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채원 도
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1 주파수 공유의 효율적 활용을 위한 Database (DB) 현황 및 구축 김준수 한국산업기술대학교 전자공학부

2 Contents Background Request for Spectrum Sharing Key Approaches Towards 5G Dynamic Spectrum Access o Incumbent protection TVWS Geo-Location Database 2

3 Request for Spectrum Sharing Device Evolution Pope Benedict Pope Francis At St. Peter s Square Source : [3]

4 Request for Spectrum Sharing (cont d) Traffic Growing Source : CISCO Source : 5gforum.org [4]

5 Request for Spectrum Sharing (cont d) 5G Performance Target source : GSMA Intelligence source : SK Telecom [5]

6 Key Approaches Towards 5G Enhancement of Spectral Efficiency o Advanced coding & modulation o Enhanced network architecture o Integration with Wi-Fi o Advanced MIMO/BF o Interference Management o Etc. More Spectrum Bandwidth o Re-utilization of frequency bands 모바일광개토 1.0/2.0 Digital dividend Spectrum sharing/dynamic Spectrum Access (DSA) o Pioneering new bands mmwave [6]

7 Approaches for DSA Cognitive Radio (CR) o Conceptual (ideal) approach for DSA o Spectrum hole detection + opportunistic access o Instantaneous spectrum sensing Incumbent user protection [7]

8 Approaches for DSA Licensed Shared Access (LSA) [3] o 2.3GHz in Europe o 2300MHz 2400MHz Was identified for IMT during WRC-07 Now, not available for mobile broadband due to incumbent o Defence, PMSE o Demonstration in Finland in April 2013 with LTE network * NRA : National Regulatory Agency * PMSE : Program Making and Special Events [8]

9 Approaches for DSA (cont d) Authorized Shared Access (ASA) [3] o 3.5GHz band in USA, 3550~3660MHz Federal radar system Fixed satellite services (FSS) o FCC 3-tier model PCAST report Tier-1 : Incumbent users o Highest priority o Radar system and Fixed satellite services Tier-2 : Priority Access (PA) o Have protected access rights o Have to avoid interfering with incumbent users Tier-3 : Generalized Authorized Access (GAA) o Lowest priority o Have no interference protection rights o Have to avoid interfering with incumbent and PA users [9]

10 Approaches for DSA (cont d) Advanced Wireless Service (AWS) [3] o 1.7/2.1GHz in USA o MHz, MHz Currently allocated for Federal Government use o Based on ASA/LSA mechanism TV White Space (TVWS) o Digital dividend o Locally unused frequencies between 470~698 MHz allocated to broadcasting services 5GHz o MHz o Currently allocated for Federal use under unlicensed access framework o Share on a secondary basis with Federal user incumbents ASA/LSA technique can be used [10]

11 DSA Models Protected Access (PA) o Based on PCAST report o FCC s proposed sharing plan for 3.5GHz band o 3-Tier model Incumbent Priority Access (PA) Generalized Authorized Access (GAA) LSA/ASA o Proposed in Europe o 2-Tier model Incumbent Secondary o No GAA devices Incumbent Access (Federal, FSS) Incumbent Access (Federal, FSS) Priority Access (Hospitals, utilities, state ) Secondary General Authorized Access [11]

12 Incumbent Protection Spectrum Sensing o Detecting spectrum hole with individual spectrum sensors o Sensing metric Energy detection Feature detection Etc. o Only detect Primary tx. not rx. o May have mis-detection prob. due to temporal channel fluctuation o Sensing by itself benefites the sensing device Database o Network managed databased o Regular update and high reliability o TVWS Geo-location DB o LSA LSA repository [12]

13 Issues for Database Database 규격 (Specification) o 저장 정보의 종류 o 지역별 가용 채널 결정 방법 o 업데이트 방법 및 간격 o TVWS의 경우 FCC(미국), Ofcom(영국) 등에서 제정한 규정에 따름 Database 동기화 (Synchronization) o 서로 다른 사업자가 운영한 DB 시스템 간의 동기화 방안 Database 접속 (Access) o 가용채널 정보 획득을 위한 DB 접속 방법 및 절차 o TVWS의 경우 IETF에서 접속프로토콜 표준 개발 PAWS : Protocol to Access White Space Database [13]

