraus, dass die SAS bestätigt, dass die CBSD von der FCC zertifiziert wurde und berechtigt ist, eine Frequenzzuweisung für die Übertragung zu erhalten.
Nach erfolgreicher Registrierung kann CBSD eine Frequenzzuweisung beantragen.
SAS weist dem CBSD einen Kanal und ein Leistungsniveau zu. Dieser Kanal wird durch eine eindeutige Bewilligungs-ID identifiziert. CBSD kann die Übertragung im zugewiesenen Grant erst starten, nachdem er eine Heartbeat-Anfrage gesendet hat.
Wenn CBSD eine positive Antwort auf die Heartbeat-Anfrage erhält, kann die Übertragung gestartet werden.
CBSD kann mehrere Zuweisungen in verschiedenen Spektrumkanälen beantragen und Zuweisungen zurückgeben, die nicht mehr erforderlich sind.

Das folgende Diagramm zeigt den End-to-End-CBSD-Workflow:

CBSD-Workflow (zum Vergrößern anklicken)

SAS hat sechs Methoden implementiert, die in der SAS-CBSD API für die CBSD-SAS-Schnittstelle definiert sind:

Registrierung
Anfrage zu Frequenzen
Anfragen gewähren
Heartbeat-Anfragen
Bewilligung zurückgeben
Abmeldung

In den folgenden Unterabschnitten werden diese Methoden beschrieben.

Anmeldung

SAS-Registrierung (zum Vergrößern anklicken) — SAS-Registrierung (zum Vergrößern klicken)

Ein CBSD muss bei SAS registriert sein. Während der Registrierung sendet jeder CBSD Installationsinformationen wie den festen Standort, eindeutige Kennungen, die Gruppenmitgliedschaft und radiobezogene Funktionen an das SAS-Portal.

Wenn die Registrierung erfolgreich war, sendet SAS eine eindeutige Kennung für diesen CBSD zurück. Wenn SAS die Registrierungsanfrage ablehnt, wird eine Fehlermeldung zurückgegeben. Der CBSD muss dann den Fehler korrigieren und eine weitere Registrierungsanfrage senden. Weitere Informationen zur Registrierung finden Sie unter CBSD-Registrierung.

Anfrage zu Frequenzen

Anfrage zum Spektrum (zum Vergrößern klicken) — Spektrumanfrage (zum Vergrößern anklicken)

Eine spektrale Anfrage ist ein optionales Verfahren, das ein registrierter CBSD beim SAS initiieren kann, um Informationen zum verfügbaren Spektrum an seinem Standort und zu den Installationsmerkmalen zu erhalten. SAS antwortet mit detaillierten Informationen zu den Frequenzen, die für die Nutzung des CBSD verfügbar sind, sowie mit allen zusätzlichen Informationen, die dem CBSD bei der Auswahl eines Frequenzbereichs helfen können. Weitere Informationen zu Frequenzbandanfragen finden Sie unter CBSD-Frequenzbandverfügbarkeit.

Anfragen zur Erteilung

Antrag auf Bewilligung (zum Vergrößern klicken) — Antrag auf Berechtigung (zum Vergrößern anklicken)

CBSDs beantragen eine Genehmigung, um einen Teil des Spektrums für ihre Nutzung zu reservieren. Die Bewilligungsanfrage besteht aus mehreren Betriebsparametern, die von den CBSD-Funktionen, dem aktuellen Betrieb und der Konfiguration abhängen.

Bei Genehmigung antwortet SAS mit der Grant-ID und anderen Parametern wie dem Ablaufintervall der Grant-ID, dem Heartbeat-Intervall und dem Kanaltyp. Wenn ein Zuschuss genehmigt wird, nimmt SAS eine Reservierung für die anfragende CBSD vor. CBSD ist jedoch noch nicht berechtigt, mithilfe der Genehmigung zu senden. Weitere Informationen finden Sie unter Weitere Informationen zum Beantragen eines Zuschusses.

Heartbeat-Anfragen

CBSDs senden regelmäßig Heartbeat-Anfragen für jede ihrer genehmigten Bewilligungen, um eine Übertragungsautorisierung zu erhalten. Weitere Informationen finden Sie unter Weitere Informationen zu Heartbeat-Anfragen.

Berechtigung widerrufen

Verzichtserklärung (zum Vergrößern klicken) — Anfrage zurückgeben (zum Vergrößern anklicken)

Wenn das CBSD einen Zuschuss nicht mehr nutzen möchte, verzichtet es darauf. Weitere Informationen finden Sie unter Weitere Informationen zum Verzicht auf eine Berechtigung.

Registrierung aufheben

Wenn die CBSD außer Betrieb genommen oder verschoben wird, wird sie von der SAS abgemeldet. Weitere Informationen finden Sie unter Weitere Informationen zur Abmeldung.

SAS-SAS-Schnittstelle

Über die SAS-SAS-Schnittstelle wird Google SAS mit anderen SAS-Betreibern synchronisiert. Über diese Schnittstelle gibt SAS alle relevanten Änderungen am persistenten Speicher an andere SAS-Administratoren weiter. Außerdem empfängt und verarbeitet er Änderungen von anderen SAS-Administratoren.

Die SAS-SAS-Schnittstelle ermöglicht den Austausch der folgenden Daten:

Austausch von Registrierungsdaten
Austausch aller von der SAS ausgestellten Berechtigungen
Austausch aller Änderungen am Registrierungs- und Bewilligungsstatus
Austausch von regulatorischen Eingaben, die in den FCC- und WInnForum-Datenbanken eingegangen sind

SAS verwendet koordinierte periodische Aktivitäten zwischen SASs (Coordinated Periodic Activities among SASs, CPAS), um die Kommunikation mit Peer-SASs zu erleichtern. CPAS ist ein täglicher Prozess, der von allen SAS in den Netzwerken ausgeführt wird, um Informationen auszutauschen. Google implementiert CPAS gemäß der Definition des WinnForums in WINNF-SSC-0008. Weitere Informationen zu CPAS und SAS-Peer-Austausch finden Sie unter Weitere Informationen zu CPAS und was es für CBSD-Betreiber bedeutet.

So schützt SAS Nutzer mit höherer Priorität

SAS kommuniziert kontinuierlich mit CBSDs, um sicherzustellen, dass die bestehenden Nutzer, z. B. Marineradare, vor PAL- und GAA-Nutzern geschützt sind. Damit es für diese Nutzer mit höherer Priorität zu keinen Beeinträchtigungen kommt, führt SAS folgende Maßnahmen durch:

SAS verwendet ein Netzwerk von ESCs, um zu erkennen, wann die Bestandsnutzer das Spektrum nutzen. Sobald eine Aktivität erkannt wird, ist das Spektrum, in dem gesendet wird, für andere Nutzer nicht mehr verfügbar. Weitere Informationen finden Sie unter CBSDs in Küstennähe verwenden.
Jeden Abend führen alle SASs CPAS aus, um sicherzustellen, dass sie alle mit den neuesten Informationen arbeiten.