14 TVWS DB 구축 현황 및 규격 - 미국 [14]

15 Overview FCC 주도로 진행 (FCC12-36) 대역 o VHF : 10 channels 54-60MHz (ch02), 76-88MHz (ch 05, 06), MHz (ch 07~13) o UHF : 38 channels Brief history MHz (ch 14~51) 2008/11 TVWS 서비스 허용방침 발표(FCC ) 2010/09 Super WiFi 기술기준 공표(FCC ) 2011/07 DB 후보 사업자 (10개) 선정 완료 2011/12 Spectrum Bridge Inc.의 DB 동작 승인 2012/03 Telcodia의 DB 동작 승인 2013/03 미국 전역에서 TVWS DB 서비스 허용 2013/06 Google의 DB 동작 승인 2013/11 Key Bridge Global LLC의 DB 동작 승인 2014/10 LS Telcom AG의 DB 동작 승인 [15]

16 TVWS Band Device (TVBD) 고정형 : Access point/base station type o 4W EIRP limit, No GPS o Operation on TV channels 2-51 o 30m tower height restriction o 76m Height Above Average Terrain (HAAT) restriction o Direct interface를 통해 DB에 접속 개인/휴대형 Mode II : Access point type o 100mW EIRP limit, must have GPS o Operation on TV channels o Direct interface를 통해 DB에 접속 개인/휴대형 Mode I : Client-type operation o Attaches to Mode II device o 100mW EIRP limit o Fixed 또는 Mode II TVBD를 통해 DB에 접속 [16]

17 TVWS DB 구조 ULS o Universal Licensing System o 방송보조 고정 링크의 허가 및 관리 담당 o 24시간 주기로 업데이트 CDBS o Consolidated Database System o 대출력 및 소출력 TV송신국, 방송 보조 서비스 정보를 포괄 o 방송서비스 정보가 변경될 때마다 업데이트 EAS o Equipment Authorization System o TVBD 사용자와 기타 간섭보호가 필요한 장치 및 설비에 대한 등록 및 승인 [17]

18 DB에 입력된 시설물 정보 DB를 통해 보호되어야 할 시설물의 식별 정보 및 위치 정보[2] o 디지털 TV 송신기 o 디지털 및 아날로그 Class A TV 방송 무선국 o 저전력 TV 방송 무선국 o TV 중계국 및 증폭기 무선국 o 저전력 보조 무선국을 제외한 방송 보조 서비스 무선국 o 사설 육상 이동 무선서비스 무선국 o 상용 이동 무선전화 서비스 무선국 o Class A TV 무선국 수신 사이트 o 저전력 TV 무선국 수신 사이트 o TV 중계 수신 사이트 o MVPD (Multi-channel Video Programming Distributor) 수신사이 트 o 무선 마이크 및 무선 비디오 기기를 포함하는 저전력 방송 보조국이 사용되는 사이트 o 고정형 (Fixed) TVBD [18]

19 가용채널 결정 FCC o 간섭보호 요구사항, TVBD의 위치, TVWS DB내의 보호 무선국 종 류 및 위치에 따른 보호 구역 계산을 통한 가용 채널 결정 o Digital television stations, digital and analog Class A TV, low power TV 의 보호 이격거리 (required separation distance) Antenna height above average terrain of unlicensed device Required separation (km) from digital or analog TV (full service or low power) protected contour Co-channel(km) Adjacent channel (km) Less than 3 meters Less than 10 meters Less than 30 meters Less than 50 meters Less than 75 meters Less than 100 meters Less than 150 meters Less than 200 meters meters [19]

20 Field strength Distance 가용채널 결정(cont d) Incumbent Protection Requirement[1] o Protected service areas o Receiver protection requirements Protected Service Areas[1,7] Protected Service Contour Levels FCC F(50,90) UHF signal propagation curve [20] Tx. Ant. height

21 가용채널 결정(cont d) Incumbent Protection Requirement (cont d) o Protected service areas o Receiver protection requirements Receiver Protection Requirements[1] Required interference protection ratios * D/U = Desired-to-Undesired [21]

22 DB 등록 정보 고정형 TVBD o 기기 식별자 (FCC ID)/기기 제조자 일련번호 o 위치좌표 (+/- 50m 정확도) o 안테나의 지상으로부터의 높이(m) o 기기 소유자 업체명/책임자 명 등 개인/휴대형 Mode II TVBD o 기기 식별자 (FCC ID)/기기 일련번호 o 기기의 위치좌표 (+/- 50m 정확도) [22]

23 DB 유지정보 디지털 TV 무선국, 디지털 및 아날로그 Class A, 저전력, 중계기 등 o 송신기 좌표 o 유효방사전력 (ERP) o 송신기 평균지형고 (HAAT) o 지향성 안테나의 경우 수평 전송 안테나 패턴 o 빔 틸트 방향 o 채널 개수 o 무선국 호출부호 방송보조 서비스 o 송신기/수신기 좌표 o 채널번호 o 호출부호 [23]

24 DB 유지정보 (cont d) TV중계기, 저전력 TV, Class A TV 무선국 수신 사이트 o 무선국 호출 부호 o 수신 사이트 좌표 (+/- 50m 정확도) o 재전송된 TV무선국의 호출 부호 및 위치 등 무선 마이크 및 무선 보조 비디오 기기를 포함하는 면허 저전력 보조 무선국 o 기기 사용 위치 (+/- 50m 정확도) o 사용되는 채널 o 사용되는 특정 월/주/일/시 (등록일 이외에는 보호되지 않음) 등 [24]

25 DB 정보 업데이트 내용 고정형 TVBD 정보 재확인 업데이트 주기 동작 시작 최초 이후 최소 매일/최대 3개 월 개인/휴대형 TVBD 정보 재확인 하루이상 연속 사용시 최소 매월 고정/이동 TVBD 정보 변경시 재확인 시 마다 자신의 정보 갱신 방송 등록 관리 DB와 TV대역 DB간의 유 지/업데이트 TV대역 DB간의 정보 유지 매주 매일 [25]

26 DB 운영 DB TVBD 통신 보안 o 안전한 통신을 보장하기 위한 보안 유지 필수 o DB를 열람하는 TVBD의 FCC 식별자(ID)의 유효성을 확인하며 승 인되지 않은 TVBD의 요청에는 응답하지 않음 o 인증받지 못한 TVBD에 가용채널 정보 제공 거부 과금 o DB운영자는 TVBD에 대한 가용채널 목록 제공과 고정형 TVBD의 등록에 대해 요금을 부과할 수 있음 o FCC는 DB접속 요금을 감독하고 관리함 [26]

27 TVWS DB 구축 예 - Google [27]

28 TVWS DB 구축 예 Google (cont d) [28]

29 Conclusions Spectrum Sharing/Dynamic Spectrum Access o Cognitive Radio o ASA/LSA o TVWS Issues about DB Geo-location DB as Incumbent Protection in TVWS o FCC (USA) o Ofcom (UK) [29]

30 감사합니다. [30]

31 References [1] Gurney, D.; Buchwald, G.; Ecklund, L.; Kuffner, S.L.; Grosspietsch, J., "Geo-Location Database Techniques for Incumbent Protection in the TV White Space," New Frontiers in Dynamic Spectrum Access Networks, DySPAN rd IEEE Symposium on, vol., no., pp.1,9, Oct [2] 화이트 스페이스 데이터베이스 규정과 접속 프로토콜 (기술보고서), 한국정보통신기술협회, [3] Toward more efficient spectrum management, New models for protected shared access, Spectrum working group, MIT Media Lab. [4] 이원철, 주파수 공동사용 정책 및 기술현황, 숭실대학교 [5] TV White Space 활용을 위한 인지무선 기술소개와 동향, 한국방송통신전파진흥원, 방송통신기술 이슈&전망, 2013년 제11호 [6] 한국전파진흥협회, TV유휴대역 활용 및 서비스 활성화 방안 연구, 방송통신위원회, 방송통신정책연 구, 11-진흥-나-14, [7] FCC , In the matter of unlicensed operation in the TV broadcast bands. [31]

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE May; 27(5),

THE JOURNAL OF KOREAN INSTITUTE OF ELECTROMAGNETIC ENGINEERING AND SCIENCE. 2016 May; 27(5), 454462. http://dx.doi.org/10.5515/kjkiees.2016.27.5.454 ISSN 1226-3133 (Print)ISSN 2288-226X (Online) Research